Используя комбинацию ШИМ выходов микроконтроллера с прецизионными источниками опорного напряжения (ИОН), КМОП коммутаторами и аналоговыми фильтрами, можно создать недорогой цифро-аналоговый преобразователя (ЦАП) высокого разрешения [1]. Однако разработка таких ШИМ-ЦАП очень непроста. Каким образом вы обеспечите достаточный уровень подавления больших пульсаций, неизбежно присутствующих на выходах коммутаторов? Проблема пульсаций становится особенно острой, когда для генерации сигнала ШИМ вы используете типичную 16-битную периферию микроконтроллера. Для формирования ШИМ такого высокого разрешения обычно требуется очень большое количество циклов работы 16-битных таймеров и компараторов. В результате спектр пульсаций оказывается в районе очень низких, и поэтому крайне неудобных частот 100 или 200 Гц. Если при столь низких частотах пульсаций вы захотите использовать обычный аналоговый фильтр, чтобы подавить их до уровня, соответствующего 16-битной точности, то есть, до –96 дБ, время установления выходного напряжения ЦАП может составить целую секунду, а может быть, и больше.
 |
|
| Рисунок 1. | В этом фильтре подавления пульсаций ЦАП объединены дифференциальный интегратор A1 и усилитель выборки-хранения A2, образующие петлю обратной связи, работающую синхронно с ШИМ. |
Изображенная на Рисунке 1 схема позволяет решить большинство проблем низкочастотной фильтрации с помощью комбинации дифференциального интегратора A1 с усилителем выборки-хранения A2, включенных в цепь обратной связи и работающими синхронно с циклами ШИМ (T2 на Рисунке 2). Если постоянную времени интегратора вы сделаете равной длительности цикла ШИМ, а именно R1 × C1 = T2, и если емкость конденсатора выборки C2 равна емкости конденсатора хранения C3, то новое значение напряжения VOUT сможет устанавливаться на выходе фильтра в точности за время, равное одному периоду ШИМ. Хотя вряд ли подобный подход позволит сделать по настоящему «высокоскоростной» ЦАП, все же, время установления 0.01 с – это в 100 раз лучше, чем одна секунда. И, что очень важно, существенное снижение времени установления здесь никак не ухудшает качества подавления пульсаций. Теоретический уровень подавления помех синхронным фильтром равен бесконечности, и единственным практическим ограничением здесь является ненулевая инжекция заряда из S2 в C3. Выбором ключа S2 с низкой величиной инжекции заряда и конденсатора C3 с емкостью, равной приблизительно 1 мкФ, амплитуду пульсаций можно легко снизить до уровня единиц микровольт.
 |
|
| Рисунок 2. | Выходное напряжение ЦАП устанавливается за один цикл ШИМ. |
Необязательный делитель напряжения обратной связи R2/R3 обеспечивает дополнительную гибкость управления выходной шкалой ЦАП при использовании стандартных ИОН. Например, если R2 = R3, то при 5-вольтовом ИОН выходной сигнал будет изменяться в диапазоне от 0 до 10 В. Преимуществом такого метода управления размахом шкалы является независимость пульсаций выходного напряжения от усиления опорного напряжения.
Купить 74HC4053 на РадиоЛоцман.Цены
