关于混合PWM / R2R DAC的改进方案
将pwm与较小的r-2r梯形图结合使用可同时改善两者。它显着降低了pwm纹波，并提高了dac的分辨率。
在本设计思想中，一个八电阻阵列和三个输出引脚构成了一个改进的r-2r梯形图（图1）。修改是将底部2r连接 到pwm输出而不是接地。
图1 混合pwm / r-2r dac
梯形图将v cc 分为八个切片，pwm填充了 从每个级别（0％pwm）到下一个更高级别（100％pwm）的空间。这样可以将纹波减小到八分之一，同时增加了三个额外的高阶分辨率。或者，您可以从原始pwm占空比值的顶部开始获取这三个位，将其时钟速率乘以八。您仍然可以获得8：1的纹波降低，但是增加的时钟速率会将pwm噪声进一步推入滤波器的低地，以实现更大的衰减。
模拟
我已经模拟了这种混合方法。
图2 比较/仿真电路
与传统的简单低通滤波器（图2）相比，您应该记住
r-2r梯形的输出电阻为r，并且由于我建议将阵列中的两个电阻并联以形成r（对于2r使用单独的电阻），因此10kω的阵列会产生5kω的输出电阻。这就是我在传统方法中使用的，同时使用了相同的1µf电容器。我将pwm设置为50％的占空比，因为这是最严重的纹波发生的地方。仿真结果（图3）显示了传统方法，纹波约为4mv，而第一种选择（将三个新位添加到原来的八个中）产生了493µv纹波，大约只有八分之一。第二种选择（将pwm时钟增加8，剩下总共8位）仅产生61µv，约为原始值的六十分之一。
图3 仿真结果
图4a （pwm +低通）和4b （11位混合）是复杂模拟的结果，该模拟将电压从0v缓慢地提高到5v。滤波器中的电容器故意过小，因此我们可以看到此规模的纹波。普通的r-2r梯形图会添加一个阶梯图（4b中的红色），以显示pwm如何从一个电平移动到下一个电平，甚至超出r-2r梯形的顶部直至达到5v。
图4 模拟的基本pwm dac（fig4a，顶部）和混合dac（fig4b，底部）的纹波。
这也可以用nco（数字控制振荡器）技术代替pwm。nco（向累加器添加一个值并输出进位）相对于pwm具有优势，因为它可以减少50％设置附近的纹波（通过增加转换频率），这是简单pwm最差的地方。
而且这也可以与其他任何dac一起使用：只需将pwm / nco /任何信号连接到最低有效位。
测验
现在获得一些测试结果：我正在考虑的电阻器阵列的容差为±2％，但也可以以±1％甚至±½％的精度获得，但是由于我没有这些电阻，因此我只使用了单个1％电阻。我建立timer1 一个的atmega328 为16mhz为8位pwm运转，和所使用的10位adc采取一些测量。由于pwm，r-2r和adc均参考v cc，因此我们可以将其分解，并仅检查从adc读取的八个电平中的每个值，并将pwm设置为0％和100％。理想情况下，一个步骤的100％输入应等于下一步骤的0％输入（任何adc读数的警告最多可减少两个，如atmega328 数据表的“ adc特性”部分所述）。
这些似乎是很合理的。然后，我使用了一种绰号为“ slow-scilloscope™”的技术，该技术利用atmega328的功能 来安排带有计时器的ad转换，该计时器与产生pwm的计时器相同。因此，我们可以测量给定pwm周期内的纹波。图5 是带低通滤波器的传统pwm（绿色）和混合电源（黑+红）的合成图。两者都使用过小的电容器，因此我们可以看到纹波。
图5 测量的pwm和混合dac纹波
最后，图6 是每个混合设置下非同步ad转换的（乏味）轨迹，允许纹波在结果中产生（或多或少）随机变化。这是使用一个较大的电容器以获得更实际的结果。
图6 测得的纹波，混合dac，最终电容器值。
最后，我们已经看到，根据您的观点，pwm可以填充r-2r dac步骤之间的空间，或者r-2r梯形图可以大幅度削减常规pwm加低通滤波器的纹波。或两者。
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在本设计思想中，一个八电阻阵列和三个输出引脚构成了一个改进的r-2r梯形图（图1）。修改是将底部2r连接 到pwm输出而不是接地。
图1 混合pwm / r-2r dac
梯形图将v cc 分为八个切片，pwm填充了 从每个级别（0％pwm）到下一个更高级别（100％pwm）的空间。这样可以将纹波减小到八分之一，同时增加了三个额外的高阶分辨率。或者，您可以从原始pwm占空比值的顶部开始获取这三个位，将其时钟速率乘以八。您仍然可以获得8：1的纹波降低，但是增加的时钟速率会将pwm噪声进一步推入滤波器的低地，以实现更大的衰减。
模拟
我已经模拟了这种混合方法。
图2 比较/仿真电路
与传统的简单低通滤波器（图2）相比，您应该记住
r-2r梯形的输出电阻为r，并且由于我建议将阵列中的两个电阻并联以形成r（对于2r使用单独的电阻），因此10kω的阵列会产生5kω的输出电阻。这就是我在传统方法中使用的，同时使用了相同的1µf电容器。我将pwm设置为50％的占空比，因为这是最严重的纹波发生的地方。仿真结果（图3）显示了传统方法，纹波约为4mv，而第一种选择（将三个新位添加到原来的八个中）产生了493µv纹波，大约只有八分之一。第二种选择（将pwm时钟增加8，剩下总共8位）仅产生61µv，约为原始值的六十分之一。
图3 仿真结果
图4a （pwm +低通）和4b （11位混合）是复杂模拟的结果，该模拟将电压从0v缓慢地提高到5v。滤波器中的电容器故意过小，因此我们可以看到此规模的纹波。普通的r-2r梯形图会添加一个阶梯图（4b中的红色），以显示pwm如何从一个电平移动到下一个电平，甚至超出r-2r梯形的顶部直至达到5v。
图4 模拟的基本pwm dac（fig4a，顶部）和混合dac（fig4b，底部）的纹波。
这也可以用nco（数字控制振荡器）技术代替pwm。nco（向累加器添加一个值并输出进位）相对于pwm具有优势，因为它可以减少50％设置附近的纹波（通过增加转换频率），这是简单pwm最差的地方。
而且这也可以与其他任何dac一起使用：只需将pwm / nco /任何信号连接到最低有效位。
测验
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这些似乎是很合理的。然后，我使用了一种绰号为“ slow-scilloscope™”的技术，该技术利用atmega328的功能 来安排带有计时器的ad转换，该计时器与产生pwm的计时器相同。因此，我们可以测量给定pwm周期内的纹波。图5 是带低通滤波器的传统pwm（绿色）和混合电源（黑+红）的合成图。两者都使用过小的电容器，因此我们可以看到纹波。
图5 测量的pwm和混合dac纹波
最后，图6 是每个混合设置下非同步ad转换的（乏味）轨迹，允许纹波在结果中产生（或多或少）随机变化。这是使用一个较大的电容器以获得更实际的结果。
图6 测得的纹波，混合dac，最终电容器值。
最后，我们已经看到，根据您的观点，pwm可以填充r-2r dac步骤之间的空间，或者r-2r梯形图可以大幅度削减常规pwm加低通滤波器的纹波。或两者。
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