PCB布局PWM数模转换器注意事项

2020-12-07

Pcb布局将数字数据转换為(wèi)模拟信号。通常，这是通过数模转换器组件完成的，但这意味着将另一部分(fēn)及其相关電(diàn)路放置在板上。通过使用(yòng)设计中已经使用(yòng)的组件中已有(yǒu)的PWM功能(néng)，您可(kě)以转换信号而无需在设计中添加其他(tā)多(duō)引脚组件。以下是有(yǒu)关如何在下一个印刷電(diàn)路板上设计PWM数模转换器的更多(duō)信息。

由于普通電(diàn)路板上的大部分(fēn)電(diàn)路都是由数字電(diàn)路组成的，因此将这些信号连接到数字接口设备是一件相当简单的事情。以一个简单的开关為(wèi)例。尽可(kě)能(néng)地打开或关闭信号是数字的。但是，当数字信号必须连接的设备本质上是模拟信号时，必须首先将数字信号转换為(wèi)模拟信号。这通常是数模转换器或DAC的工作。但问题是，您可(kě)能(néng)正在使用(yòng)设计中尚未内置DAC的组件。

如果您有(yǒu)时间，空间和预算，则可(kě)以轻松地在设计中添加一个外部DAC组件来处理(lǐ)转换。有(yǒu)多(duō)种包装样式可(kě)供选择。但是，如果您不想在设计中添加其他(tā)组件，并且也不想更改已经在使用(yòng)的電(diàn)路，则需要找到另一个选择。幸运的是，您现有(yǒu)的電(diàn)路中可(kě)能(néng)已经内置了另一种选择，并且可(kě)以使用(yòng)微控制器上的脉冲宽度调制（PWM）输出。

由于大多(duō)数微控制器至少带有(yǒu)一个PWM外设，因此只需使用(yòng)一个電(diàn)阻和一个電(diàn)容器来创建低成本的数模转换器即可(kě)。但是，这些转换器的精度最高，如果需要考虑使用(yòng)外部DAC。但是出于一般目的，PWM可(kě)能(néng)是您一直在寻找的替代方案。

印刷電(diàn)路板上的電(diàn)源電(diàn)路

设计PWM数模转换器的好处

脉冲宽度调制通过改变信号脉冲的宽度而不是其频率来产生可(kě)变電(diàn)压。為(wèi)了改变電(diàn)压，数字信号的高和低分(fēn)為(wèi)ON和OFF部分(fēn)。高電(diàn)平和低電(diàn)平状态的持续时间或脉冲保持不变，但是信号為(wèi)ON或OFF的时间量将改变以产生不同的電(diàn)压。例如，如果脉冲的“开”状态或“占空比”為(wèi)50％，则分(fēn)别在10伏和0伏时具有(yǒu)高和低状态的信号将减小(xiǎo)到5伏。同样，如果同一脉冲的占空比為(wèi)25％，而低電(diàn)平為(wèi)75％，则该信号将仅产生2.5伏。

PWM也可(kě)以使用(yòng)相同的过程電(diàn)压创建来生成所需的模拟信号。所需電(diàn)压由PWM创建，然后由数字载波传输到RC電(diàn)路。在那里，它通过電(diàn)阻器和電(diàn)容器进行滤波，以使其平滑至平均值。可(kě)以对PWM进行编程以创建多(duō)个電(diàn)压，以创建完整的模拟信号。

选择使用(yòng)哪个数模转换器的参数之一是其分(fēn)辨率值（以“位”為(wèi)单位）。在常规DAC组件中，分(fēn)辨率取决于其可(kě)以产生多(duō)少个不同的输出電(diàn)压。由于PWM信号的每个占空比对应于特定的输出電(diàn)压，因此PWM的分(fēn)辨率也可(kě)以像传统DAC一样被识别。将PWM用(yòng)作DAC显然比我们在此简单说明中介绍的要多(duō)得多(duō)，但这将使您了解设计中微控制器的PWM输出可(kě)能(néng)实现的功能(néng)。

PCB设计工具中的约束管理(lǐ)系统对于良好的元件放置至关重要

PWM数模转换器電(diàn)路的布局注意事项

在设计上确定PWM的分(fēn)辨率时，必须考虑输出電(diàn)压纹波的影响。当PWM对電(diàn)阻器和電(diàn)容器进行充電(diàn)和放電(diàn)时，会发生此纹波。可(kě)以通过增加RC電(diàn)路的值来减轻这种影响，但这也可(kě)以增加纹波電(diàn)压稳定所需的时间。為(wèi)了弥补这一点，您可(kě)以添加第二个RC滤波器電(diàn)路，但是其他(tā)组件将在您的布局上占用(yòng)更多(duō)空间。

与任何電(diàn)源電(diàn)路一样，您应使RC滤波器组件靠近PWM输出。另外，请确保将数字和模拟组件分(fēn)开，并使用(yòng)单独的接地层隔离模拟和数字返回路径。