PCB新聞 - 如何將PWM訊號轉換為類比信號？

有一個位置感測器用於量測位置變化。 我使用萬用表的電壓範圍量測感測器的輸出信號。 結果表明，類比信號，即位置與訊號輸出呈線性關係。 然而，當我使用示波器（PicoScope示波器4227）量測感測器的輸出信號時，它會顯示PWM訊號（脈寬調製），即輸出PWM訊號的占空比隨位置的不同而不同。

PWM訊號的參數為：200 Hz，低電平為0V，高電平為18V。

現在可以確定我的感測器輸出信號是PWM訊號。 PWM訊號需要輸入控制器輸入/輸出，但控制器輸入/輸出埠不具備直接採集PWM訊號的功能。

2、解決方案：

設計了一種將PWM訊號轉換為類比信號的電路，然後將轉換後的類比信號輸入到控制器的類比輸入/輸出埠。

3、轉換電路

二階壓控有源低通濾波電路。

設計深度濾波電路。 濾波器電路圖為：

低通濾波器頻率公式為：F=1/（2ÏÌ*RC）。 我選擇r=1K，C=10uF，計算出的低通截止頻率為f=15.9hz。

濾波電路的後端是運算放大器，放大公式為：a=1+RF/R1。 我不希望電壓被放大，所以我選擇a=1.1。 因為R1//RF=2R（R1和RF的並聯值等於R的串聯值），所以最終值：RF=220Î），R1=2.2k，R=1K。

2、積分電路（無源濾波電路）

低通濾波器電路前面是一個兩級積分電路（將兩個電容器接地），r=1K，C=10uF。 下圖顯示了集成電路，該集成電路通過串聯兩個電路來設計，以形成兩級集成：

為了驗證電路效果，我使用的設備是PicoScope示波器4227。 由於該設備只能產生正、負1V電壓訊號，囙此產生一個幅值為1V（低電平0V、高電平1V）、頻率為200Hz的PWM訊號作為積分電路的輸入信號。 各種渲染如下：

1、示波器直接採集發電機產生的PWM訊號，波形如下：

2、示波器從二階濾波電路的輸入端採集訊號，波形如下。 發現波形與上圖中的波形相比發生了變化。

3、示波器從一階濾波電路的輸出中採集的訊號波形，即濾波電路的輸出波形從左到右以及電阻和電容的交點：

4、濾波器從二階濾波器電路的輸出中採集的訊號波形為最終輸出信號波形

5、最終輸出波形參數：

4，問題

1：為什麼感測器的輸出信號由萬用表的電壓範圍量測，結果是類比信號，而示波器看到的是PWM訊號？ 我應該相信哪個結果？

A：此問題涉及量測輸入埠的分辯率。 萬用表輸入埠的分辯率較低（在本例中低於200Hz），而示波器輸入埠的分辯率較高，高達數千甚至數兆赫，囙此輸出結果不同。 我們應該相信示波器顯示的結果。 我瞭解到PWM訊號的本質仍然希望達到類比量的效果，但表現形式有所不同。

2：關於計算公式

A：在低通濾波器電路中，有一個頻率公式F=1/（2Ï*RC），用於計算低通截止頻率（-3dB）。 在積分電路中，有一個公式t=RC。 該t為電容器充放電所需的時間。 選擇t時，根據一般經驗公式，t>10*t’（t’代表訊號週期）。

在本例的積分電路中，RC=10ms，只有訊號週期的兩倍，但通過測試，訊號效果仍然理想。 如果串聯更多的集成電路，效果會更好。

3：控制器收集PWM訊號是否有其他方案？

A：方案1：將PWM訊號加倍可新增PWM訊號的頻率，但占空比不變。 如果PWM倍頻後的頻率大於控制器輸入/輸出的分辯率，控制器可以將其默認為類比，囙此可以將其輸入到類比輸入/輸出。

方案二：通過軟件計算PWM的占空比。 在控制器中編寫程式。 首先，量測PWM訊號在此期間的高電平時間，以計算占空比。