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使用智能数模转换器生成脉宽调制信号

发布时间:2021-04-22 责任编辑:wenwei

【导读】技术文章《智能数模转换器科普》介绍了智能数模转换器(DAC)及其如何为诸多应用带来价值。智能DAC可减轻软件开发的负担从而提高设计效率,还能提供很多有用的功能,若没有这些功能,则需要使用性能较低或类似但成本更高的外部元件。智能DAC的集成特性能以低成本实现高精度。
 
在本文中,我们将讨论智能DAC如何通过器件的反馈引脚产生直接由模拟信号控制的脉宽调制(PWM)信号。本示例中使用的DAC53701采用非易失性存储器(NVM),后者经过初步编程,即使在下电上电后,也可以存储所有寄存器配置。
 
 对于汽车照明和工业应用中的远程控制和故障管理,可以将智能DAC用作PWM发生器,以提供可配置的模拟至PWM转换、占空比转换以及通用输入(GPI)至PWM转换,与同类竞争解决方案相比成本更低且性能更高。让我们从简单的PWM生成开始,详细了解各个方面。
 
PWM函数生成
 
与微控制器(MCU)或基于计时器的解决方案不同,智能DAC具有连续波形生成(CWG)模式,可实现简单的PWM生成。函数发生器能够输出三角波、具有上升或下降斜率的锯齿波以及方波。您可以使用配置寄存器来自定义波形的压摆率和高低电压电平。函数发生器可以创建具有有限数量的可调频率且占空比为50%的方波。
 
模拟至PWM转换
 
对于诸如温度至PWM的应用,智能DAC可通过将锯齿波或三角波发送至内部输出缓冲器的一个输入端,并将阈值电压发送至另一个输入端,来实现模拟至PWM转换输出。DAC53701反馈引脚会提供内部输出缓冲器的输出和反相输入之间的反馈路径,从而将该缓冲器用作比较器。在图1所示的示例中,电阻分压器产生的模拟输入电压(VFB)被应用于反馈引脚。通过将DAC53701生成的三角波形与VFB进行比较,可生成方波。使用负温度系数电阻器代替电阻梯中的某个电阻会产生可变占空比。
 
使用智能数模转换器生成脉宽调制信号
图1:模拟至PWM转换电路和仿真
 
公式1和2会计算输入波形的频率设置以产生PWM。这些公式中的寄存器会编程为智能DAC。
 
使用智能数模转换器生成脉宽调制信号
使用智能数模转换器生成脉宽调制信号
 
高裕度是波形的高压电平,低裕度是波形的低压电平。PWM输出的占空比与施加在反馈引脚上的高裕度、低裕度和VFB相关,如公式3所示:
 
使用智能数模转换器生成脉宽调制信号
 
GPI至PWM转换
 
在基于GPI的LED汽车尾灯调光中,智能DAC通过扩展反馈电阻分压器网络来提供额外的数字接口,如图2所示。在图1所示的DAC53701反馈网络中增加两个电阻器会创建两个新的GPI引脚。反馈引脚上的电压根据GPI1和GPI2的电平而变化。
 
如前一节所述,反馈引脚上的电压,以及CWG产生的三角波形或锯齿波形的高裕度和低裕度电压,决定了PWM输出的占空比。GPI0可通过对DAC53701加电和断电来为系统提供打开和关闭功能,或者为CWG提供启停功能。
 
使用智能数模转换器生成脉宽调制信号
图2:GPI至PWM转换电路和仿真
 
555定时器替代产品
 
智能DAC的PWM占空比通过更改三角波或锯齿波高裕度和低裕度电压来控制,而频率是通过设置DAC的压摆率来控制。这些可编程设置消除了对其他计时电路(例如555计时器)的需求。将555计时器替换为智能DAC有诸多优势。典型的555计时器尺寸为9mm x 6mm,需要通过外部元件来设置其工作频率。智能DAC采用2mm x 2mm Quad Flat No-Lead封装,所需的外部元件更少,并且其频率不受任何易温移的外部元件控制。
 
PWM占空比转换
 
当您需要调整PWM占空比以匹配系统中各种器件的输入范围时,智能DAC可以转换输入PWM信号的占空比。在PWM输入信号上添加一个电阻电容(RC)滤波器会将其转换为模拟电压,适用于智能DAC的反馈引脚。大多数情况下,您需要对PWM输入信号进行反相,因为RC滤波器将为较大的占空比提供较大的模拟电压。DAC53701反馈引脚上的较大模拟电压将产生占空比较小的输出波。
 
在对输入PWM进行反相输入并添加RC滤波器之后,可以通过以下方法改变输出的占空比:使用电阻分压器对RC滤波器的输出进行分频,或根据公式3调整来自DAC53701 CWG的三角波或锯齿波的高裕度和低裕度值。使用图3的原理图和仿真显示了输入PWM波形的反相和滤波,以及使用DAC53701的占空比转换。
 
使用智能数模转换器生成脉宽调制信号
图3:PWM占空比转换电路和仿真
 
结束语
 
智能DAC非常适合大多数需要产生PWM的设计或子系统,并提供对内部元件的访问以及存储和可编程性。智能DAC可以帮助利用多个输入,并将温度、电阻或GPI输入转换为准确且可控的PWM信号。
 
 
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