关于用模拟减法消除PWM DAC纹波的设计

每个PWM DAC设计都需要模拟滤波，以便将需要的直流分量（与 PWM占空比成正比）与不需要的交流纹波分开。选择足够大的RC乘积可以实现任何期望的纹波衰减，但是稳定时间会受到影响。对许多应用而言，需在电路复杂度与PWM DAC性能之间进行合理折衷。

每个PWM DAC设计都需要模拟滤波，以将需要的直流分量（与PWM占空比成比例）与不需要的交流纹波分开。最简单的方法是采用基本的RC低通滤波器，它给出峰峰值纹波幅度（这是针对50％PWM占空比的最坏情况，其中TPWM=PWM周期时间，并假设RC>TPWM）：

显而易见的设计取舍是：虽然选择足够大的RC乘积可以实现任何期望的纹波衰减度，但是稳定时间将相应地受到影响。例如，如果我们（相当逻辑地）选择稳定带等于纹波幅度这样一种定义，则：

这种关系的结果可以用8位的例子来说明：

这里，即使有相当快的32kHz（31µs TPWM），稳定时间仍然是相当冗长的11ms。

显然，如果稳定时间是个关键的设计参数，我们就需要做得更好，并找到一个不会过于简单的滤波方案。我以前写的一篇设计实例“快速稳定的同步PWM-DAC滤波器几乎没有纹波”说明了沿这个思路的极大可能性。

但并不是每个应用都不能容忍冗长的355TPWM稳定时间或可证明确实需要这样一种复杂的滤波方案。本设计实例解决了这些常见的应用问题。如图1所示，它通过一个反相器、R2和C2对基本的R1/C1低通滤波器进行了增强；反相器、R2和C2一道从所需的直流信号中抵冲并减去（大部分）不需要的交流分量，从而得到一个相对干净的模拟信号输出，其稳定时间比简单的RC滤波器短得多。

图1：PWM DAC纹波消除器的波形和原理图。

但是，“相对干净”是多干净？“快得多”又是多快？设置R2=R1和C2=C1，则新电路的纹波和稳定时间值为：

再次参考8位的例子（见图1）：

采用32kHz的周期，速度提高了16倍，纹波-幅度比成倍提高！

对许多应用而言，这是在电路复杂性的适度增加和PWM DAC性能的显着提高之间非常有价值的折衷。