使用智能数模转换器生成脉宽调制信号

技术文章《智能数模转换器科普》介绍了智能数模转换器(DAC)及其如何为诸多应用带来价值。智能DAC可减轻软件开发的负担从而提高设计效率，还能提供很多有用的功能，若没有这些功能，则需要使用性能较低或类似但成本更高的外部元件。智能DAC的集成特性能以低成本实现高精度。

在本文中，我们将讨论智能DAC如何通过器件的反馈引脚产生直接由模拟信号控制的脉宽调制(PWM)信号。本示例中使用的DAC53701采用非易失性存储器(NVM)，后者经过初步编程，即使在下电上电后，也可以存储所有寄存器配置。

对于汽车照明和工业应用中的远程控制和故障管理，可以将智能DAC用作PWM发生器，以提供可配置的模拟至PWM转换、占空比转换以及通用输入(GPI)至PWM转换，与同类竞争解决方案相比成本更低且性能更高。让我们从简单的PWM生成开始，详细了解各个方面。

PWM函数生成

与微控制器(MCU)或基于计时器的解决方案不同，智能DAC具有连续波形生成(CWG)模式，可实现简单的PWM生成。函数发生器能够输出三角波、具有上升或下降斜率的锯齿波以及方波。您可以使用配置寄存器来自定义波形的压摆率和高低电压电平。函数发生器可以创建具有有限数量的可调频率且占空比为50%的方波。

模拟至PWM转换

对于诸如温度至PWM的应用，智能DAC可通过将锯齿波或三角波发送至内部输出缓冲器的一个输入端，并将阈值电压发送至另一个输入端，来实现模拟至PWM转换输出。DAC53701反馈引脚会提供内部输出缓冲器的输出和反相输入之间的反馈路径，从而将该缓冲器用作比较器。在图1所示的示例中，电阻分压器产生的模拟输入电压(VFB)被应用于反馈引脚。通过将DAC53701生成的三角波形与VFB进行比较，可生成方波。使用负温度系数电阻器代替电阻梯中的某个电阻会产生可变占空比。

图1：模拟至PWM转换电路和仿真

公式1和2会计算输入波形的频率设置以产生PWM。这些公式中的寄存器会编程为智能DAC。





高裕度是波形的高压电平，低裕度是波形的低压电平。PWM输出的占空比与施加在反馈引脚上的高裕度、低裕度和VFB相关，如公式3所示：



GPI至PWM转换

在基于GPI的LED汽车尾灯调光中，智能DAC通过扩展反馈电阻分压器网络来提供额外的数字接口，如图2所示。在图1所示的DAC53701反馈网络中增加两个电阻器会创建两个新的GPI引脚。反馈引脚上的电压根据GPI1和GPI2的电平而变化。

如前一节所述，反馈引脚上的电压，以及CWG产生的三角波形或锯齿波形的高裕度和低裕度电压，决定了PWM输出的占空比。GPI0可通过对DAC53701加电和断电来为系统提供打开和关闭功能，或者为CWG提供启停功能。

图2：GPI至PWM转换电路和仿真

555定时器替代产品

智能DAC的PWM占空比通过更改三角波或锯齿波高裕度和低裕度电压来控制，而频率是通过设置DAC的压摆率来控制。这些可编程设置消除了对其他计时电路（例如555计时器）的需求。将555计时器替换为智能DAC有诸多优势。典型的555计时器尺寸为9mm x 6mm，需要通过外部元件来设置其工作频率。智能DAC采用2mm x 2mm Quad Flat No-Lead封装，所需的外部元件更少，并且其频率不受任何易温移的外部元件控制。

PWM占空比转换

当您需要调整PWM占空比以匹配系统中各种器件的输入范围时，智能DAC可以转换输入PWM信号的占空比。在PWM输入信号上添加一个电阻电容(RC)滤波器会将其转换为模拟电压，适用于智能DAC的反馈引脚。大多数情况下，您需要对PWM输入信号进行反相，因为RC滤波器将为较大的占空比提供较大的模拟电压。DAC53701反馈引脚上的较大模拟电压将产生占空比较小的输出波。

在对输入PWM进行反相输入并添加RC滤波器之后，可以通过以下方法改变输出的占空比：使用电阻分压器对RC滤波器的输出进行分频，或根据公式3调整来自DAC53701 CWG的三角波或锯齿波的高裕度和低裕度值。使用图3的原理图和仿真显示了输入PWM波形的反相和滤波，以及使用DAC53701的占空比转换。

图3：PWM占空比转换电路和仿真

结束语

智能DAC非常适合大多数需要产生PWM的设计或子系统，并提供对内部元件的访问以及存储和可编程性。智能DAC可以帮助利用多个输入，并将温度、电阻或GPI输入转换为准确且可控的PWM信号。