關于用模擬減法消除PWM DAC紋波的設計

每個PWM DAC設計都需要模擬濾波，以便將需要的直流分量（與 PWM占空比成正比）與不需要的交流紋波分開。選擇足夠大的RC乘積可以實現(xiàn)任何期望的紋波衰減，但是穩(wěn)定時間會受到影響。對許多應用而言，需在電路復雜度與PWM DAC性能之間進行合理折衷。

每個PWM DAC設計都需要模擬濾波，以將需要的直流分量（與PWM占空比成比例）與不需要的交流紋波分開。最簡單的方法是采用基本的RC低通濾波器，它給出峰峰值紋波幅度（這是針對50％PWM占空比的最壞情況，其中TPWM=PWM周期時間，并假設RC>TPWM）：

顯而易見的設計取舍是：雖然選擇足夠大的RC乘積可以實現(xiàn)任何期望的紋波衰減度，但是穩(wěn)定時間將相應地受到影響。例如，如果我們（相當邏輯地）選擇穩(wěn)定帶等于紋波幅度這樣一種定義，則：

這種關系的結果可以用8位的例子來說明：

這里，即使有相當快的32kHz（31μs TPWM），穩(wěn)定時間仍然是相當冗長的11ms。

顯然，如果穩(wěn)定時間是個關鍵的設計參數(shù)，我們就需要做得更好，并找到一個不會過于簡單的濾波方案。我以前寫的一篇設計實例“快速穩(wěn)定的同步PWM-DAC濾波器幾乎沒有紋波”說明了沿這個思路的極大可能性。

但并不是每個應用都不能容忍冗長的355TPWM穩(wěn)定時間或可證明確實需要這樣一種復雜的濾波方案。本設計實例解決了這些常見的應用問題。如圖1所示，它通過一個反相器、R2和C2對基本的R1/C1低通濾波器進行了增強；反相器、R2和C2一道從所需的直流信號中抵沖并減去（大部分）不需要的交流分量，從而得到一個相對干凈的模擬信號輸出，其穩(wěn)定時間比簡單的RC濾波器短得多。

圖1：PWM DAC紋波消除器的波形和原理圖。

但是，“相對干凈”是多干凈？“快得多”又是多快？設置R2=R1和C2=C1，則新電路的紋波和穩(wěn)定時間值為：

再次參考8位的例子（見圖1）：

采用32kHz的周期，速度提高了16倍，紋波-幅度比成倍提高！

對許多應用而言，這是在電路復雜性的適度增加和PWM DAC性能的顯著提高之間非常有價值的折衷。