產(chǎn)生精確PWM波形的DDS電路

　　脈寬調制是一種調制或改變某個(gè)方波的簡(jiǎn)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(shí)間和低電平時(shí)間之比。一個(gè)50%占空比的波形會(huì )具有50%的高電平時(shí)間和50%的低電平時(shí)間，而一個(gè)10%占空比的波形則具有10%的高電平時(shí)間和90%的低電平時(shí)間。PWM有許多應用，其中包括電動(dòng)機控制、伺服控制、調光、開(kāi)關(guān)電源，甚至某些音頻放大器。在諸如MEMS（微機電系統）鏡面傳動(dòng)器控制等應用系統中，有一個(gè)反饋系統必須對PWM進(jìn)行調節。有個(gè)電路監測并控制PWM輸出信號，然后根據應用系統要求改變占空比。輸出頻率對傳動(dòng)器進(jìn)行調節，而占空比則設定傳動(dòng)器的速度。反饋回路控制閾值電平。本“設計實(shí)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。

圖1  一個(gè)DDS電路可與一個(gè)比較器和一個(gè)帶內部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
　　傳統的PWM用兩個(gè)運算放大器來(lái)產(chǎn)生鋸齒波形，用一個(gè)電位器來(lái)產(chǎn)生直流基準電壓，再用一個(gè)比較器來(lái)產(chǎn)生PWM輸出信號。這類(lèi)設計的優(yōu)點(diǎn)是切實(shí)可行而又成本低廉。遺憾的是，如不改變元件值就無(wú)法方便地對頻率進(jìn)行編程,而且頻率微調也非常困難。這種方法的另一個(gè)問(wèn)題是難以精確控制占空比。你可以使用數字式電位器來(lái)替代機械式電位器，但這樣做會(huì )加大成本。產(chǎn)生PWM波形的第二種辦法是采用ADμC824 MicroConverter（微轉換器）。它除了提供兩個(gè)PWM信號輸出以外，還集成了幾個(gè)ADC、幾個(gè)DAC、一個(gè)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(guò)，已編程的頻率會(huì )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(gè)內部PLL可根據32千赫晶振推導出16.77MHz基準時(shí)鐘。該基準時(shí)鐘對PWM的輸出信號進(jìn)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(shí)，分辨率會(huì )降到大約6位。因此，ADμC832對于低頻高分辨率系統來(lái)說(shuō)是一種理想的低成本方法，但對于高頻高分辨率系統來(lái)說(shuō)并非如此。
　　DDS的實(shí)現
　　要求實(shí)時(shí)高分辨率頻率調節和脈寬調制調節的系統，可以采用直接數字合成器（DDS）在大帶寬范圍內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(kāi)環(huán)或閉環(huán)系統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(jiǎn)便方法。AD9833型DDS把一個(gè)可編程三角形波送入AD8611比較器的一個(gè)輸入端，并控制輸出波形的頻率。傳動(dòng)器的反饋回路控制比較器的閾值電平。AD8611是一個(gè)具有鎖存功能和互補輸出的4ns比較器。來(lái)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(guò)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(kāi)關(guān)電壓。輸出端在輸入電壓大于V_HI時(shí)就轉變?yōu)榈碗娖?，并且要到輸入電壓低于V_LO時(shí)才再次轉變?yōu)楦唠娖?，正如下式所示：V_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在一塊芯片內含一個(gè)采用28位相位累加器的數值控制的振蕩器、一個(gè)正弦ROM以及一個(gè)10位數/模轉換器（圖2）。

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

　　你一般根據其振幅公式來(lái)考慮正弦波：a(t)=sin(vt)。但是，這些波形都是非線(xiàn)性的，而且難以產(chǎn)生。另一方面，角信息本質(zhì)上又是線(xiàn)性的。這就是說(shuō)，相位角在每一時(shí)間單位內轉過(guò)某一固定角度。只要知道一個(gè)正弦波的相位是線(xiàn)性的，又已知基準間隔（時(shí)鐘周期），你就可以確定該周期內的相位旋轉：
　　相位=ωdt；
　　ω=Δ相位/dt；
　　f=(Δ相位

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