使用PWM 控制数字CPLD 的模拟输出

Altera® MAX® IIZ CPLD 虽然是数字可编程逻辑器件，但通用性很强，足以控制模拟系统。本白皮书介绍怎样单独使用MAX IIZ CPLD 或者结合少量无源器件，替代数模转换器，驱动音频扬声器，控制LED 亮度、电机速度以及饲服电机位置等。白皮书还将介绍脉冲宽度调制(PWM) 技术，以及怎样在MAX IIZ CPLD 中高效实现并使用PWM。
白皮书

使用 PWM 控制数字 CPLD 的模拟输出

Altera MAX IIZ CPLD 虽然是数字可编程逻辑器件，但通用性很强，足以控制模拟系统。本白皮书介绍怎
样单独使用 MAX IIZ CPLD 或者结合少量无源器件，替代数模转换器，驱动音频扬声器，控制 LED 亮度、
电机速度以及饲服电机位置等。白皮书还将介绍脉冲宽度调制 (PWM) 技术，以及怎样在 MAX IIZ CPLD 中
高效实现并使用 PWM。

引言
脉冲宽度调制器 (PWM) 是从数字元件中产生模拟输出的常用方法。 PWM 替代数模转换器 (DAC)，产生与
数字输入成比例的模拟电压或者电流。正如其名称所示， PWM 产生一串恒压或者恒流数字脉冲，脉冲宽
度或者占空比与需要的模拟强度成正比。调制后的脉冲串可以通过低通滤波器，转换为模拟电压，但是一
般不需要这样做。

图 1 是典型的模拟信号和数字 PWM 表示。一般而言，模拟信号有最大振幅、最小振幅，以及期间的连续
电平。而 PWM 只有两个电平：最大和最小。

图 1. 模拟信号和等价的脉冲宽度调制




在将模拟信号转换为数字信号时，首先以载波频率对模拟信号进行采样。在一定采样周期下，模拟信号下
的面积等于 PWM 脉冲下的面积。 PWM 的关键原理是最大振幅时的短脉冲所含有的能量等于小振幅时连续
模拟信号的能量。这一简单的公式决定了 PWM 电路所需要的采样频率：
F SAMPLE = 2