脈寬調制是一種調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、調光、開關電源，甚至某些音頻放大器。在諸如MEMS（微機電系統）鏡面傳動器控制等應用系統中，有一個反饋系統必須對PWM進行調節。有個電路監測并控制PWM輸出信號，然后根據應用系統要求改變占空比。輸出頻率對傳動器進行調節，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部DAC和ADC的微控制器組合在一起，以便產生高分辨率的PWM輸出信號。

　　幾種可供選用的體系結構
　　傳統的PWM用兩個運算放大器來產生鋸齒波形，用一個電位器來產生直流基準電壓，再用一個比較器來產生PWM輸出信號。這類設計的優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。你可以使用數字式電位器來替代機械式電位器，但這樣做會加大成本。產生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。
　　一個內部PLL可根據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來說是一種理想的低成本方法，但對于高頻高分辨率系統來說并非如此。
　　DDS的實現
　　要求實時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，你就可以在開環或閉環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時就轉變為低電平，并且要到輸入電壓低于V_LO時才再次轉變為高電平，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體系結構產生正弦波和三角波輸出信號。AD9833在一塊芯片內含一個采用28位相位累加器的數值控制的振蕩器、一個正弦ROM以及一個10位數/模轉換器（圖2）。

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

　　你一般根據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，而且難以產生。另一方面，角信息本質上又是線性的。這就是說，相位角在每一時間單位內轉過某一固定角度。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的相位旋轉：
　　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。只要知道相位和主時鐘頻率，便可以利用這一公式產生輸出頻率。相位累加器提供28位的線性相位。正弦ROM以數字格式存儲輸出正弦波的振幅系數。DAC把正弦波轉換成模擬域。如果你旁路正弦ROM，則AD9833就會產生三角波，而不是產生正弦波。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—峰輸出調到比較器的輸入范圍內。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的閉環電路中，你可以把PWM的輸出調到12位精確度。并可使用許多種脈寬調制方法；所用方法取決于應用系統。對于低分辨率應用系統來說，采用運算放大器和電位器的傳統方法是可以接受的，也很經濟實惠。對于低頻高分辨率應用系統來說，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

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