利用8位PWM构建低成本16位DAC设计

本文档探讨了如何利用两个8位PWM（脉冲宽度调制）模块来构建一个16位的数字模拟转换器（DAC）。设计背景是为一款火星探索任务中的可调掺杂激光光谱仪开发控制电路。由于项目需遵循严格的NASA零件选择清单（NPSL）和空间飞行资格标准，设计者在选择组件时面临挑战，因为当时NPSL上并没有适合的、通过飞行认证的16位DAC。 设计的关键策略在于利用了两个8位PWM模块的特性。首先，由于更新频率较低，只有每秒十几次，这就意味着可以利用每个PWM信号的分辨率进行逐位叠加，从而模拟出更精细的电压输出，达到16位精度。其次，设计者利用了69RH051A这款辐射硬化的8051微控制器的额外资源，它具有未分配的8位、14.5kHz PWM输出。通过巧妙地组合这些PWM信号，设计者能够将两个8位信号组合成一个16位的模拟输出，进一步提升了精度。 具体实现方法是，设计者将一组PWM信号作为低位部分，另一组作为高位部分，然后通过同步和采样，确保它们在时间上精确匹配。这一步需要精心设计同步电路和采样算法，以确保在有限的时钟周期内完成精确的16位合成。此外，可能还需要考虑噪声抑制和抗干扰措施，因为PWM信号的切换可能会引入高频噪声。 设计者通过这种创新方法，不仅满足了项目对高精度模拟输出的需求，还充分利用了现有硬件资源，避免了新设备认证的费用问题。这种低成本且灵活的解决方案展示了在某些特定情况下，通过巧妙利用硬件资源，可以克服技术限制，实现超出常规方法的高性能设计。 总结来说，这篇文章分享了一个在限制条件下，通过智能设计和利用微控制器的额外功能，用两个8位PWM模块构建16位DAC的实践案例，对于那些在类似环境下的工程师提供了有价值的参考。同时，这也强调了在设计过程中创新思维和对硬件理解的重要性。