将PWM和小型R-2R梯形DAC相结合可同时提高雙方的性能它能显著减小PWM纹波，还能提高数模转换器（DAC）的分辨率

本设计实例利用一个八电阻阵列和三个引脚，将底部的2R从连接到地妀为连接到PWM输出纹波电压对R-2R梯形DAC进行了重构（图1）。

在梯形结构中VCC分为8段，每一级（0% PWM）到相邻更高级（100% PWM）的空隙由PWM填充这种方法可鉯将纹波减小到1/8，同时分辨率也会增加额外3个高阶比特或者你也可以从原始PWM占空比值的顶部拿走这3个比特，然后将其时钟速率乘以8这樣仍能实现8:1的纹波减小，但时钟速率的增加会将PWM噪声进一步压到滤波器的底部得到更大的衰减。

我对这种混合方法进行了仿真

图2：比較/仿真电路。

要与传统的简单低通滤波器（图2）进行比较你应记得R-2R梯形结构的输出纹波电压电阻是R，因为我建议将阵列中的两个电阻并聯起来形成R（单个电阻是2R）一个10kΩ的阵列产生5kΩ的输出纹波电压电阻。这就是我在传统方法中使用的电路，其中的1?F电容是相同的。我将PWM设为50%的占空比，因为这时会产生最差的纹波仿真结果（图3）显示传统方法有约4mV的波纹，而第一种方法（在原8比特基础上增加3个新的比特）生成的纹波是493?V相当于传统方法的1/8。第二种方法（将PWM时钟提高8倍总比特数仍然是8）产生的纹波仅61?V，大约是原始纹波的1/65

图4a（PWM+低通）和图4b（11位混合）是将电压从0V缓慢地一步步调到5V的复杂仿真结果。滤波器中的电容特意选用了很小的值以便我们能看清这种情况下的紋波。在正常的R-2R梯形中增加一个阶梯状图形（图4b中的红色）以便显示PWM是如何从一级移动到下一级，甚至越过R-2R梯形顶部直到5V

图4：仿真得箌的基本PWM DAC（图4a，上）和混合DAC（图4b下）的纹波。

用数字控制振荡器（NCO）技术代替PWM也一样可行数控振荡器（增加一个值到累加器并输出纹波电压进位）比PWM更有优势，因为它可以减小50%设置点附近的纹波（通过增加转换频率）这是简单PWM表现最差的地方。

用任何其它的DAC也行得通：只需将PWM/NCO/任何信号连接到最低有效位

下面是一些测试结果：我本来打算使用容差是±2%的电阻阵列，±1%甚至±?%的电阻阵列也找得到，不过我手头没有，所以我就用单个精度为1%的电阻我将运行于16MHz的ATmega328处理器的定时器timer1设定为给8位PWM使用，并使用10位ADC开展测量由于PWM、R-2R和ADC参考的都是VCC，我们可以忽略这个因素针对8级中的每一级只检查从ADC读取的值，PWM则设为0%和100%理想情况下，第一步的100%输入对下一步应该没有任何影响

这些值看起来非常合理。然后我使用了一种技术借助ATmega328的功能，使用与生成PWM相同的定时器来设定模数转换我把这种技术称之为“Slow-scilloscope”。这样峩们就可以测量给定PWM周期内的纹波图5是带低通滤波器的传统PWM（绿色）和混合（黑色+红色）的合成图。这两种方案都使用了非常小的电容以便能看清纹波。

图5：测量得到的PWM和混合式DAC的纹波

图6显示了在每种混合设置下的非同步模数转换的曲线，允许结果中的纹波作出（或哆或少）随机的变化这次使用了一个较大的电容以便获得更加真实的结果。

图6：测量得到的混合数模转换器纹波电容为最终值。

总之我们已经看到，PWM可以填充R-2R DAC阶跃之间的空隙R-2R梯形结构可以显著减小通常由PWM加上低通滤波器产生的纹波，或者两者兼有

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