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产生精确PWM波形的DDS电路时间：2009-11-21 01:14:40 来源： 作者:§ § §脉宽调制是一种调制或改变某个方波的简单方法。方波占空比基本形式是随输入信号变化的。占空比是指方波的高电平时间和低电平时间之 比。一个50%占空比的波形会具有50%的高电平时间和50%的低电平时间，而一 个10%占空比的波形则具有10%的高电平时间和90%的低电平时间°PWM有许多应 用，其中包括电动机控制、伺服控制、调光、开关电源，甚至某些音频放大器。 在诸如MEMS （微机电系统）镜面传动器控制等应用系统中，有一个反馈系统必 须对PWM进行调节。有个电路监测并控制PWM输出信号，然后根据应用系统要求 改变占空比。输出频率对传动器进行调节，而占空比则设定传动器的速度。反馈 回路控制阈值电平。本“设计实例”描述带反馈控制的高频率高分辨率PWM。首 先，探讨一下PWM理论也许是有益的。allimg/0608/1_25132922.JPGtarget=_blank>图1 一个DDS电路可与一个比较器和一个带内部DAC和ADC的微控制器组合在 -起，以便产生高分辨率的PWM输出信号。几种可供选用的体系结构传统的PWM用两个运算放大器来产生锯齿波形，用一个电位器来产生直流基 准电压，再用一个比较器来产生PWM输出信号。这类设计的优点是切实可行而又 成本低廉。遗憾的是，如不改变元件值就无法方便地对频率进行编程，而且频率 微调也非常困难。这种方法的另一个问题是难以精确控制占空比。你可以使用数 字式电位器来替代机械式电位器，但这样做会加大成本。产生PWM波形的第二种 办法是采用ADC824 MicroConverter （微转换器）。它除了提供两个PWM信号 输出以外，还集成了几个ADC、几个DAC、一个与8052兼容的微控制器以及闪存。 你可以配置出分辨率高达16位的PWM。不过，已编程的频率会影响PWM的分辨 率。PWM的频率和分辨率如下：FPWM=16.777 MHz/N，式中N是以位表示的分辨一个内部PLL可根据32千赫晶振推导出16.77MHz基准时钟。该基准时钟对 PWM的输出信号进行采样。如前所述，N是PWM的分辨率，即位的多少。要达到 16位的分辨率，PWM的最大频率是266Hz。频率为200kHz时，分辨率会降到大 约6位。因此，AD M C832对于低频高分辨率系统来说是一种理想的低成本方法， 但对于高频高分辨率系统来说并非如此。DDS的实现要求实时高分辨率频率调节和脉宽调制调节的系统，可以采用直接数字合成 器(DDS)在大带宽范围内提供具有高频率分辨率的高精度锯齿波形。于是，你 就可以在开环或闭环系统中将该信号作为比较器的输入信号。图1示出了一种产 生具有可编程占空比的可编程方波的简便方法。AD9833型DDS把一个可编程三 角形波送入AD8611比较器的一个输入端，并控制输出波形的频率。传动器的反 馈回路控制比较器的阈值电平。AD8611是一个具有锁存功能和互补输出的4ns 比较器。来自DDS的输入信号直接送到比较器的反相输入端。输出信号通过R1 和R2反馈到非反相输入端。R1对R1+R2之比决定滞后窗的宽度，而VDAC设定滞后窗的中心，即平均开 关电压。输出端在输入电压大于VHI时就转变为低电平，并且要到输入电压低于 VLO时才再次转变为高电平，正如下式所示： VHI=(V+-1.5V-VDAC)(R1/(R1+R2)+VDAC 和 VLO二VDAC(R2/(R1+R2)，式中 V+ 是 加到比较器的正电源电压，VDAC是DAC设定的电平。AD8611能接收峰一峰电平 为400mV的100兆赫信号，也能接收几十毫伏的输入信号。AD9833可利用DDS 体系结构产生正弦波和三角波输出信号。AD9833在一块芯片内含一个采用28位 相位累加器的数值控制的振荡器、一个正弦ROM以及一个10位数/模转换器(图 2)。allimg/0608/1_25133003.JPGtarget=_blank>图2 一个DDS电路可在一块芯片上包含一个采用28位相位累加器的数控晶振、 一个正弦ROM以及一个10位数模转换器。一般根据其振幅公式来考虑正弦波：a(t)二sin(vt)。但是，这些波形都是非 线性的，而且难以产生。另一方面，角信息本质上又是线性的。这就是说，相位 角在每一时间单位内转过某一固定角度。只要知道一个正弦波的相位是线性的， 又已知基准间隔(时钟周期)，你就可以确定该周期内的相位旋转：相位=3 dt；3 =相位/dt；f=(A 相位 XfMCLK)/2n，式中dt是主时钟频率fMCLK的倒数。只要知道相位和主时钟频率，便可以 利用这一公式产生输出频率。相位累加器提供28位的线性相位。正弦ROM以数 字格式存储输出正弦波的振幅系数。DAC把正弦波转换成模拟域。如果你旁路正 弦ROM，则AD9833就会产生三角波，而不是产生正弦波。你可用写入频率寄存 器的方法给该器件编程。于是，从该器件输出的模拟信号是 fOUT=(fMCLK/228)X(频率-寄存器字)。DDS输出信号具有28位分辨率，因此有效频率步长有可能达到0.1Hz数量 级，而频率最高可达大约10MHz。两个相位寄存器具有12位相位分辨率。这些 寄存器可使信号移相，移相值为PSHIFT=(2n /4096)X(相位-寄存器字)。一个 25MHz的晶振为DDS提供基准主时钟。DDS的输出级是一个摆幅为0.7VP-P的电 压输出DAC，其负载是一只200Q内部电阻器。增加负载电阻RL会降低输出电 压的峰一峰值，从而可以把DDS的峰一峰输出调到比较器的输入范围内。DDS的 输出端通常有一个滤波级。滤波级的用途是滤除基准时钟频率、像频和更高频率 的馈通信号，并限制所考虑的信号的带宽。allimg/0608/1_25133036.JPGtarget=_blank>I "" V IEEE峰井机图3示出了图1中AD8611比较器的典型输出曲线图。DDS的输入信号是一 个调到1 MHz的三角波。每个曲线图都示出了各种不同阈值电压的PWM输出。在 图1的闭环电路中，你可以把PWM的输出调到12位精确度。并可使用许多种脉 宽调制方法；所用方法取决于应用系统。对于低分辨率应用系统来说，采用运算 放大器和电位器的传统方法是可以接受的，也很经济实惠。对于低频高分辨率应 用系统来说，ADC832则是一种免费增加功能的单芯片方法。对于要求频率微 谐的高分辨率高频应用系统来说，你可以将一个DDS和一个比较器组合在一起， 产生精密的高频PWM波形。