关于交换位技术如何改进FPGA-PWM计数器性能

简单改变FPGA计数器规格使作为DAC功能PWM计数器的纹波降低。当需要一些模拟输出和系统中有FPGA时，很可能选择使用如图1的PWM模块和简单低通滤波器。FPGA的输出是固定频率、计数器和数字比较器使占空比可变的典型波形(表1)。

图1　PWM模块和简单低通滤波器

表1 FPGA的输出的典型波形

假设高信号使能，计数器每个时钟周期进行计数，PWM输出的频率为时钟频率的2次幂分频。通过连接前置比例器，使用使能来降低输出频率。由于输出频率固定，滤波器容易计算。已知占空比50%时，出现最坏的纹波。最大纹波和上升时间的限制结合决定滤波器类型和RC(电阻/电容)值。

对表1中编码进行非小改动，能够改进PWM电路的性能。但在原先系统中，最大纹波电流发生在50%占空比时，最小纹波电流发生在最小占空比时，改进的版本显示最大纹波等于标准版的最小值。关键是产生最高频率的可能性，还能保持平均的占空比常数。输出脉冲频率越高，滤波器性能越好。从左到右交换所有位来修改由重编二进制比较器组成表1。MSB(最高有效位)变成LSB(最低有效位)，LSB变成MSB，等等(表2)。只需重编位，而不需额外寄存器或逻辑单元。

表2 FPGA-PWM重编二进制比较器

表3显示了4位PWM发出的脉冲序列。表3中，可以看到50%占空比时(第二列，值为8)，频率最大，为时钟频率的2分频。在第一个纹波出现点(第二列，值为1)，传统PWM系统中有同样的纹波，也就是说，脉冲序列是相同的。

表3　4位PWM发出的脉冲序列