作者：Mark Thoren and Chad Steward

脈寬調制 （PWM） 是從微控制器或 FPGA 等數字設備生成模擬電壓的常用技術。大多數微控制器都內置了專用的PWM生成外設，只需幾行RTL代碼即可從FPGA生成PWM信號。如果模擬信號的性能要求不太嚴格，這是一種簡單實用的技術，因為與具有SPI或I的數模轉換器（DAC）相比，只需要一個輸出引腳，并且代碼開銷非常低2C 接口。圖1所示為一個典型應用，其數字輸出引腳經過濾波以產生模擬電壓。

圖1.PWM至模擬

您不必深入挖掘即可發現該計劃的無數缺陷。理想情況下，12位模擬信號的紋波應小于1LSB，在5kHz PWM信號的情況下需要1.2Hz低通濾波器。電壓輸出的阻抗由濾波電阻決定，如果要將濾波電容保持在合理的尺寸，濾波電阻可能會很大。因此，輸出必須僅驅動高阻抗負載。PWM至模擬傳遞函數的斜率（增益）由微控制器的數字電源電壓（可能不準確）決定。一個更微妙的影響是，數字輸出引腳在高電平狀態下對電源的有效電阻與低電平狀態下的接地電阻之間的不匹配必須小于濾波電阻的值，以保持線性度。最后，PWM信號必須是連續的，以便將輸出電壓保持在恒定值，如果處理器要進入低功耗關斷狀態，這可能會帶來問題。

PWM到模擬的改進？

圖 2 顯示了彌補這些缺點的嘗試。一個輸出緩沖器允許使用一個高阻抗濾波電阻，同時提供低阻抗模擬輸出。通過使用外部CMOS緩沖器，增益精度得到改善，該緩沖器由精密基準供電，使得PWM信號在地和精確的高電平之間擺動。該電路是可以維修的，但元件數量很多，沒有辦法改善1.1秒的建立時間，也沒有辦法在沒有連續PWM信號的情況下“保持”模擬值。

圖2.改進了 PWM 到模擬？

改進的PWM到模擬！

LTC?2644 和 LTC2645 是雙通道和四通道 PWM至電壓輸出 DAC，具有內部 10ppm/°C 基準，可利用數字 PWM 信號提供真正的 8、10 位或 12 位性能。LTC2644 和 LTC2645 通過直接測量輸入 PWM 信號的占空比并在每個上升沿向精準 DAC 發送適當的 8、10 位或 12 位代碼來克服這些問題。

一個內部 1.25V 基準將滿量程輸出設置為 2.5V，如果需要不同的滿量程輸出，則可以使用一個外部基準。單獨的車聯網抄送引腳設置數字輸入電平，允許直接連接到 1.8V FPGA、5V 微控制器或介于兩者之間的任何電壓。直流精度規格非常出色，具有 5mV 失調、0.8% 最大增益誤差和 2.5LSB（12 位）最大 INL。輸出建立時間為從PWM輸入上升沿到最終值的0.024%以內（12位時為1LSB）的8μs。對于 12 位版本，PWM 頻率范圍為 30Hz 至 6.25kHz。

多種輸出模式

圖 4 示出了利用 LTC2644 的另一個獨特特性的典型電源微調 / 裕量調節應用。綁定 IDLSEL 高電平選擇“采樣/保持”操作;輸出在啟動時為高阻抗（無裕量），輸入上的連續高電平使輸出無限期地保持其值，連續低電平使輸出進入高阻抗狀態。因此，電源可以在上電時修整一次，然后是PWM突發，然后是高電平。將PWM信號拉低允許電路干凈地退出裕量調節操作。將 IDLSEL 綁定到 GND 會選擇“透明模式”，在該模式下，輸入上的連續高電平將輸出設置為滿量程，連續低電平將輸出設置為零電平。

圖3.4通道PWM轉模擬

圖4.保證金申請

結論

如果您面對典型PWM到模擬技術的局限性，請不要絕望。LTC2645 使得能夠從脈寬調制數字輸出產生準確、快速建立的模擬信號，同時保持低器件數量和代碼簡單性。

審核編輯：郭婷