脈寬調(diào)制是一種調(diào)制或改變某個方波的簡單方法。方波占空比基本形式是隨輸入信號變化的,。占空比是指方波的高電平時間和低電平時間之比,。一個50%占空比的波形會具有50%的高電平時間和50%的低電平時間，而一個10%占空比的波形則具有10%的高電平時間和90%的低電平時間,。PWM有許多應用,，其中包括電動機控制、伺服控制,、調(diào)光、開關電源,，甚至某些音頻放大器,。在諸如MEMS（微機電系統(tǒng)）鏡面?zhèn)鲃悠骺刂频葢孟到y(tǒng)中，有一個反饋系統(tǒng)必須對PWM進行調(diào)節(jié),。有個電路監(jiān)測并控制PWM輸出信號,，然后根據(jù)應用系統(tǒng)要求改變占空比。輸出頻率對傳動器進行調(diào)節(jié),，而占空比則設定傳動器的速度,。反饋回路控制閾值電平。本“設計實例”描述帶反饋控制的高頻率高分辨率PWM,。首先,，探討一下PWM理論也許是有益的。
 

DDS電路可與一個比較器和一個帶內(nèi)部DAC和ADC的微控制器組合在一起" border="0" hspace="0" src="http://files.chinaaet.com/images/20100811/5fcbe2a4-f72a-46ab-af75-9ba4e94e255e.jpg" style="WIDTH: 450px; HEIGHT: 258px" />

圖1  一個DDS電路可與一個比較器和一個帶內(nèi)部DAC和ADC的微控制器組合在一起,，以便產(chǎn)生高分辨率的PWM輸出信號,。

　　幾種可供選用的體系結構
　　傳統(tǒng)的PWM用兩個運算放大器來產(chǎn)生鋸齒波形，用一個電位器來產(chǎn)生直流基準電壓,，再用一個比較器來產(chǎn)生PWM輸出信號,。這類設計的優(yōu)點是切實可行而又成本低廉。遺憾的是,，

如不改變元件值就無法方便地對頻率進行編程,而且頻率微調(diào)也非常困難,。這種方法的另一個問題是難以精確控制占空比。你可以使用數(shù)字式電位器來替代機械式電位器,，但這樣做會加大成本,。產(chǎn)生PWM波形的第二種辦法是采用ADμC824 MicroConverter（微轉(zhuǎn)換器）。它除了提供兩個PWM信號輸出以外，還集成了幾個ADC,、幾個DAC,、一個與8052兼容的微控制器以及閃存。你可以配置出分辨率高達16位的PWM,。不過,，已編程的頻率會影響PWM的分辨率。PWM的頻率和分辨率如下：FPWM=16.777 MHz/N,，式中N是以位表示的分辨率,。
　　一個內(nèi)部PLL可根據(jù)32千赫晶振推導出16.77MHz基準時鐘。該基準時鐘對PWM的輸出信號進行采樣,。如前所述,，N是PWM的分辨率，即位的多少,。要達到16位的分辨率,，PWM的最大頻率是266Hz。頻率為200kHz時,，分辨率會降到大約6位,。因此，ADμC832對于低頻高分辨率系統(tǒng)來說是一種理想的低成本方法,，但對于高頻高分辨率系統(tǒng)來說并非如此,。
　　DDS的實現(xiàn)
　　要求實時高分辨率頻率調(diào)節(jié)和脈寬調(diào)制調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，可以采用直接數(shù)字合成器（DDS）在大帶寬范圍內(nèi)提供具有高頻率分辨率的高精度鋸齒波形,。于是,，你就可以在開環(huán)或閉環(huán)系統(tǒng)中將該信號作為比較器的輸入信號。圖1示出了一種產(chǎn)生具有可編程占空比的可編程方波的簡便方法,。AD9833型DDS把一個可編程三角形波送入AD8611比較器的一個輸入端,，并控制輸出波形的頻率。傳動器的反饋回路控制比較器的閾值電平,。AD8611是一個具有鎖存功能和互補輸出的4ns比較器,。來自DDS的輸入信號直接送到比較器的反相輸入端。輸出信號通過R₁和R₂反饋到非反相輸入端,。R₁對R₁+R₂之比決定滯后窗的寬度,，而V_DAC設定滯后窗的中心，即平均開關電壓,。輸出端在輸入電壓大于V_HI時就轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖?，并且要到輸入電壓低于V_LO時才再次轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖剑缦率剿荆篤_HI=(V+-1.5V-V_DAC)(R₁/(R₁+R₂))+V_DAC和V_LO=V_DAC(R₂/(R₁+R₂)),，式中 V+ 是加到比較器的正電源電壓,，V_DAC 是DAC設定的電平,。AD8611能接收峰—峰電平為400mV的100兆赫信號，也能接收幾十毫伏的輸入信號,。AD9833可利用DDS體系結構產(chǎn)生正弦波和三角波輸出信號,。AD9833在一塊芯片內(nèi)含一個采用28位相位累加器的數(shù)值控制的振蕩器、一個正弦ROM以及一個10位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（圖2）,。

