【導(dǎo)讀】技術(shù)文章《智能數(shù)模轉(zhuǎn)換器科普》介紹了智能數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)及其如何為諸多應(yīng)用帶來(lái)價(jià)值。智能DAC可減輕軟件開(kāi)發(fā)的負(fù)擔(dān)從而提高設(shè)計(jì)效率，還能提供很多有用的功能，若沒(méi)有這些功能，則需要使用性能較低或類(lèi)似但成本更高的外部元件。智能DAC的集成特性能以低成本實(shí)現(xiàn)高精度。
在本文中，我們將討論智能DAC如何通過(guò)器件的反饋引腳產(chǎn)生直接由模擬信號(hào)控制的脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)。本示例中使用的DAC53701采用非易失性存儲(chǔ)器(NVM)，后者經(jīng)過(guò)初步編程，即使在下電上電后，也可以存儲(chǔ)所有寄存器配置。
對(duì)于汽車(chē)照明和工業(yè)應(yīng)用中的遠(yuǎn)程控制和故障管理，可以將智能DAC用作PWM發(fā)生器，以提供可配置的模擬至PWM轉(zhuǎn)換、占空比轉(zhuǎn)換以及通用輸入(GPI)至PWM轉(zhuǎn)換，與同類(lèi)競(jìng)爭(zhēng)解決方案相比成本更低且性能更高。讓我們從簡(jiǎn)單的PWM生成開(kāi)始，詳細(xì)了解各個(gè)方面。
PWM函數(shù)生成
與微控制器(MCU)或基于計(jì)時(shí)器的解決方案不同，智能DAC具有連續(xù)波形生成(CWG)模式，可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的PWM生成。函數(shù)發(fā)生器能夠輸出三角波、具有上升或下降斜率的鋸齒波以及方波。您可以使用配置寄存器來(lái)自定義波形的壓擺率和高低電壓電平。函數(shù)發(fā)生器可以創(chuàng)建具有有限數(shù)量的可調(diào)頻率且占空比為50%的方波。
模擬至PWM轉(zhuǎn)換
對(duì)于諸如溫度至PWM的應(yīng)用，智能DAC可通過(guò)將鋸齒波或三角波發(fā)送至內(nèi)部輸出緩沖器的一個(gè)輸入端，并將閾值電壓發(fā)送至另一個(gè)輸入端，來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬至PWM轉(zhuǎn)換輸出。DAC53701反饋引腳會(huì)提供內(nèi)部輸出緩沖器的輸出和反相輸入之間的反饋路徑，從而將該緩沖器用作比較器。在圖1所示的示例中，電阻分壓器產(chǎn)生的模擬輸入電壓(VFB)被應(yīng)用于反饋引腳。通過(guò)將DAC53701生成的三角波形與VFB進(jìn)行比較，可生成方波。使用負(fù)溫度系數(shù)電阻器代替電阻梯中的某個(gè)電阻會(huì)產(chǎn)生可變占空比。
圖1：模擬至PWM轉(zhuǎn)換電路和仿真
公式1和2會(huì)計(jì)算輸入波形的頻率設(shè)置以產(chǎn)生PWM。這些公式中的寄存器會(huì)編程為智能DAC。
高裕度是波形的高壓電平，低裕度是波形的低壓電平。PWM輸出的占空比與施加在反饋引腳上的高裕度、低裕度和VFB相關(guān)，如公式3所示：
GPI至PWM轉(zhuǎn)換
在基于GPI的LED汽車(chē)尾燈調(diào)光中，智能DAC通過(guò)擴(kuò)展反饋電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)來(lái)提供額外的數(shù)字接口，如圖2所示。在圖1所示的DAC53701反饋網(wǎng)絡(luò)中增加兩個(gè)電阻器會(huì)創(chuàng)建兩個(gè)新的GPI引腳。反饋引腳上的電壓根據(jù)GPI1和GPI2的電平而變化。
如前一節(jié)所述，反饋引腳上的電壓，以及CWG產(chǎn)生的三角波形或鋸齒波形的高裕度和低裕度電壓，決定了PWM輸出的占空比。GPI0可通過(guò)對(duì)DAC53701加電和斷電來(lái)為系統(tǒng)提供打開(kāi)和關(guān)閉功能，或者為CWG提供啟停功能。
圖2：GPI至PWM轉(zhuǎn)換電路和仿真
555定時(shí)器替代產(chǎn)品
智能DAC的PWM占空比通過(guò)更改三角波或鋸齒波高裕度和低裕度電壓來(lái)控制，而頻率是通過(guò)設(shè)置DAC的壓擺率來(lái)控制。這些可編程設(shè)置消除了對(duì)其他計(jì)時(shí)電路（例如555計(jì)時(shí)器）的需求。將555計(jì)時(shí)器替換為智能DAC有諸多優(yōu)勢(shì)。典型的555計(jì)時(shí)器尺寸為9mm x 6mm，需要通過(guò)外部元件來(lái)設(shè)置其工作頻率。智能DAC采用2mm x 2mm Quad Flat No-Lead封裝，所需的外部元件更少，并且其頻率不受任何易溫移的外部元件控制。
PWM占空比轉(zhuǎn)換
當(dāng)您需要調(diào)整PWM占空比以匹配系統(tǒng)中各種器件的輸入范圍時(shí)，智能DAC可以轉(zhuǎn)換輸入PWM信號(hào)的占空比。在PWM輸入信號(hào)上添加一個(gè)電阻電容(RC)濾波器會(huì)將其轉(zhuǎn)換為模擬電壓，適用于智能DAC的反饋引腳。大多數(shù)情況下，您需要對(duì)PWM輸入信號(hào)進(jìn)行反相，因?yàn)镽C濾波器將為較大的占空比提供較大的模擬電壓。DAC53701反饋引腳上的較大模擬電壓將產(chǎn)生占空比較小的輸出波。
在對(duì)輸入PWM進(jìn)行反相輸入并添加RC濾波器之后，可以通過(guò)以下方法改變輸出的占空比：使用電阻分壓器對(duì)RC濾波器的輸出進(jìn)行分頻，或根據(jù)公式3調(diào)整來(lái)自DAC53701 CWG的三角波或鋸齒波的高裕度和低裕度值。使用圖3的原理圖和仿真顯示了輸入PWM波形的反相和濾波，以及使用DAC53701的占空比轉(zhuǎn)換。
圖3：PWM占空比轉(zhuǎn)換電路和仿真
結(jié)束語(yǔ)
智能DAC非常適合大多數(shù)需要產(chǎn)生PWM的設(shè)計(jì)或子系統(tǒng)，并提供對(duì)內(nèi)部元件的訪問(wèn)以及存儲(chǔ)和可編程性。智能DAC可以幫助利用多個(gè)輸入，并將溫度、電阻或GPI輸入轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)確且可控的PWM信號(hào)。
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