几乎没有纹波的快速稳定同步PWM-DAC滤波器

一种实现高分辨率数模转换的廉价方法是把微控制器PWM输出与精确模拟电压参考、CMOS开关、模拟滤波结合起来（参考文献1）。然而，PWM-DAC设计带来了一个很大的问题：如何充分抑制开关的输出中不可避免的较大纹波分量|0">AC纹波分量？当人们为DAC控制使用典型的16比特微控制器PWM外设时，纹波问题变得特别严重。这类高分辨率PWM功能通常具有很长的周期，这是因为16比特计时器和比较器较大的216倒计数模。这个情况导致AC频率分量仅为100Hz或200Hz，速率低。对于这类低纹波频率，如果人们采用普通的模拟低通滤波把纹波抑制在16比特，即-96dB噪声电平，那么DAC稳定时间就可能变为一整秒或更长。

图1中的电路避免了低通滤波的多数问题，这是由于它在反馈环路中结合了差分积分器A1和采样与保持放大器A2，该环路与图2中的PWM周期T2同步工作。如果使积分器时间常量等于PWM周期时间，即R1×C1=T2，并且如果采样电容C2等于保持电容C3，则滤波器就能恰好在一个PWM周期时间内获取并稳定在某个新DAC值。虽然这个方法几乎未使得到的DAC严格地算"高速"，但0.01s稳定时间仍比1s稳定时间好100倍。稳定时间的这种改善没有对纹波衰减产生不利影响，这与速度一样重要。同步滤波器的纹波抑制在理论上是无限的，实践中的唯一限制就是从S2进入C3的非零电荷注入。选择低注入电荷开关作为S2，并选择大约1mF电容作为C3，就很容易带来微伏级的纹波振幅。

可选的反馈分压器R2/R3借助公共电压参考，在DAC输出范围方面提供了灵活性。例如，如果R2=R3，则5V参考将带来0V~10V输出范围。这种范围调整方法的一个额外优点是，输出纹波独立于参考放大。

参考文献
1. Woodward, Steve, "Combine two 8-bit outputs to make one 16-bit DAC," EDN, Sept30, 2004, pg85.