TMS320F240片内PWM实现D/A扩展功能

D/A转换的分辨率也就相应的越高。如果将PWM信号的频率从20 kHz降到10 kHz，则直流分量输出的最小输出为2.5 mV（5 V/2000），接近于11位的分辨率。但是，随着PWM信号基频的减小，谐波分量的频率也随之降低，就会有更多的谐波通过相同带宽的低通滤波器，造成输出的直流分量的纹波更大，导致D/A转换的分辨率降低。所以，单纯降低PWM信号的频率不能获得较高的分辨率。通过以上分析可知,基于DSP芯片PWM输出的D/A转换输出的误差,取决于通过低通滤波器的高频分量所产生的纹波和由PWM信号的频率决定的最小输出电压这两个方面。所以要获得最佳的D/A分辨率，在选取PWM信号的频率时不能太小，要适当地折衷，选取一个最合适的值。如表1所列，通过Matlab仿真，可以得到最佳D/A分辨率下的PWM信号频率。

表1 不同设计参数下F240芯片PWM输出实现D/A转换的分辨率

低通滤波器阶数 传递函数 -3dB带宽/Hz PWM频率f/kHz 纹波Vpp/V PWM频率决定的分辨率 D/A转换的分辨率/位 一阶 1/（RCs+1） 1000 10 0.78 2.5 2.7 20 0.39 5.0 3.7 二阶 ω2n/(s2+2ξωns+ω2n) 1000 10 0.062 2.5 6.3 20 0.016 5.0 7.9 三阶 1/(a3s3+a2s2+a1s+a0) 1000 10 0.0064 2.5 9.1 20 0.00081 5.0 9.7

2 硬件设计

　　一般来说，F240的PWM输出要通过具有一阶阻容滤波及光电隔离功能的I/O接口板后，方可与实际控制对象连接。为了获得高精度的D/A输出，在滤波之前应先通过缓冲器，整体设计框图如图2所示。

　　滤波器的运算放大器选用OP07。它温漂小、阻抗低、吸收电流大、精度高。考虑到实际情况，设计模拟低通滤波器的阶数一般不超过三阶，否则会增大系统的复杂性，增加系统的成本。下面主要介绍有源低通滤波器的参数设计。

2.1 二阶Butterworth低通滤波器

　　图3（a）所示，是二阶Butterworth低通滤波器（最平幅值滤波器）的一种实现电路，其传递函数为

　　在-3 dB带宽为1000 kHz的条件下：

   

　　A0=1

　　由于考虑到不可能找到与所计算的R、C值完全一致的电阻、电容值，而只能选取与实际的电阻、电容值最接近的值，故求解得到：

　　C1 = 0.1 μF， C2=0.01 μF，

　　R1=22 kΩ，　　R2=1 kΩ （7）

　　在这些参数下，实际的带宽是1074 Hz，Q值为0.645，与理想的二阶Butterworth低通滤波器有一定的误差。

    2.2 三阶低通滤波器

　　图3（b）所示为三阶低通滤波器的一种实现电路，其传递函数为

    Vo/Vi=1/(a3s3+a2s2+a1s+a0)    (8)

    其中， a0=1+R1/R4

　　　a1=R1(C1+C2)+(R2+R3)C2+R1C2(R2+R3)/R4

　　　a2=R3C2C3(R1+R2)+R2R3C2C3+R1R2R3C2C3/R4

　　　a3=R

《TMS320F240片内PWM实现D/A扩展功能(第2页)》