来自数字PWM信号的准确、快速建立模拟电压

作者：Mark Thoren and Chad Steward

脉宽调制 （PWM） 是从微控制器或 FPGA 等数字设备生成模拟电压的常用技术。大多数微控制器都内置了专用的PWM生成外设，只需几行RTL代码即可从FPGA生成PWM信号。如果模拟信号的性能要求不太严格，这是一种简单实用的技术，因为与具有SPI或I的数模转换器（DAC）相比，只需要一个输出引脚，并且代码开销非常低2C 接口。图1所示为一个典型应用，其数字输出引脚经过滤波以产生模拟电压。

图1.PWM至模拟

您不必深入挖掘即可发现该计划的无数缺陷。理想情况下，12位模拟信号的纹波应小于1LSB，在5kHz PWM信号的情况下需要1.2Hz低通滤波器。电压输出的阻抗由滤波电阻决定，如果要将滤波电容保持在合理的尺寸，滤波电阻可能会很大。因此，输出必须仅驱动高阻抗负载。PWM至模拟传递函数的斜率（增益）由微控制器的数字电源电压（可能不准确）决定。一个更微妙的影响是，数字输出引脚在高电平状态下对电源的有效电阻与低电平状态下的接地电阻之间的不匹配必须小于滤波电阻的值，以保持线性度。最后，PWM信号必须是连续的，以便将输出电压保持在恒定值，如果处理器要进入低功耗关断状态，这可能会带来问题。

PWM到模拟的改进？

图 2 显示了弥补这些缺点的尝试。一个输出缓冲器允许使用一个高阻抗滤波电阻，同时提供低阻抗模拟输出。通过使用外部CMOS缓冲器，增益精度得到改善，该缓冲器由精密基准供电，使得PWM信号在地和精确的高电平之间摆动。该电路是可以维修的，但元件数量很多，没有办法改善1.1秒的建立时间，也没有办法在没有连续PWM信号的情况下“保持”模拟值。

图2.改进了 PWM 到模拟？

改进的PWM到模拟！

LTC®2644 和 LTC2645 是双通道和四通道 PWM至电压输出 DAC，具有内部 10ppm/°C 基准，可利用数字 PWM 信号提供真正的 8、10 位或 12 位性能。LTC2644 和 LTC2645 通过直接测量输入 PWM 信号的占空比并在每个上升沿向精准 DAC 发送适当的 8、10 位或 12 位代码来克服这些问题。

一个内部 1.25V 基准将满量程输出设置为 2.5V，如果需要不同的满量程输出，则可以使用一个外部基准。单独的车联网抄送引脚设置数字输入电平，允许直接连接到 1.8V FPGA、5V 微控制器或介于两者之间的任何电压。直流精度规格非常出色，具有 5mV 失调、0.8% 最大增益误差和 2.5LSB（12 位）最大 INL。输出建立时间为从PWM输入上升沿到最终值的0.024%以内（12位时为1LSB）的8μs。对于 12 位版本，PWM 频率范围为 30Hz 至 6.25kHz。

多种输出模式

图 4 示出了利用 LTC2644 的另一个独特特性的典型电源微调 / 裕量调节应用。绑定 IDLSEL 高电平选择“采样/保持”操作;输出在启动时为高阻抗（无裕量），输入上的连续高电平使输出无限期地保持其值，连续低电平使输出进入高阻抗状态。因此，电源可以在上电时修整一次，然后是PWM突发，然后是高电平。将PWM信号拉低允许电路干净地退出裕量调节操作。将 IDLSEL 绑定到 GND 会选择“透明模式”，在该模式下，输入上的连续高电平将输出设置为满量程，连续低电平将输出设置为零电平。

图3.4通道PWM转模拟

图4.保证金申请

结论

如果您面对典型PWM到模拟技术的局限性，请不要绝望。LTC2645 使得能够从脉宽调制数字输出产生准确、快速建立的模拟信号，同时保持低器件数量和代码简单性。

审核编辑：郭婷