如何使用濾波器從PWM輸出信號構(gòu)建模擬DC電壓

該技術(shù)文檔討論了使用霍爾效應(yīng)傳感器或PWM傳感器將PWM輸出信號轉(zhuǎn)換為模擬輸出信號的簡單方法。本文介紹傳感器的PWM輸出行為，傳感器的模擬輸出工作方式以及如何使用濾波器從PWM輸出信號構(gòu)建模擬DC電壓。

PWM輸出傳感器如何工作

在深入設(shè)計濾波器之前，第一步是快速檢查一下PWM傳感器的輸出信號是什么樣的。PWM波形基本上是方波，其頻率我們將定義為fPWM，對于邏輯低，幅度為0 V，對于邏輯高，幅度為VCC。從這里開始，我們將幅度稱為VPWM。信號高電平時間tON與周期（TPWM = 1 / fPWM）的比率為占空比D。這些關(guān)系如圖1所示。

PWM輸出霍爾IC的占空比與檢測到的磁場成比例。隨著輸入場強度的增加，D也隨之增加（圖2）。相反，隨著輸入字段的減少，D也隨之減少（圖3）。

模擬輸出傳感器如何工作

現(xiàn)在，我們回顧了PWM輸出如何用于霍爾效應(yīng)IC，現(xiàn)在該簡要討論模擬輸出如何用于傳感器了。該前提幾乎與帶有PWM輸出的霍爾IC的前提相同。代替恒定地切換輸出以產(chǎn)生信號，輸出斷言與感測到的磁場成比例的模擬電壓。例如，當(dāng)PWM占空比由于輸入場的上升而增加時，模擬輸出將簡單地上升到較高的DC電壓，反之亦然。

無源濾波器

現(xiàn)在，我們進入過程的有趣部分，從PWM輸出信號創(chuàng)建一個模擬DC電壓。最簡單的方法是使用無源低通濾波器。為了本指南的目的和簡化起見，重點將放在無源，一階和二階低通濾波器上。無源濾波器可以通過電阻器和電容器非常簡單地實現(xiàn)。此處介紹的概念可以應(yīng)用于更高級的過濾器。

就本文檔而言，我們將重點分析和設(shè)計使用無源低通濾波器的電路，該濾波器的衰減滾降系數(shù)對于一階濾波器為–20 dB /十進制，對于二階濾波器為–40 dB /十進制。在某些情況下，一階過濾器可以正常工作。但是，某些應(yīng)用程序可能需要更快的響應(yīng)時間。在這些情況下，可能需要一個二階濾波器。最終用戶需要評估過濾器成本和過濾器性能之間的權(quán)衡?？梢酝ㄟ^簡單地級聯(lián)越來越多的級來增加濾波器的階數(shù)。對于濾波器的每增加一個階數(shù)，滾降速率將增加陡峭的–20 dB /十倍頻程。

有兩種方法可以計算濾波器對輸入信號的響應(yīng)：時間分析和頻率分析。我更喜歡使用后包絡(luò)頻率分析，并且將重點研究使用頻率分析技術(shù)來設(shè)計一階和二階低通濾波器。通常，大多數(shù)沒有電子背景的人在設(shè)計簡單濾波器時都比時域方法更好地了解頻率方法。

編輯：hfy