浅谈PCB设计中PWM数模转换器电路的布局

Pcb布局将数字数据转换为模拟信号。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及其相关电路放置在板上。通过使用设计中已经使用的组件中已有的PWM功能，您可以转换信号而无需在设计中添加其他多引脚组件。以下是有关如何在下一个印刷电路板上设计PWM数模转换器的更多信息。

由于普通电路板上的大部分电路都是由数字电路组成的，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。以一个简单的开关为例。尽可能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为模拟信号。这通常是数模转换器或DAC的工作。但问题是，您可能正在使用设计中尚未内置DAC的组件。

如果您有时间，空间和预算，则可以轻松地在设计中添加一个外部DAC组件来处理转换。有多种包装样式可供选择。但是，如果您不想在设计中添加其他组件，并且也不想更改已经在使用的电路，则需要找到另一个选择。幸运的是，您现有的电路中可能已经内置了另一种选择，并且可以使用微控制器上的脉冲宽度调制（PWM）输出。

由于大多数微控制器至少带有一个PWM外设，因此只需使用一个电阻和一个电容器来创建低成本的数模转换器即可。但是，这些转换器的精度最高，如果需要考虑使用外部DAC。但是出于一般目的，PWM可能是您一直在寻找的替代方案。

印刷电路板上的电源电路

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变电压。为了改变电压，数字信号的高和低分为ON和OFF部分。高电平和低电平状态的持续时间或脉冲保持不变，但是信号为ON或OFF的时间量将改变以产生不同的电压。例如，如果脉冲的“开”状态或“占空比”为50％，则分别在10伏和0伏时具有高和低状态的信号将减小到5伏。同样，如果同一脉冲的占空比为25％，而低电平为75％，则该信号将仅产生2.5伏。

PWM也可以使用相同的过程电压创建来生成所需的模拟信号。所需电压由PWM创建，然后由数字载波传输到RC电路。在那里，它通过电阻器和电容器进行滤波，以使其平滑至平均值。可以对PWM进行编程以创建多个电压，以创建完整的模拟信号。

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

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PWM数模转换器电路的布局注意事项

在设计上确定PWM的分辨率时，必须考虑输出电压纹波的影响。当PWM对电阻器和电容器进行充电和放电时，会发生此纹波。可以通过增加RC电路的值来减轻这种影响，但这也可以增加纹波电压稳定所需的时间。为了弥补这一点，您可以添加第二个RC滤波器电路，但是其他组件将在您的布局上占用更多空间。

与任何电源电路一样，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开，并使用单独的接地层隔离模拟和数字返回路径。
编辑：hfy