具有PWM輸出的電流傳感器是一種非常有用的設備。傳統上，該設備可以在數字應用中使用，其中主機微控制器可以確定傳感器輸出信號的開啟時間與關閉時間之比。使用PWM傳感器的另一種有用方法是將PWM輸出信號轉換為模擬輸出信號。本文的目的是簡要介紹將PWM信號轉換為模擬信號的簡單方法，以及一些示例和重要的設計約束。

PWM輸出傳感器如何工作

在深入設計濾波器之前，第一步是快速檢查一下PWM傳感器的輸出信號是什么樣的。PWM波形基本上是方波，其頻率我們將定義為fPWM，對于邏輯低，幅度為0 V，對于邏輯高，幅度為VCC。從這里開始，我們將幅度稱為VPWM。信號高電平時間tON與周期（TPWM = 1 / fPWM）的比率為占空比D。這些關系如圖1所示。

圖3減小磁場的PWM

PWM輸出霍爾IC的占空比與檢測到的磁場成比例。隨著輸入場強度的增加，D也隨之增加（圖2）。相反，隨著輸入字段的減少，D也隨之減少（圖3）。

模擬輸出傳感器如何工作

現在，我們回顧了PWM輸出如何用于霍爾效應IC，現在該簡要討論模擬輸出如何用于傳感器了。該前提幾乎與帶有PWM輸出的霍爾IC的前提相同。代替不斷地切換輸出以生成信號，輸出斷言一個與感測到的磁場成比例的模擬電壓。例如，當PWM占空比由于輸入場的上升而增加時，模擬輸出將簡單地上升到較高的DC電壓，反之亦然。

無源濾波器

現在，我們進入過程的有趣部分，從PWM輸出信號創建一個模擬DC電壓。最簡單的方法是使用無源低通濾波器。為了本指南的目的和簡化起見，重點將放在無源，一階和二階低通濾波器上。無源濾波器可以通過電阻器和電容器非常簡單地實現。此處介紹的概念可以應用于更高級的過濾器。

就本文檔而言，我們將重點分析和設計使用無源低通濾波器的電路，該濾波器的衰減滾降系數對于一階濾波器為–20 dB /十進制，對于二階濾波器為–40 dB /十進制。在某些情況下，一階過濾器可以正常工作。但是，某些應用程序可能需要更快的響應時間。在這些情況下，可能需要二階濾波器。最終用戶需要評估過濾器成本和過濾器性能之間的權衡。可以通過簡單地級聯越來越多的級來增加濾波器的階數。對于濾波器的每增加一個階數，滾降速率將增加陡峭的–20 dB /十倍頻程。

有兩種方法可以計算濾波器對輸入信號的響應：時間分析和頻率分析。我更喜歡使用后包絡頻率分析，并且將重點研究使用頻率分析技術來設計一階和二階低通濾波器。通常，大多數沒有電子背景的人在設計簡單濾波器時都比時域方法更好地了解頻率方法。

編輯：hfy