告诉你一种消除PWM DAC纹波的有用办法-电路图讲解-电子技术方案

每个PWM DAC设计都需要模拟滤波，以将需要的直流分量（与PWM占空比成比例）与不需要的交流纹波分开。最简单的方法是采用基本的RC低通滤波器，它给出峰峰值纹波幅度（这是针对50％PWM占空比的最坏情况，其中TPWM=PWM周期时间，并假设RC》TPWM）：

显而易见的设计取舍是：虽然选择足够大的RC乘积可以实现任何期望的纹波衰减度，但是稳定时间将相应地受到影响。例如，如果我们（相当逻辑地）选择稳定带等于纹波幅度这样一种定义，则：

这种关系的结果可以用8位的例子来说明：

这里，即使有相当快的32kHz（31µs TPWM），稳定时间仍然是相当冗长的11ms。

显然，如果稳定时间是个关键的设计参数，我们就需要做得更好，并找到一个不会过于简单的滤波方案。我以前写的一篇设计实例“快速稳定的同步PWM-DAC滤波器几乎没有纹波”说明了沿这个思路的极大可能性。

但并不是每个应用都不能容忍冗长的355TPWM稳定时间或可证明确实需要这样一种复杂的滤波方案。本设计实例解决了这些常见的应用问题。如图1所示，它通过一个反相器、R2和C2对基本的R1/C1低通滤波器进行了增强；反相器、R2和C2一道从所需的直流信号中抵冲并减去（大部分）不需要的交流分量，从而得到一个相对干净的模拟信号输出，其稳定时间比简单的RC滤波器短得多。

图1：PWM DAC纹波消除器的波形和原理图。

但是，“相对干净”是多干净？“快得多”又是多快？设置R2=R1和C2=C1，则新电路的纹波和稳定时间值为：

再次参考8位的例子（见图1）：

采用32kHz的周期，速度提高了16倍，纹波-幅度比成倍提高！

对许多应用而言，这是在电路复杂性的适度增加和PWM DAC性能的显着提高之间非常有价值的折衷。

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超外差接收机中使用的缩写词“IF”代表“中频”，所以对于一个追求语言纯粹的人，本文标题中出现了“频率频率”的并列就显得荒谬。但是我决定不在意。谈论一款中频器件或电路或系统或其它任何东西都太简单了，所以我要恳请你的宽容。

超外差原理是，任何频率的输入信号都与“本地振荡器”的频率“混合”，在我们称为IF的“中频”产生新的信号。在典型的AM收音机中，IF是455kHz；而在典型的FM收音机中，IF是10.7MHz。在这两种情况下，本地振荡器都以输入信号的频率运行，但由IF移频。如果你在纽约市收听WINS的AM电台，选台到1010kHz，则本地振荡器将以1465kHz的频率工作。

但这里我们将看到一种混频安排，其中本地振荡器以输入信号的频率运行，产生零赫的IF，正如标题所说。

下图是用于超外差接收的零频率IF级，只要其频率wm = 2&TImes;pi&TImes;fm足够接近第二本地振荡器频率wc= 2&TImes;pi&TImes;fc，输入＃1就被传递到输出。输入频率有多接近必须借助一对低通滤波器来设置。两个低通滤波器的截止频率越低，选择范围越窄。

图1：零频率IF和公式

理想的乘法器是我们的混频器。其操作基于三角函数公式：cos a x cos b = ½ x （cos （a+b） + cos （a-b）） ，如图1所示。

但是，可以用另一种方式应用这种代数关系。我们可以用“a”代表“wc”，“b”代表“wm”，或者反过来，都没关系。

图2：零频率IF和公式，第二次考查。

在这种情况下，我们使用等价三角函数公式：cos b x cos a = ½（cos （b+a） + cos （b-a））。

这种差别并没产生什么不同，图1和图2的最终结果相同。采用 SPICE的零频率IF仿真如图3所示。

图3：采用 5kHz低通滤波器零频率IF仿真。

或更窄的带通，像图4那样。

图4：采用约500Hz低通滤波器的零频率IF仿真。

整个带通是低通滤波器截止频率的两倍。使用1MHz的本地振荡器频率，针对图中显示的单个RC滤波器，计算出的带通如图5所示。

图5：零频率IF带通。

要注意10：1的带宽比与10：1的低通滤波器截止频率比，它们为：1/（2 pi x 3160 x 0.01E-6） = 5037 Hz 。。。和。。。 1/（2 pi x 3160 x 0.1E-6） = 503.7Hz。

这项技术被应用于美国海军CVA VAST测试系统的Building Block 38（BB38）中，BB38被称为低频波分析仪。但零频IF并非 源于此，而是借鉴现已停产的惠普HP3590A分析仪。

然而，戏法只能玩一次。四混频器可能会受到DC偏移的干扰。为避免这个问题，用极低频高通角对低通滤波器实施直流阻断。结果，IF带通在中心频率处具有无限深但非常窄的陷波。

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