產生精確PWM波形的DDS電路

2020-12-07 電子產品世界

　　脈寬調製是一種調製或改變某個方波的簡單方法。方波佔空比基本形式是隨輸入信號變化的。佔空比是指方波的高電平時間和低電平時間之比。一個50%佔空比的波形會具有50%的高電平時間和50%的低電平時間，而一個10%佔空比的波形則具有10%的高電平時間和90%的低電平時間。PWM有許多應用，其中包括電動機控制、伺服控制、調光、開關電源，甚至某些音頻放大器。在諸如MEMS（微機電系統）鏡面傳動器控制等應用系統中，有一個反饋系統必須對PWM進行調節。有個電路監測並控制PWM輸出信號，然後根據應用系統要求改變佔空比。輸出頻率對傳動器進行調節，而佔空比則設定傳動器的速度。反饋迴路控制閾值電平。本「設計實例」描述帶反饋控制的高頻率高解析度PWM。首先，探討一下PWM理論也許是有益的。

圖1  一個DDS電路可與一個比較器和一個帶內部DAC和ADC的微控制器組合在一起，以便產生高解析度的PWM輸出信號。

　　幾種可供選用的體系結構

　　傳統的PWM用兩個運算放大器來產生鋸齒波形，用一個電位器來產生直流基準電壓，再用一個比較器來產生PWM輸出信號。這類設計的優點是切實可行而又成本低廉。遺憾的是，如不改變元件值就無法方便地對頻率進行編程,而且頻率微調也非常困難。這種方法的另一個問題是難以精確控制佔空比。你可以使用數字式電位器來替代機械式電位器，但這樣做會加大成本。產生PWM波形的第二種辦法是採用ADμC824 MicroConverter（微轉換器）。它除了提供兩個PWM信號輸出以外，還集成了幾個ADC、幾個DAC、一個與8052兼容的微控制器以及快閃記憶體。你可以配置出解析度高達16位的PWM。不過，已編程的頻率會影響PWM的解析度。PWM的頻率和解析度如下：FPWM=16.777 MHz/N，式中N是以位表示的解析度。

　　一個內部PLL可根據32千赫晶振推導出16.77MHz基準時鐘。該基準時鐘對PWM的輸出信號進行採樣。如前所述，N是PWM的解析度，即位的多少。要達到16位的解析度，PWM的最大頻率是266Hz。頻率為200kHz時，解析度會降到大約6位。因此，ADμC832對於低頻高解析度系統來說是一種理想的低成本方法，但對於高頻高解析度系統來說並非如此。　　

DDS的實現

　　要求實時高解析度頻率調節和脈寬調製調節的系統，可以採用直接數字合成器（DDS）在大帶寬範圍內提供具有高頻率解析度的高精度鋸齒波形。於是，你就可以在開環或閉環系統中將該信號作為比較器的輸入信號。圖1示出了一種產生具有可編程佔空比的可編程方波的簡便方法。AD9833型DDS把一個可編程三角形波送入AD8611比較器的一個輸入端，並控制輸出波形的頻率。傳動器的反饋迴路控制比較器的閾值電平。AD8611是一個具有鎖存功能和互補輸出的4ns比較器。來自DDS的輸入信號直接送到比較器的反相輸入端。輸出信號通過R

1

和R

2

反饋到非反相輸入端。R

1

對R

1

+R

2

之比決定滯後窗的寬度，而V

DAC

設定滯後窗的中心，即平均開關電壓。輸出端在輸入電壓大於V

HI

時就轉變為低電平，並且要到輸入電壓低於V

LO

時才再次轉變為高電平，正如下式所示：V

HI

=(V+-1.5V-V

DAC

)(R

1

/(R

1

+R

2

))+V

DAC

和V

LO

=V

DAC

(R

2

/(R

1

+R

2

))，式中 V+ 是加到比較器的正電源電壓，V

DAC

是DAC設定的電平。AD8611能接收峰—峰電平為400mV的100兆赫信號，也能接收幾十毫伏的輸入信號。AD9833可利用DDS體系結構產生正弦波和三角波輸出信號。AD9833在一塊晶片內含一個採用28位相位累加器的數值控制的振蕩器、一個正弦ROM以及一個10位數/模轉換器（圖2）。

圖2  一個DDS電路可在一塊晶片上包含一個採用28位相位累加器的數控晶振、一個正弦ROM以及一個10位數模轉換器。

　　你一般根據其振幅公式來考慮正弦波：a(t)=sin(vt)。但是，這些波形都是非線性的，而且難以產生。另一方面，角信息本質上又是線性的。這就是說，相位角在每一時間單位內轉過某一固定角度。只要知道一個正弦波的相位是線性的，又已知基準間隔（時鐘周期），你就可以確定該周期內的相位旋轉：

　　相位=ωdt；

　　ω=Δ相位/dt；

　　f=(Δ相位

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