Gesponsert

ICs für Genauigkeit und kurze Einschwingzeit PWM-Signale in präzise analoge Spannungen umwandeln

Digitale Bausteine wie etwa Mikroprozessoren oder FPGAs können keine stetigen analogen Spannungen erzeugen. Um dennoch analoge Größen ausgeben zu können, besitzen diese Chips häufig PWM-Ausgänge, die sich – entsprechend gefiltert – in analoge Spannungen verwandeln lassen.

Linear Technology Design Note 536
Linear Technology Design Note 536
(Bild: Linear Technology)

Die Pulsweiten-Modulation (PWM) ist eine häufig verwendete Technik zur Erzeugung analoger Spannungen aus einem digitalen Baustein wie zum Beispiel einem Mikrocontroller oder FPGA. Die meisten Mikrocontroller besitzen eingebaute Peripheriefunktionen zum Generieren von PWM-Signalen, und bei einem FPGA sind zur Erzeugung von PWM-Signalen nur wenige Zeilen RTL-Code erforderlich. Diese Vorgehensweise ist einfach und praktisch, solange nicht zu hohe Anforderungen an die Güte des analogen Signals gestellt werden.

Bildergalerie

Vorteilhaft ist, dass nur ein Pin benötigt wird und der Code-Aufwand gegenüber einem D/A-Wandler (DAC) mit SPI- oder I²C-Interface sehr gering ist. Bild 1 zeigt eine typische Anwendung mit einem digitalen Ausgangs-Pin und einem Filter zur Erzeugung einer analogen Spannung.

Man muss nicht besonders lange suchen, um die zahlreichen Schwachstellen dieser Technik aufzudecken. Ein 12-Bit-Analogsignal sollte im Idealfall eine Welligkeit von weniger als 1 LSB aufweisen. Im Fall eines PWM-Signals von 5 kHz wäre ein 1,2-Hz-Tiefpassfilter erforderlich. Die Impedanz des Spannungsausgangs wird durch den Widerstand des Filters bestimmt. Dieser aber kann recht groß sein, wenn der Filterkondensator einen vernünftigen Wert nicht überschreiten soll. Der Ausgang darf daher nur eine hochohmige Last ansteuern.

Die Steilheit (Verstärkung) der PWM-Analog-Übertragungsfunktion wird von der (möglicherweise ungenauen) Versorgungsspannung des digitalen Teils bestimmt. Eher subtilerer Natur ist der Effekt, dass die Unstimmigkeit zwischen dem effektiven Widerstand zwischen dem digitalen Ausgangs-Pin und der Stromversorgung im High-Zustand sowie dem Widerstand zur Masse im Low-Zustand verglichen mit dem Wert des Filterwiderstands klein sein muss, um die Linearität zu wahren.

Schließlich muss das PWM-Signal kontinuierlich sein, um die Ausgangsspannung auf einem konstanten Wert zu halten. Dies aber kann ein Problem darstellen, wenn der Prozessor in einen stromsparenden Shutdown-Modus versetzt werden soll.

Advertorial - Was ist das?

Über Advertorials bieten wir Unternehmen die Möglichkeit relevante Informationen für unsere Nutzer zu publizieren. Gemeinsam mit dem Unternehmen erarbeiten wir die Inhalte des Advertorials und legen dabei großen Wert auf die thematische Relevanz für unsere Zielgruppe. Die Inhalte des Advertorials spiegeln dabei aber nicht unbedingt die Meinung der Redaktion wider.

(ID:43899471)