淺談PCB設(shè)計(jì)中PWM數(shù)模轉(zhuǎn)換器電路的布局

Pcb布局將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。通常，這是通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器組件完成的，但這意味著將另一部分及其相關(guān)電路放置在板上。通過使用設(shè)計(jì)中已經(jīng)使用的組件中已有的PWM功能，您可以轉(zhuǎn)換信號(hào)而無需在設(shè)計(jì)中添加其他多引腳組件。以下是有關(guān)如何在下一個(gè)印刷電路板上設(shè)計(jì)PWM數(shù)模轉(zhuǎn)換器的更多信息。

由于普通電路板上的大部分電路都是由數(shù)字電路組成的，因此將這些信號(hào)連接到數(shù)字接口設(shè)備是一件相當(dāng)簡(jiǎn)單的事情。以一個(gè)簡(jiǎn)單的開關(guān)為例。盡可能地打開或關(guān)閉信號(hào)是數(shù)字的。但是，當(dāng)數(shù)字信號(hào)必須連接的設(shè)備本質(zhì)上是模擬信號(hào)時(shí)，必須首先將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。這通常是數(shù)模轉(zhuǎn)換器或DAC的工作。但問題是，您可能正在使用設(shè)計(jì)中尚未內(nèi)置DAC的組件。

如果您有時(shí)間，空間和預(yù)算，則可以輕松地在設(shè)計(jì)中添加一個(gè)外部DAC組件來處理轉(zhuǎn)換。有多種包裝樣式可供選擇。但是，如果您不想在設(shè)計(jì)中添加其他組件，并且也不想更改已經(jīng)在使用的電路，則需要找到另一個(gè)選擇。幸運(yùn)的是，您現(xiàn)有的電路中可能已經(jīng)內(nèi)置了另一種選擇，并且可以使用微控制器上的脈沖寬度調(diào)制（PWM）輸出。

由于大多數(shù)微控制器至少帶有一個(gè)PWM外設(shè)，因此只需使用一個(gè)電阻和一個(gè)電容器來創(chuàng)建低成本的數(shù)模轉(zhuǎn)換器即可。但是，這些轉(zhuǎn)換器的精度最高，如果需要考慮使用外部DAC。但是出于一般目的，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(shè)計(jì)PWM數(shù)模轉(zhuǎn)換器的好處

脈沖寬度調(diào)制通過改變信號(hào)脈沖的寬度而不是其頻率來產(chǎn)生可變電壓。為了改變電壓，數(shù)字信號(hào)的高和低分為ON和OFF部分。高電平和低電平狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間或脈沖保持不變，但是信號(hào)為ON或OFF的時(shí)間量將改變以產(chǎn)生不同的電壓。例如，如果脈沖的“開”狀態(tài)或“占空比”為50％，則分別在10伏和0伏時(shí)具有高和低狀態(tài)的信號(hào)將減小到5伏。同樣，如果同一脈沖的占空比為25％，而低電平為75％，則該信號(hào)將僅產(chǎn)生2.5伏。

PWM也可以使用相同的過程電壓創(chuàng)建來生成所需的模擬信號(hào)。所需電壓由PWM創(chuàng)建，然后由數(shù)字載波傳輸?shù)絉C電路。在那里，它通過電阻器和電容器進(jìn)行濾波，以使其平滑至平均值。可以對(duì)PWM進(jìn)行編程以創(chuàng)建多個(gè)電壓，以創(chuàng)建完整的模擬信號(hào)。

選擇使用哪個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的參數(shù)之一是其分辨率值（以“位”為單位）。在常規(guī)DAC組件中，分辨率取決于其可以產(chǎn)生多少個(gè)不同的輸出電壓。由于PWM信號(hào)的每個(gè)占空比對(duì)應(yīng)于特定的輸出電壓，因此PWM的分辨率也可以像傳統(tǒng)DAC一樣被識(shí)別。將PWM用作DAC顯然比我們?cè)诖撕?jiǎn)單說明中介紹的要多得多，但這將使您了解設(shè)計(jì)中微控制器的PWM輸出可能實(shí)現(xiàn)的功能。

PCB設(shè)計(jì)工具中的約束管理系統(tǒng)對(duì)于良好的元件放置至關(guān)重要

PWM數(shù)模轉(zhuǎn)換器電路的布局注意事項(xiàng)

在設(shè)計(jì)上確定PWM的分辨率時(shí)，必須考慮輸出電壓紋波的影響。當(dāng)PWM對(duì)電阻器和電容器進(jìn)行充電和放電時(shí)，會(huì)發(fā)生此紋波?？梢酝ㄟ^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(wěn)定所需的時(shí)間。為了彌補(bǔ)這一點(diǎn)，您可以添加第二個(gè)RC濾波器電路，但是其他組件將在您的布局上占用更多空間。

與任何電源電路一樣，您應(yīng)使RC濾波器組件靠近PWM輸出。另外，請(qǐng)確保將數(shù)字和模擬組件分開，并使用單獨(dú)的接地層隔離模擬和數(shù)字返回路徑。
編輯：hfy