如何充分抑制开关输出中不可避免地存在的大型交流纹波分量？

实现高分辨率数模转换的一种廉价方法是将微控制器PWM（脉宽调制）输出与精密模拟电压基准，CMOS开关和模拟滤波（基准1）相结合。但是，PWM-DAC设计提出了一个很大的设计问题：如何充分抑制开关输出中不可避免地存在的大型交流纹波分量？当您使用典型的16位微控制器-PWM外设进行DAC控制时，纹波问题变得尤为严重。这样的高分辨率PWM功能通常周期较长，因为2 16 16位定时器和比较器的倒数模数。这种情况会导致交流频率分量缓慢地慢到100或200 Hz。在如此低的纹波频率下，如果您采用足够的普通模拟低通滤波来将纹波抑制到16位（即–96 dB）的噪声水平，则DAC稳定时间可能变为整整一秒或更长。

在电路图1 避免了低通通过组合差分积分，滤波的问题最1，与采样和保持放大器，A 2，在与PWM周期，T同步操作的反馈回路2 中图2 。如果使积分器时间常数等于PWM周期时间（即R 1 ×C 1 = T 2），并且如果采样电容器C 2等于保持电容器C 3，，则滤波器可以在一个PWM周期内获取并稳定到新的DAC值。尽管这种方法很难使最终的DAC完全“高速”，但0.01秒的建立仍然比1秒的建立好100倍。与速度一样重要，建立时间的这种改善不会影响纹波衰减。理论上，同步滤波器的纹波抑制是无限的，实际上唯一的限制是从S 2 到C 3的非零电荷注入。为S 2选择低注入电荷开关，为C 3选择大约1 µF的电容， 很容易导致微伏的纹波幅度。

图1 该DAC纹波滤波器在与PWM同步运行的反馈环路中将差分积分器A 1与采样保持放大器A 2结合在一起。


图2 DAC输出在一个周期内稳定。

可选的反馈分压器R 2 / R 3 在具有通用基准电压源的DAC输出范围内提供灵活性。例如，如果R 2 = R 3，则5V参考电压将产生0至10V的输出范围。这种跨度调整方法的另一个优点是输出纹波保持独立于基准放大。

参考

伍德沃德·史蒂夫（Steve Woodward），“将两个8位输出合并为一个16位DAC ”，EDN，2004年9月30日，第85页。