PWM+DAC，运控半导体器件性能再提升

DAC/ADC是连接数字系统和模拟系统的桥梁和媒介，而高性能的数模/模数转换器则一直都是半导体行业里的明珠。工业自动化应用的ADC我们此前已经看过不少，那又有哪些DAC在电机运控上应用颇多呢？
 
一般来说根据器件建立时间的快慢，我们将DAC分成低速、中速、高速以及超高速这个档次。电流输出型DAC的建立时间会稍短一些，而电压输出型DAC的建立时间则取决于运算放大器的响应时间。应用在电机运控上的DAC往往能在动态范围超宽带宽内生成多载波以满足自动化设计需求。
 
ADI PWM至电压输出数模转换器
 
说到数模/模数转换肯定是不可能绕开ADI的，ADI的脉宽调制至电压输出数模转换器更是机器人电机控制应用上的一把好手。脉宽调制至电压输出数模转换器能够将PWM输入转换为精确稳定的缓冲电压，而无须考虑分立滤波器方案中的纹波、缓慢建立和外部无源元件。
 
这个大系列最高只提供12bit的DAC，测量PWM输入信号的周期和脉冲宽度后以最高12位精度立即更新数模转换器输出，这里要注意的是，PWM到电压的转换是无延迟的还不需要软件编码。
 
这个系列分为LTC2644和LTC2645，除了引脚封装不同、通道数不同，其他并无二致。LTC2644 是双通道的8-12位PWM至电压输出DAC，LTC2645是一个4通道8-12位PWM至电压输出DAC。
 

 

（图源：ADI）

 
从整体性能来看，该系列准确度极高，同时漂移极低，都采用了10ppm/℃的内部基准。不管是LTC2644和LTC2645，都配置了轨至轨输出缓冲器并具有单调特性。PWM到电压的转换是无延迟的，而且电压输出可以在8µs之内实现更新和稳定。对于工业自动化过程控制，机器人电机控制来说对PWM把控的每一次提升都是很重要的。
 
两个系列都拥有100kHz至30Hz的PWM输入频率，器件在每个对应的PWM输入上升沿之后更新电压输出DAC，供应和吸收高达5mA（3V）或10mA（5V）的电流，还能进一步消除电压纹波并替代动作缓慢的模拟滤波器和缓冲放大器。
 
LTC2644和LTC2645在各自的应用范围内都拥有极低的功耗，LTC2645正常工况下电流消耗为4mA，断电时小于1µA；LTC2644正常工况下为2.7mA。低功率无论何时都是极为重要的参考因素。
 
TI 智能精密数模转换器
 
TI的DAC往往能覆盖很宽的温度范围，同时在噪声、分辨率和漂移上展现出优异的性能。虽然没有无延迟这么夸张，但是低延迟下的高分辨率转化也是业内顶尖的。端到端的高精度以及极短的建立时间也都是TI的DAC极受欢迎的优势点。
 

 

（图源：TI）

 
像这种具有PWM的可以看看DAC63004这个型号，作为一款TI旗下兼具电流输出和电压输出的最新精密12 bit DAC，具有I2C、SPI、PWM以及超低功耗。这个系列的输出提供一个力感选项用作可编程比较器和电流接收器。而多功能GPIO、函数生成和NVM使这个智能DAC能够用于无处理器的应用和设计。
 
这种智能DAC的电压/电流输出配置十分灵活，电压输出能覆盖4倍增益，电流范围覆盖25µA到250µA。预定义的波形生成覆盖正弦波、三角形、锯齿波。TI的智能DAC作为可编程性极强的精密DAC，内置集成非易失性存储器（NVM）、可编程状态机逻辑、脉宽调制（PWM）发生器和自定义波形发生器，单从设计上来说消除了对软件的需求。
 
对于需要产生PWM的应用，智能DAC内置可配置的模拟到PWM占空比转换或通用输入到PWM转换。与MCU方案或者基于定时器的方案不同的是，智能DAC这种方案不需要额外的温漂分立组件。当然这只是智能DAC实现PWM的一种方案，还有不少其他PWM应用。
 
小结
 
精密的模数/数模转换器从来都是电机运控乃至工业自动化中不可或缺的重要组件。这种内置PWM的DAC在电机运控应用中也是越来越常见，给电机半导体零部件又带来了许多新意。