直到我開始為音樂工作室設(shè)計一個效果器箱時，我才被迫首先涉足脈寬調(diào)制（PWM）應(yīng)用。盡管它可以在合成器中產(chǎn)生非常有趣的效果，但它還有許多其他用途，對于不是電子學專家的人來說可能并不明顯。

脈沖寬度調(diào)制也是控制電路和機電系統(tǒng)的核心部分。對于使用脈寬調(diào)制的各種系統(tǒng)，PCB設(shè)計人員在設(shè)計電路板時應(yīng)牢記一些設(shè)計技巧。

什么是脈寬調(diào)制？

術(shù)語脈沖寬度調(diào)制是指一種用于在保持總脈沖周期恒定的同時調(diào)整脈沖序列中數(shù)字脈沖的ON時間的方法。換句話說，調(diào)節(jié)脈沖序列中脈沖的接通時間，同時接通時間和斷開時間之和保持不變。隨著開啟時間的增加，關(guān)閉時間必須減少相同的數(shù)量，反之亦然。接通時間與接通時間與斷開時間之和的比率稱為占空比。

您可以使用555或7555定時器或微控制器來制作簡單的脈波調(diào)制發(fā)生器。您也可以使用不穩(wěn)定的多諧振蕩器或三角波發(fā)生器和比較器來生成PWM信號。您將需要調(diào)制壓敏電阻或輸入電壓，以控制脈寬調(diào)制信號的占空比。

脈寬調(diào)制應(yīng)用

具有脈沖寬度調(diào)制功能的一系列脈沖已在許多控制應(yīng)用中使用。功率電子和機電系統(tǒng)有兩個廣闊的脈寬調(diào)制應(yīng)用領(lǐng)域。脈沖寬度調(diào)制還用于電信中以傳輸串行數(shù)據(jù)，以及用于D類音頻放大器和減法合成器。

在電源領(lǐng)域，脈寬調(diào)制用于控制晶體管在開關(guān)調(diào)節(jié)器中的開關(guān)速率，作為調(diào)節(jié)反饋回路的一部分。脈沖寬度調(diào)制用于設(shè)置方波的占空比，此調(diào)制脈沖序列用于控制開關(guān)速率。這將使電源的輸出電壓升壓（升壓模式）或降壓（降壓模式）。

電子系統(tǒng)和電動機中用于熱調(diào)節(jié)的風扇還使用脈寬調(diào)制來控制其轉(zhuǎn)速以及加速或減速。在使用電動機時，您的脈沖寬度調(diào)制信號應(yīng)具有傾斜的上升時間，以防止電動機在驅(qū)動時發(fā)出喀噠聲。

帶有脈沖寬度調(diào)制的PCB的一些布局指南

設(shè)計用于脈沖寬度調(diào)制應(yīng)用的PCB時要注意的一個重要方面涉及串擾和輻射EMI。一些設(shè)計人員認為高速電路與信號從ON切換到OFF的速率有關(guān)。如果這是正確的，則意味著隨著占空比的變化，承載脈寬調(diào)制信號的走線和分量將從高速轉(zhuǎn)換為低速。不幸的是，這是不正確的。

高速數(shù)字信號是根據(jù)信號的上升時間而不是信號保持在ON或OFF狀態(tài)的時間量來分類的。脈沖寬度調(diào)制信號的上升時間不隨占空比變化，而是取決于系統(tǒng)中使用的邏輯系列。TTL邏輯系列被廣泛認為是高速信號系列，因此在布局電路板時，您需要牢記高速設(shè)計規(guī)則。

確保在整個電路板上終止走線或?qū)ψ杩惯M行控制，并嘗試使走線長度盡可能短，以避免在處理高頻信號和高速信號時出現(xiàn)傳輸線效應(yīng)。在不可避免地使用長傳輸線的情況下，您可能希望將低電平的跡線與載有脈沖寬度調(diào)制信號的跡線屏蔽開。或者，您可以在帶狀線配置的內(nèi)部層中路由敏感的數(shù)字信號。另一個選擇是將敏感的數(shù)字信號作為差分對進行路由。

由于使用脈寬調(diào)制的PCB可能還包含一些模擬元件（例如，電動機和功率逆變器），因此將模擬和數(shù)字組件分離到電路板的不同部分非常重要。數(shù)字組件相對不受低電流模擬信號引起的信號的影響，但事實并非如此。將電路板分為數(shù)字和模擬部分只是在這些系統(tǒng)中需要實現(xiàn)的一種混合信號設(shè)計技術(shù)。

解決PWM驅(qū)動電路中的EMI

如果您使用的是電動機或開關(guān)穩(wěn)壓器，請注意傳導或輻射的EMI，這會干擾附近的走線。當電源輸出高電流時，開關(guān)電源中的調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的EMI可能足以干擾附近的數(shù)字電路。用脈寬調(diào)制驅(qū)動的感應(yīng)電動機會通過傳導EMI進入附近的電路而引起共模噪聲，這可能會影響您的EMC等級。

要降低輻射的EMI，需要使用諸如屏蔽，保護走線或在EMI產(chǎn)生系統(tǒng)周圍簡單接地的技術(shù)，以防止輻射到達數(shù)字走線。也可以使用接地層而不是屏蔽罐來屏蔽輻射EMI源附近的走線。降低傳導EMI的一種簡單方法是在干擾器設(shè)備的輸出端子之間放置一個電容器。該電容器應(yīng)放置在盡可能靠近端子的位置。