淺談PCB設計中PWM數模轉換器電路的布局

2020-12-11 電子發燒友

淺談PCB設計中PWM數模轉換器電路的布局

上海韜放電子 發表於 2020-12-10 16:20:00

Pcb布局將數字數據轉換為模擬信號。通常，這是通過數模轉換器組件完成的，但這意味著將另一部分及其相關電路放置在板上。通過使用設計中已經使用的組件中已有的PWM功能，您可以轉換信號而無需在設計中添加其他多引腳組件。以下是有關如何在下一個印刷電路板上設計PWM數模轉換器的更多信息。

由於普通電路板上的大部分電路都是由數字電路組成的，因此將這些信號連接到數字接口設備是一件相當簡單的事情。以一個簡單的開關為例。儘可能地打開或關閉信號是數字的。但是，當數位訊號必須連接的設備本質上是模擬信號時，必須首先將數位訊號轉換為模擬信號。這通常是數模轉換器或DAC的工作。但問題是，您可能正在使用設計中尚未內置DAC的組件。

如果您有時間，空間和預算，則可以輕鬆地在設計中添加一個外部DAC組件來處理轉換。有多種包裝樣式可供選擇。但是，如果您不想在設計中添加其他組件，並且也不想更改已經在使用的電路，則需要找到另一個選擇。幸運的是，您現有的電路中可能已經內置了另一種選擇，並且可以使用微控制器上的脈衝寬度調製（PWM）輸出。

由於大多數微控制器至少帶有一個PWM外設，因此只需使用一個電阻和一個電容器來創建低成本的數模轉換器即可。但是，這些轉換器的精度最高，如果需要考慮使用外部DAC。但是出於一般目的，PWM可能是您一直在尋找的替代方案。

印刷電路板上的電源電路

設計PWM數模轉換器的好處

脈衝寬度調製通過改變信號脈衝的寬度而不是其頻率來產生可變電壓。為了改變電壓，數位訊號的高和低分為ON和OFF部分。高電平和低電平狀態的持續時間或脈衝保持不變，但是信號為ON或OFF的時間量將改變以產生不同的電壓。例如，如果脈衝的「開」狀態或「佔空比」為50％，則分別在10伏和0伏時具有高和低狀態的信號將減小到5伏。同樣，如果同一脈衝的佔空比為25％，而低電平為75％，則該信號將僅產生2.5伏。

PWM也可以使用相同的過程電壓創建來生成所需的模擬信號。所需電壓由PWM創建，然後由數字載波傳輸到RC電路。在那裡，它通過電阻器和電容器進行濾波，以使其平滑至平均值。可以對PWM進行編程以創建多個電壓，以創建完整的模擬信號。

選擇使用哪個數模轉換器的參數之一是其解析度值（以「位」為單位）。在常規DAC組件中，解析度取決於其可以產生多少個不同的輸出電壓。由於PWM信號的每個佔空比對應於特定的輸出電壓，因此PWM的解析度也可以像傳統DAC一樣被識別。將PWM用作DAC顯然比我們在此簡單說明中介紹的要多得多，但這將使您了解設計中微控制器的PWM輸出可能實現的功能。

PCB設計工具中的約束管理系統對於良好的元件放置至關重要

PWM數模轉換器電路的布局注意事項

在設計上確定PWM的解析度時，必須考慮輸出電壓紋波的影響。當PWM對電阻器和電容器進行充電和放電時，會發生此紋波。可以通過增加RC電路的值來減輕這種影響，但這也可以增加紋波電壓穩定所需的時間。為了彌補這一點，您可以添加第二個RC濾波器電路，但是其他組件將在您的布局上佔用更多空間。

與任何電源電路一樣，您應使RC濾波器組件靠近PWM輸出。另外，請確保將數字和模擬組件分開，並使用單獨的接地層隔離模擬和數字返迴路徑。
編輯：hfy

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