PWM DAC以一貫的簡易性在設(shè)計(jì)師心目中占一席之地，但響應(yīng)時(shí)間慢和PWM紋波問題卻限制了其使用價(jià)值和設(shè)計(jì)潛能。抑制PWM紋波的常用方法是使用RC低通濾波器，但它永遠(yuǎn)無法完全消除紋波，并會使輸出穩(wěn)定時(shí)間極其緩慢。本文示出的同步采樣＆保持方法克服了這些缺點(diǎn)。

PWM DAC以其一貫的簡易性而在設(shè)計(jì)師的心目中占有一席之地，但響應(yīng)時(shí)間慢和PWM紋波問題卻限制了其使用價(jià)值和設(shè)計(jì)潛能。抑制PWM紋波的常用方法是使用RC低通濾波器，但它永遠(yuǎn)無法完全消除紋波，并且會使輸出穩(wěn)定時(shí)間極其緩慢。圖1示出的一種不同的方法——同步S＆H方法（采樣＆保持），克服了這些缺點(diǎn)。

圖1：S1的采樣-保持操作可以消除PWM紋波。

本設(shè)計(jì)實(shí)例利用PWM紋波固有的周期性特性，它在VC1波形的任何同步選擇點(diǎn)處都具有完全相同的電壓，如圖2所示。因此，如果VC1被同步采樣，比如通過圖1的模擬開關(guān)S1和傳輸電容C2，然后保持（也就是采樣-保持），即可通過C3產(chǎn)生輸出電壓Vout，那么無論VC1的AC分量有多大，其結(jié)果都將是平滑的無紋波Vout。這一原理可通過圖2中的DAC動態(tài)行為來說明。

圖2：DAC在15個(gè)PWM周期內(nèi)穩(wěn)定到8位精度。

此外，由于同步采樣消除了紋波，與RC1時(shí)間常數(shù)的長短無關(guān)，所以RC1可以非常短。這可以顯著降低穩(wěn)定時(shí)間，如圖1所示，其中RC1=100μs=Tc=PWM周期，不到15?Tc=1.5ms即可達(dá)到穩(wěn)定（8位精度）。但是，就像所有的好東西一樣，我們知道它也必然有一定的局限。因此，現(xiàn)在問題就變成：RC1能夠在多短的時(shí)間內(nèi)與適當(dāng)?shù)腄AC功能保持一致，以及有哪些設(shè)計(jì)因素導(dǎo)致了其局限性？

仔細(xì)觀察VC1波形可以得出答案：Vout是采樣的電壓，它不是通過VC1的平均值、而是通過紋波最大值計(jì)算得出。因此：

其中...

我們用DACVout函數(shù)對非線性部分求和，使得DAC傳遞函數(shù)也呈非線性，從而導(dǎo)致積分非線性（INL）誤差，對于圖2中示例電路的常數(shù)，誤差可能達(dá)到滿量程的8.3％。對于許多應(yīng)用來說，這么大的INL誤差是不可接受的。幸運(yùn)的是，有一個(gè)簡單的（軟件）修復(fù)：對DAC設(shè)置進(jìn)行數(shù)字預(yù)加重。例如，若使用圖1中的常量，其中......

如果我們更改Tp：

那么，Vripple項(xiàng)將從Vout中消失，8位INL即可恢復(fù)。

圖3：整流紋波引起的INL誤差。

值得一提的是，可選的Vs和S2通過精確的基準(zhǔn)參考(Vs)產(chǎn)生RC1輸入波形，從而避免了在Vout電壓上疊加邏輯電源的噪聲和惡意調(diào)制（疊加到PWM邏輯信號上）。當(dāng)然，如果你的應(yīng)用對精度要求不高，也可以省略這些。讓R直接與PWM信號相連即可。

正如我一開始所說的，一貫的簡易性是PWMDAC的主要魅力之一！

圖4：三種不同輸出設(shè)置下的DAC響應(yīng)。