每个PWM DAC都需要进行模拟滤波，以将所需的直流分量与不期望的交流纹波分开。最简单的滤波器是单级RC低通滤波器。对于50%占空比的最坏情况，它给出了约Tpwm/4RC的Vrpp(纹波峰峰值振幅，以满量程的分数表示)，其中Tpwm=PWM周期。显然，通过使RC足够长(例如，对于Vrpp=1/28=一个8位LSB，RC=64Tpwm)，可以实现任何所需程度的纹波衰减，但DAC响应时间将相应受到影响。
例如，对于8位的情况，响应时间≈64ln(28)Tpwm=355Tpwm。
两级级联RC滤波器(图1)可实现更好性能(参见图2中的41Tpwm稳定)，因为可以通过更短的RC时间常数实现所需的纹波衰减——例如，图1中的702µs，与之相比，单级RC则需要16ms。
图1：两级无源RC滤波器，其值针对8位及256µs Tpwm给定。
图2：两级RC 8位、1LSB、0.004峰峰值纹波，以及41Tpwm稳定时间。
但是，如果41Tpwm仍然不够快怎么办？我们可以做什么？
当然，可以将RC常数减少，如图3所示，其RC为500µs，因此得到30Tpwm稳定时间。但是现在纹波膨胀到了1/128=2LSB，这就可能不可接受了。
图3：减少RC可实现更快的30Tpwm稳定，但纹波增加了一倍。
建议的解决方案是仔细检查纹波波形及其与原始PWM的相位关系，如图4所示。
图4：半正弦纹波与PWM信号异相约180°。
无源滤波器的每个RC级除了使纹波衰减外，还会使其相移约-90°。这会导致最终纹波信号产生半个周期延迟，因此相对于原始PWM发生反相，这就使简单的无源求和等同于减法。相应的电路如图5所示。
图5：通过模拟减法而不用反相器消除纹波的电路。
R3-R4分压器将1LSB振幅PWM分量相加，将净输出纹波分量从2LSB减少约50%至1LSB，与图1所实现的衰减相同。所生成的输出信号——与图4中的30Tpwm稳定时间相同——如图6所示。
图6：无源PWM减法后的净纹波和稳定。
尽管本文的主题是在不使用有源反相器的情况下减少纹波，但仍然很想将上述结果与替代方案进行比较(如图7和图8所示)。在不影响1LSB Vrpp的情况下，其大约25Tpwm的稳定速度是图1原始双RC 41Tpwm速度的两倍。
图7：使用有源反相器的纹波滤波器电路。
图8：使用有源反相器消除纹波。
图9：无源纹波减法也可以通过(稍微)更简单的电路来完成。
图10：图9电路的性能实际上与图5相同。
（原文刊登于EDN美国版，参考链接：Cancel PWM DAC ripple with analog subtraction but no inverter，由Franklin Zhao编译。）
本文为《电子技术设计》2023年4月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里。
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