8 位 PWM + 8 位 Dpot = 16 位混合 DAC

脉冲宽度调制 (PWM) 是数模转换的绝佳基础。它的优点包括简单性和(理论上)完美的差分和积分线性。不幸的是，PWM 需要波纹滤波，这往往会使其速度变慢，尤其是在需要高分辨率(8 位以上)的情况下。

优点

数字信号传输：PWM将模拟信号转换为脉冲信号，在处理器到被控对象之间的所有信号都是数字形式的，从而无需再进行数模转换，这大大简化了信号处理的复杂性。

噪声抗干扰能力强：PWM信号对噪声的抗干扰能力较强，只有当噪声强到足以改变数字信号的逻辑状态时(如将逻辑1变为逻辑0)，才会对信号产生影响。这一特性使得PWM在通信等信号传输行业得到广泛应用。

简单性和线性度：PWM技术具有相对简单的实现方式，同时，在理论上，PWM能够提供完美的差分和积分线性，这对于某些应用来说是非常重要的。

缺点

波纹滤波需求：PWM信号在转换回模拟信号时，需要经过波纹滤波。这一步骤不仅增加了系统的复杂性，还可能降低系统的响应速度，尤其是在需要高分辨率(8位以上)的情况下，滤波器的设计和实现变得更为复杂，进一步影响了系统的速度。

谐波和电磁干扰：PWM信号在高频开关过程中会产生谐波，这些谐波可能对电网或其他电子设备造成干扰，引发电磁兼容性(EMC)问题，影响系统的稳定性和可靠性。同时，高频开关的瞬变过程还会产生电磁辐射，对周围的电子设备造成电磁干扰(EMI)，这可能影响其他设备的正常运行，甚至对通信造成干扰。

开关损耗：在高频开关过程中，开关器件在导通和关断过程中需要消耗一定的能量，这些损耗会降低系统的整体效率，并可能增加散热需求。

噪声问题：PWM信号在某些应用中可能导致机械噪声和电磁噪声。机械噪声主要源于PWM信号的快速变化引起的电机振动和噪音;而电磁噪声则可能通过传导或辐射的方式影响其他设备。

设计调试难度：对于复杂的控制系统，PWM技术的实现可能比较复杂。需要仔细设计PWM信号的频率、占空比等参数，以确保系统的稳定性和性能。同时，由于PWM信号的高频特性和复杂性，调试过程中可能遇到一些难题，例如需要精确的测量和分析工具来检测PWM信号的波形和特性。

成本问题：实现高精度、高性能的PWM控制需要高质量的开关器件和精确的控制电路，这可能会增加硬件成本。同时，由于PWM技术的复杂性和调试难度，开发过程中可能需要投入更多的时间和资源，从而增加开发成本。

适用范围限制：在低频应用中，PWM信号可能无法达到理想的控制效果，因为低频PWM信号的分辨率较低，难以实现精确的控制。此外，对于某些特定类型的负载(如感性负载)，PWM信号的控制效果可能受到限制，因为感性负载在开关过程中会产生反电动势，影响PWM信号的控制效果。

图 1提供了一种解决 PWM 迟钝问题的方案，即使用它来实现高分辨率(16 位)DAC 的最高 8 位，而另一种技术(数字电位器)提供低 8 位。然后，两个输出在一个简单的 256:1 比例电阻分压器中被动相加。这样做的好处是稳定速度提高了 256 倍(与使用 PWM 进行完整的 16 位计数相比)，同时还具有 16 位分辨率、单调性、线性度(INL 和 DNL)和微伏零点稳定性。该电路仅靠从单个 5V 电源轨吸取的几 mA 电流运行，同时还集成了相当不错的电压基准。而且它很便宜。

图 1 PWM 最高有效字节 (msbyte) 与 Dpot 最低有效字节 (lsbyte) 结合，提供 16 位分辨率、单调性和线性。

输入的 3 至 5v 逻辑、8 位分辨率 PWM 经 R5C7 和高速 AC 逆变器 U1 反转和电平转换，成为精确的 0 至 2.50v 方波，这得益于 LM4040 电压基准和 CMOS 逻辑用作精密模拟开关时的固有特性。波形未反转，并由 U1 的其他五个元件缓冲，成为低阻抗 (~5 Ω) 高质量 0 至 100% 占空比 PWM 输出。U1 的出色过渡对称性(Tphl 和 TPlh 传播时间相差不到 100 ps)有助于提高准确性和线性度，而通过 R5 的正反馈会产生锁存动作，可适应静态 0% (0v) 和 100% (2.5v) 占空比状态。

有源低通模拟纹波减法滤波通过R1C1 + R2C2 网络进行，如“使用模拟减法消除 PWM DAC 纹波”中所述。如果我们假设256/32 MHz = 8 µs PWM 周期，则所示的4.99 kΩ x 0.1 µF = 499 µs RC 时间常数适用于 16 位 (96 dB) 纹波衰减。电容当然需要根据不同的 PWM 时钟频率进行比例调整。

同时，1k Dpot U2 提供 SPI 控制、8 位分辨率、0 至 2.5v lsbyte 贡献，该贡献通过 R2R3 分压器以 256:1 的比例与 U1 的 PWM 输出相加。R2:R3 比率应准确且稳定，优于 0.5%。R3 远高于电位器提供的 2.5k(最大)可变阻抗，因此其对非线性的贡献保持小于 +/-½ lsb。