圖2  一個DDS電路可在一塊芯片上包含一個采用28位相位累加器的數(shù)控晶振,、一個正弦ROM以及一個10位數(shù)模轉(zhuǎn)換器。

　　你一般根據(jù)其振幅公式來考慮正弦波：a(t)=sin(vt),。但是,，這些波形都是非線性的，而且難以產(chǎn)生,。另一方面,，角信息本質(zhì)上又是線性的。這就是說,，相位角在每一時間單位內(nèi)轉(zhuǎn)過某一固定角度,。只要知道一個正弦波的相位是線性的，又已知基準間隔（時鐘周期）,，你就可以確定該周期內(nèi)的相位旋轉(zhuǎn)：
　　相位=ωdt,；
　　ω=Δ相位/dt；
　　f=(Δ相位×f_MCLK)/2π,，
　　式中dt是主時鐘頻率f_MCLK的倒數(shù),。只要知道相位和主時鐘頻率,，便可以利用這一公式產(chǎn)生輸出頻率,。相位累加器提供28位的線性相位。正弦ROM以數(shù)字格式存儲輸出正弦波的振幅系數(shù),。DAC把正弦波轉(zhuǎn)換成模擬域,。如果你旁路正弦ROM，則AD9833就會產(chǎn)生三角波,，而不是產(chǎn)生正弦波,。你可用寫入頻率寄存器的方法給該器件編程。于是,，從該器件輸出的模擬信號是f_OUT=(f_MCLK/228)×(頻率-寄存器字),。
　　DDS輸出信號具有28位分辨 率，因此有效頻率步長有可能達到0.1Hz數(shù)量級,，而頻率最高可達大約10MHz,。兩個相位寄存器具有12位相位分辨率。這些寄存器可使信號移相,，移相值為PSHIFT=(2π/4096)×(相位-寄存器字),。一個25MHz的晶振為DDS提供基準主時鐘,。DDS的輸出級是一個擺幅為0.7VP-P的電壓輸出DAC，其負載是一只200Ω內(nèi)部電阻器,。增加負載電阻R_L會降低輸出電壓的峰—峰值,，從而可以把DDS的峰—峰輸出調(diào)到比較器的輸入范圍內(nèi)。DDS的輸出端通常有一個濾波級,。濾波級的用途是濾除基準時鐘頻率,、像頻和更高頻率的饋通信號，并限制所考慮的信號的帶寬,。

　　圖3示出了圖1中AD8611比較器的典型輸出曲線圖,。DDS的輸入信號是一個調(diào)到1MHz的三角波。每個曲線圖都示出了各種不同閾值電壓的PWM輸出,。在圖1的閉環(huán)電路中,，你可以把PWM的輸出調(diào)到12位精確度。并可使用許多種脈寬調(diào)制方法,；所用方法取決于應用系統(tǒng),。對于低分辨率應用系統(tǒng)來說，采用運算放大器和電位器的傳統(tǒng)方法是可以接受的,，也很經(jīng)濟實惠,。對于低頻高分辨率應用系統(tǒng)來說，ADμC832則是一種免費增加功能的單芯片方法,。對于要求頻率微諧的高分辨率

   高頻應用系統(tǒng)來說,，你可以將一個DDS和一個比較器組合在一起，產(chǎn)生精密的高頻PWM波形,。