Như Steven đã nói, đó là sự đánh đổi giữa việc giảm tần số PWM so với thời gian đáp ứng. Đây là lý do tại sao bất kỳ quyết định như vậy phải bắt đầu với một thông số về những gì bạn muốn từ tín hiệu tương tự kết quả. Cần có tín hiệu nào cho tỷ lệ nhiễu, hoặc ít nhất là bạn có thể chịu được bao nhiêu nhiễu ở tần số PWM? Làm thế nào nhanh chóng nó phải giải quyết đến mức sàn tiếng ồn? Hoặc ngược lại, tần số trên mà bạn quan tâm là gì?
Lưu ý rằng có thể không thể đáp ứng một bộ tiêu chí cụ thể với đầu ra PWM cụ thể. Giả sử bạn muốn đầu ra giọng nói chất lượng tốt. Chúng tôi sẽ nói rằng tín hiệu lên đến 8 kHz và 60 dB bị nhiễu. Điều đó sẽ không xảy ra với bất kỳ bộ lọc tương tự có thể điều khiển hợp lý nào với PWM 20 kHz và chắc chắn không có gì đơn giản như một R và C.
Ví dụ, chúng ta hãy làm việc ngược lại và xem các đặc tính của PWM sẽ là gì để hỗ trợ ví dụ giọng nói ở trên với một bộ lọc R, C duy nhất. Chúng tôi đã nói tần số roll-dB dB là 8 kHz, vì vậy đó là những gì chúng tôi đặt R và C thành. Tần số rolloff của một bộ lọc R, C là:
F = 1 / (2 π RC)
Khi R ở Ohms, C ở Farads, thì F ở Hertz. Rõ ràng phương trình này có thể được sắp xếp lại để giải bất kỳ R, C hoặc F nào cho hai cái còn lại. Tôi giữ 1 / (2 π) = .15915 luôn trong một thanh ghi trong máy tính của tôi vì tính toán này xuất hiện thường xuyên trong thiết bị điện tử. Sau đó, tôi chỉ cần chia nó cho hai trong số R, C hoặc F để có được thứ ba.
Chúng tôi có hai bậc tự do và phương trình trên chỉ đóng đinh một trong số chúng. Cái khác có thể được coi là trở kháng mà bạn muốn tín hiệu kết quả có. Chúng ta hãy quay trong khoảng 10 kΩ, đó là những gì chúng ta sẽ tạo ra R chỉ để xem những gì C xuất hiện:
1 / (2 π 8kHz 10kΩ) = 1,99 nF
Về cơ bản, giá trị tụ điện tiêu chuẩn là 2 nF, vì vậy chúng ta sẽ thực hiện theo. Nếu nó không đạt được giá trị chung, chúng tôi đã chọn một giá trị gần đó rồi quay lại và điều chỉnh R cho phù hợp. Các điện trở có sẵn trong các biến thể tốt hơn nhiều và ở dung sai cao hơn so với các tụ điện thông thường, vì vậy bạn thường tìm thấy một giá trị tụ gần, sau đó để cho giá trị điện trở chính xác.
Vì vậy, chúng tôi đã giải quyết trên R = 10 kΩ và C = 2 nF. Lưu ý rằng điều này xuất phát từ yêu cầu tần số cao hơn 8 kHz. Chúng tôi không có nhiều sự lựa chọn để thực hiện, vì vậy thời gian giải quyết và tín hiệu tỷ lệ nhiễu sẽ là như vậy. Tất cả những gì chúng ta có thể làm bây giờ là xác định xem nó sẽ đủ tốt hay ngược lại, những đặc điểm nào của PWM sẽ cần thiết để hỗ trợ các thông số tín hiệu đầu ra.
Vì thông số kỹ thuật là tỷ số tín hiệu / nhiễu là 60 dB, điều đó có nghĩa là nhiễu phải nhỏ hơn 1 phần trong 1000 điện áp, điều đó có nghĩa là tần số PWM phải bị suy giảm đi rất nhiều. Một bộ lọc R, C duy nhất suy giảm tỷ lệ nghịch với tần số sau tần số rolloff. Đây là một xấp xỉ phá vỡ gần tần số rolloff và bên dưới, nhưng nó đủ tốt trong hầu hết các trường hợp sau một quãng tám hoặc hai lần vượt qua tần số rollof. Nói cách khác, 16 kHz sẽ bị suy giảm đi 2 với một số lỗi, 32 kHz cho 4 với ít lỗi hơn và sau đó bạn có thể chia tần số quan tâm theo tần số giới thiệu để giảm suy giảm. Chúng tôi muốn tần số PWM bị suy giảm 1000, có nghĩa là nó cần phải ở mức 8 MHz hoặc cao hơn. Đó là cao nhưng có thể làm được với một số bộ xử lý. Ví dụ,
Bây giờ hãy nhìn vào độ phân giải PWM. Một lần nữa, điều này được điều khiển bởi tín hiệu 60 dB đến thông số nhiễu, mà chúng ta đã biết có nghĩa là 1: 1000. Điều đó sẽ yêu cầu độ phân giải PWM ít nhất là 999 (bạn luôn có được một mức đầu ra nhiều hơn độ phân giải PWM). Điều đó có nghĩa là đồng hồ lát cắt PWM bên trong cần chạy 999 lần tần số đầu ra 8 MHz, hoặc cơ bản là 8 GHz. Sẽ không xảy ra với các bộ phận có sẵn hợp lý.
Tuy nhiên, có một cách để khắc phục những hạn chế này và đó là sử dụng nhiều hơn chỉ một bộ lọc R, C duy nhất. Khi tôi muốn có một tín hiệu tương tự tốt, tôi thường sử dụng hai hoặc ba trong số chúng liên tiếp. Hãy xem cách sử dụng ba bộ lọc R, C liên tiếp thay đổi mọi thứ.
Ban đầu, chúng tôi cho biết tần suất quan tâm cao hơn của chúng tôi là 8 kHz, ngụ ý rằng chúng tôi có thể chịu đựng được việc giảm 3 dB trừ khi chúng tôi nói khác. Một bộ lọc R, C duy nhất sẽ giảm 3 dB ở tần số rolloff, vì vậy chúng tôi đặt nó ở đúng 8 kHz. Chúng tôi không thể có ba bộ lọc ở 8 kHz vì chúng sẽ giảm 9 dB ở đó. Vì vậy, chúng tôi di chuyển các bộ lọc ra theo số cực (các bộ lọc R, C riêng biệt trong trường hợp này).
Do đó, ba bộ lọc R, C (ba cực) ở mức 24 kHz. Có vẻ như chúng ta đã mất mặt bằng khi làm điều này, nhưng lợi thế lớn là các tần số ở trên hiện bị suy giảm bởi tỷ lệ được thay vì chỉ tỷ lệ như với một cực. Một lần nữa, chúng tôi muốn tần số PWM bị suy giảm 1000, là 10 ^ 3, vì vậy chúng tôi chỉ cần vượt quá 10 lần so với tần số giới thiệu bộ lọc, nghĩa là 240 kHz là đủ cao. Đó là một sự khác biệt lớn từ 8 MHz. Bây giờ, xung nhịp PWM bên trong hoặc tần số lát cắt PWM chỉ cần là 240 MHz. Điều đó vẫn còn cao nhưng có thể đạt được.
Hy vọng rằng điều này đã cung cấp cho bạn một cái nhìn sâu sắc về các vấn đề. Nếu bạn cung cấp thông số kỹ thuật cụ thể, chúng tôi có thể làm việc thông qua các giá trị cụ thể cho trường hợp của bạn.
