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      雙 μC 的 PWM 頻率和分辨率

      發布時間:2023-03-06 責任編輯:lina

      【導讀】有兩種方法可以降低 PWM DAC 的紋波??梢越档偷屯V波器的截止頻率,或者提高PWM信號的頻率。不可避免地,較低的截止頻率轉化為較慢的上升時間,而更快的 PWM 頻率轉化為較低的分辨率(通過在給定時鐘頻率下減小計數器大小來實現)。


      該方法是過濾 PWM 信號的 HF 分量,只留下與占空比成正比的 LF 或 DC 分量。然而,低通濾波器并不能完全濾除PWM頻率,因此LF/DC信號一般會有一些紋波。


      有兩種方法可以降低 PWM DAC 的紋波??梢越档偷屯V波器的截止頻率,或者提高PWM信號的頻率。不可避免地,較低的截止頻率轉化為較慢的上升時間,而更快的 PWM 頻率轉化為較低的分辨率(通過在給定時鐘頻率下減小計數器大小來實現)。


      我將討論一個有趣的設計理念,它專注于在不使用上述方法的情況下降低 PWM DAC 的紋波。


      事實證明,我們可以通過使用兩個相位差為 180° 的 PWM 信號來降低紋波。直觀上,當兩個相同頻率的正弦信號之間存在 180° 相位差時,它們會相互抵消,所以我們期望當我們使用兩個具有 180° 相位差的 PWM 信號時,諧波會相互抵消,對嗎?嗯,這是真的,但不是 PWM 信號的所有諧波。其中一些被取消,但其中一些 不。它與傅里葉級數有關,對于這篇文章來說有點太復雜了,所以我不會深入討論數學。


      雙 μC 的 PWM 頻率和分辨率


      如何實現兩個 PWM 信號之間的 180° 相移?我使用了 TI 的MSP430FR5969 LaunchPad,但該方法大多是通用的。為了實施相移,您將需要兩個定時器。其中一個定時器必須有兩個比較捕獲 PWM (CCP) 模塊,另一個只需要一個 CCP。


      您可以使用其中一個 CCP 在具有兩個 CCP 的定時器中設置 PWM 頻率和占空比,并使用另一個 CCP 生成中斷以啟動另一個定時器,延遲等于 PWM 周期的一半。另一個定時器中的單個 CCP 用于設置相同的 PWM 頻率和占空比。您還必須“微調”延遲,因為軟件將在 PWM 信號之間引入額外的時間。例如,在我的代碼的第 102 行,我將比較寄存器值從 (timer_period+1)/2 更改為 (timer_period+1)/2-27。


      我做了一些研究,看看其他微控制器是否有類似的硬件以及實現我使用的方法的能力:許多 Atmel 微控制器有多個定時器,通常每個都有兩個 CCP(例如,ATmega 328)。因此,應該可以實施此方法。另一個流行的例子,STM32F051R8(這是一些流行的 ST 板使用的微控制器)有 11 個定時器,其中許多有多個 CCP。Texas Instrument 的基于 ARM 的微控制器通常具有單獨的 PWM 和定時器模塊(例如 TM4C123GH6PM),因此應該更容易實現相移。通過使用其中一個定時器,兩個 PWM 模塊可以以半個 PWM 周期的延遲啟動。如果您嘗試為不同的微控制器實施這種相移方法,請在評論部分告訴我。


      雙 μC 的 PWM 頻率和分辨率

      圖1  單和雙 PWM 電路


      在 相移 DAC 的V out 處,兩個 PWM 信號相加在一起,希望一些諧波相互抵消,因此我們終得到較低的紋波。


      讓我們看一下使用不同電阻值的三種情況。每個 PWM 信號在 25% 的占空比下都是 100 kHz。


      雙 μC 的 PWM 頻率和分辨率

      圖2  上面的跡線是傳統的 PWM。下方是雙相移 PWM。伏特/格 從左到右遞減:100mV、50mV、5mV。


      通過查看結果,我們觀察到兩件事。首先,峰峰值紋波降低。其次,傳統 PWM DAC 的紋波基頻等于 PWM 信號的頻率 (100 kHz)。相移 PWM DAC 的紋波基頻等于 PWM 信號的二次諧波 (200 kHz),這意味著我們成功地使用相移 DAC 消除了 PWM 信號的諧波。


      這種方法的一個優點是在不增加上升時間的情況下降低紋波(或在上升時間的一半時保持相同的紋波)。


      另一個潛在的優勢是通過將兩個 PWM 分開一個計數以獲得中間值,從而使 DAC 的有效分辨率加倍。這確實會導致輕微的不對稱和紋波增加,但影響可以忽略不計。


      免責聲明:本文為轉載文章,轉載此文目的在于傳遞更多信息,版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問題,請聯系小編進行處理。


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