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如何将模拟信号转换为PWM信号

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作者Cadence PCB解决方案

关键的外卖

  • 理解模拟和脉宽调制(PWM)之间的区别。

  • 学习如何将模拟信号转换为PWM信号。

  • 收集模拟到PWM转换器的设计技巧。

我从来都不是一个好的摄影师。然而，我清楚地记得我第一次用我的旧柯达相机拍照的情景。那是近20年前的事了。2012年，柯达申请破产，原因是它未能迅速有效地过渡到数码摄影时代。

我不再摆弄胶片(模拟)相机，因为我已经习惯了智能手机及其各种滤镜应用程序。尽管如此，柯达作为行业领导者的衰落是一个关于灵活性的教训——尤其是在从一种技术转向另一种技术方面。不知为何，这一切都提醒我，能够将模拟信号转换为对应的脉宽调制(PWM)是多么重要。因为这样做需要——也负担得起——一个类似电路设计的灵活性，这将是本文的重点。

模拟与PWM

显示脉宽调制PWM信号的图形

PWM信号的例子。

对于那些不熟悉这两种技术的人来说，模拟和PWM转换可能会令人困惑。PWM可以用来产生模拟信号。然而，模拟信号不是PWM信号。明白吗?让我们再深入一点。

模拟信号是一种连续信号，它的波形在无限的时间周期内似乎没有间断的连续性。正弦波是模拟信号的一个例子。当你转动一个调光旋钮时，你同样改变了供电电压。

同时，PWM是一种变化的技术数字信号的占空比．占空比是信号的有效间隔与一个完整周期的时间之比。占空比50%的PWM信号是波形具有平衡的低和高间隔。

PWM通常以方波的形式发送，通常用于功率传输、伺服电机控制以及作为通信协议。它还可以通过将占空比相应地改变为所需的值来产生模拟电压。然后使用电容器平滑PWM波形。

如何将模拟信号转换为PWM信号

一种将模拟信号转换为PWM信号的微控制器

微控制器将模拟信号转换为PWM信号。

有时，您需要将模拟信号转换为PWM信号。例如，模拟信号不能用于伺服电机。要旋转伺服电机，必须传输特定的PWM脉冲。LED灯通常也由PWM驱动，因为它在电力方面效率更高。

因此，您需要设计一个电路，以模拟形式接收用户输入并将其转换为正确的PWM信号。将模拟信号转换为PWM信号的低成本方法是使用专用IC，如LT6992．这是一个PWM发生器，您可以通过输入0-1V的模拟信号来控制占空比。

虽然使用LT6992 IC是最简单的方法，但它不适合复杂的算法或模拟和PWM输出的非线性关系-例如，将360°旋钮映射到从0°-180°旋转的伺服电机。伺服电机的最大旋转通常在占空比为10%时实现。因此，您需要将旋钮的整个模拟范围转换到PWM输出的10%占空比限制范围内。

在这种情况下，您需要使用带ADC输入和PWM发生器的微控制器。ADC将采样输入并将其转换为数字值。然后，编写一个函数来生成相应的占空比，并将其输入PWM寄存器。

模拟到PWM转换器的硬件设计技巧

位于纸质电路原理图上的绿色印刷电路板

保持模拟信号和PWM信号分开以防止噪声耦合是至关重要的。

无论您使用的是单个芯片还是微控制器，都需要知道您正在使用模拟脉冲和数字脉冲。将这两种类型的信号分开始终是一个很好的做法。数字脉冲，特别是当以高频传输时，会导致EMI辐射。

您将希望防止PWM输出干扰其他组件，特别是如果它正在驱动高频组件。同样，模拟输入也应该受到保护电磁干扰，确保信号完整性．因此，确保适当的接地分离和两个信号的最短返回路径是至关重要的。

如果你使用正确的方法，设计一个模拟到PWM转换器并不困难PCB设计和分析工具．OrCAD PCB设计R允许您计划组件的位置并执行严格的设计规则检查，这为您减少了工作，并确保事情在第一次就正确完成。

如果您想了解更多Cadence如何为您提供解决方案，跟我们和我们的专家团队谈谈吧．