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产生精确PWM波形的DDS电路

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作者:Colm Slattery,Analog Device时间:2005-09-19来源:EDN电子设计技术
产生精确PWM波形的DDS电路
  • 核心器件: AD9833
  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。


图1  一个DDS电路可与一个比较器和一个带内部DAC和ADC的微控制器组合在一起,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ADμC824 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是以位表示的分辨率。
  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,ADμC832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=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—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)。


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。

  你一般根据其振幅公式来考虑正弦波:a(t)=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=ωdt;
  ω=Δ相位/dt;
  f=(Δ相位

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关键词: 嵌入式

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