广告

利用Σ-Δ调制提高可编程中断控制器模拟输出的分辨率

2020-03-11 Camilo Quintans 阅读:
在MCU中重建模拟信号有PWM和DAC两种方案。这两种方案都需要使用特定外设,但是在很多情况下它们都无法获得。一种解决方案是将8位MCU与4位固定参考电压模块结合使用,然后采用Σ-Δ调制生成模拟信号。

在微控制器(MCU)中重建模拟信号的一种常用方法是脉宽调制(PWM)。但是,这种调制会产生大量的谐波分量,从而限制所生成信号的带宽,而且需要通过滤波来减少输出纹波(请参阅“Cancel PWM DAC ripple with analog subtraction”和“Fast PWM DAC has no ripple”两篇文章)。9koednc

然而,由于是一种开关调制,PWM的优势是只需要使用简单的二进制输出。另一种方法是采用具有一定分辨率位数的特定数模转换器(DAC)外设。DAC和PWM这两种方案都需要使用特定外设,但是在很多情况下它们都无法获得。9koednc

一种解决方案是将8位MCU与4位固定参考电压(FVR)模块结合使用,然后采用Σ-Δ调制(SDM)生成模拟信号。由于SDM可以将噪声移动到更高频率,因此就更容易实现滤波。这样就可以提高分辨率并增加有效位数。1给出了此一阶SDM框图,2给出了其汇编程序代码。9koednc

图1:一阶4位Σ-Δ调制器。9koednc

图2:调制器的汇编程序代码。9koednc

1所示,我们将输出电压(V)截断,将其四个最高有效位(MSB)连接到4位DAC模块,而残差h则送往与下一个输入样本x相加。由于这个简单的SDM只接受一半的输入范围(从而避免饱和),因此数据输入幅度被限制为7位,而其MSB则固定为“0”。为了对该设计进行测试,这里使用了一个查找表,它包含128个正弦点,由定时器1中断以32kHz进行采样。定时器0用于产生主中断,而以250kHz的速率执行SDM代码。CPU时钟配置为64MHz,调制器所用时间小于2μs。3显示了模拟输出响应时间。9koednc

图3:滤波前生成的信号波形。9koednc

此外,我们通过逻辑分析仪对4位输出进行直接采样,测试了所生成的信号在频域中的幅度响应,如4所示。由此可以得出结论,使用低通滤波器去除1kHz以上的噪声,可以实现60dB的无杂散动态范围,这意味着过采样率(OSR)为250,分辨率可以提高4位(0.5×log2OSR)。该解决方案也适用于较少的输出位数,即使只使用了一个开关输出位也行。9koednc

 
   

图4:输出频率响应(128ks DFT)。9koednc

(原文刊登于EDN美国版,参考链接:Sigma-delta modulation improves resolution in programmable interrupt controller analog outputs9koednc

本文为《电子技术设计》2020年3月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里9koednc

  • 目测这用的是我家微芯……
本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • 兼具传感器偏置应用所需精度和可重复性的可调高压电源 有没有一种简单的办法来创建适合传感器偏置应用的高压电源?当然,只需使用集成精密反馈电阻的IC。
  • Summit Wireless全新低成本空间音频模块现已震撼上市 Summit Wireless将于1月5日至7日在拉斯维加斯举办的2022年国际消费电子展(CES)上展示该音频模块
  • 江波龙电子车用存储在智能汽车应用汇演 江波龙电子近年来在车用存储市场大力度布局及拓展,无论是从汽车前装到后装,还是高铁、公交系统应用,其车用存储产品线均有覆盖,深入汽车的每一个“器官”。如今,江波龙电子的汽车存储eMMC、UFS、工业级SSD、工业级DDR4 内存模组、工业级存储卡、汽车个人云存储、车载数据备份盘以及技术定制产品已在车用存储市场崭露头角。
  • 日本教授拆解宏光MINIEV,发现单车利润不超百元 最新数据显示,2021年10月份的全球新能源车型排行榜里,宏光MINIEV再次回到榜首,全球销量为3.91万辆;特斯拉Model Y仍维持在第二名,全球销量为2.78万辆;秦Plus PHEV上升至第三位,全球销量为1.75万辆;特斯拉Model 3跌落至第四位,全球销量为1.65万辆;此外,月销超过1万辆的还有大众ID.4和宋Pro/Plus PHEV。宏光MINIEV的热销,引发了日本业界的关注,对此,名古屋大学的山本真义教授等人拆解了一辆宏光MINIEV,这一次,他们试图揭秘该车型背后的低成本秘密。
  • 开年专访谷泰微创始人兼CEO石方敏:2022本土IC要迎“大 半导体科技媒体专访了谷泰微创始人兼CEO石方敏,他是一位在模拟射频领域连续创业的半导体老兵,在创立谷泰微之前他曾经两次成功创业,分别瞄准了射频和模拟IC,这次他又瞄准了混合信号和传感器领域,可以说,三次创业都瞄准的是最难啃的领域,他为何这样选择创业方向?在本土IC的创新方面他有什么感悟,我们来听听他的分享。
  • 如何设计逐次逼近型模数转换器的驱动电路 通常工程师在设计SAR ADC时,通常需要注意以下三个方面:ADC前端驱动设计、参考电压设计、数字信号输出部分设计。本文将介绍ADC的前端驱动所需注意的一些要素。
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了