Программирование AVR Быстрый синхронный фильтр для ЦАП на основе ШИМ Fri, June 21 2024  

Поделиться

Нашли опечатку?

Пожалуйста, сообщите об этом - просто выделите ошибочное слово или фразу и нажмите Shift Enter.

Быстрый синхронный фильтр для ЦАП на основе ШИМ Печать
Добавил(а) microsin   

Довольно недорогой способ реализации высокоточного цифро-аналогового преобразователя (digital-to-analog conversion, DAC) - скомбинировать выход ШИМ на микроконтроллере (pulse-width-modulate, PWM), точный источник опорного напряжения, ключи CMOS и аналоговый фильтр [2].

Однако в любом случае ЦАП на основе PWM создает большую проблему для разработчика: как адекватно подавить на выходе большую амплитуде пульсаций частоты импульсов ШИМ? Проблема подавления импульсов ШИМ особенно актуальна, когда используется 16-битный ШИМ микроконтроллера, потому что не получается становится трудным выбрать высокую частоту импульсов ШИМ, чтобы её можно было легко отфильтровать простым ФНЧ. Например, высокоточный 16-битный ШИМ требует от счетчика PWM обработки 216 отсчетов, и если частота тактирования счетчика периферийного устройства PWM 16 МГц, то максимальная частота импульсов ШИМ получится 16000000 / 216 = 244 Гц. При таких низких частотах пульсаций ШИМ, если их подавлять RC-цепочкой до уровня цены одного разряда 16-битного ЦАП (т. е. до -96 dB), то изменение уровня на выходе получится очень медленным - изменение полезного сигнала от минимального до максимального значения будет длиться порядка секунды, а то и больше.

Схема на рис. 1 позволяет избежать большинства проблем ФНЧ. Это достигается комбинации дифференциального интегратора A1 с усилителем выборки-хранения A2, которые встроены в петлю обратной связи, работающей синхронно с периодом PWM (T2 на рис. 2). Если сделать постоянную времени интегратора равной периоду PWM (R1 × C1 = T2). И если емкость конденсатора выборки C2 равна емкости конденсатора хранения C3, то фильтр может захватить и установить новое значение DAC ровно за 1 период PWM. Хотя этот способ не позволяет получить реально быстрый и "высокоскоростной" ЦАП, его время реакции 10 мс это все равно в 100 раз лучше, чем время реакции 1 секунда. Важный момент - повышение скорости работы происходит не в ущерб подавлению пульсаций. Подавление пульсаций синхронного фильтра практически бесконечно, единственным пределом на практике является ненулевое время заряда C3 через ключ S2. Если выбрать хороший ключ S2 и для C3 емкость примерно 1 мкФ, то амплитуда пульсаций будет порядка микровольт.

Synchronous pwm DAC filter no ripple fig01

Рис. 1. Схема синхронного фильтра импульсов PWM.

Synchronous pwm DAC filter no ripple fig02

Рис. 2. Диаграмма сигналов работы синхронного фильтра.

Опциональный делитель напряжения обратной связи R2/R3 предоставляет возможность подстройки диапазона выходного напряжения DAC по отношению к уровню опорного напряжения. Например, если R2=R3, то диапазон выходных уровней DAC составит  0 .. 10V при опорном напряжении 5V. Дополнительное достоинство этого метода регулирования выходного напряжения состоит в том, что пульсации на выходе не зависят от усиления уровня опорного напряжения.

[Ссылки]

1. Fast-settling synchronous-PWM-DAC filter has almost no ripple site:edn.com.
2. 16-битный ШИМ основе двух 8-битных.
3Быстрый PWM DAC без выходных пульсаций.

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Top of Page