芯耀
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我們通過仿真電路來模擬上一期介紹的開關(guān)電路，對實(shí)際設(shè)計(jì)有一定的參考意義。以下電路采用方波duty=50%為例，以不同的輸入端頻率進(jìn)行仿真測試。首先，Vcc=5V，R5、R6的取值遵循開關(guān)特性參數(shù)測試要求，此處輸出導(dǎo)通Vce約為0.2V，(Vol＜10%Vcc)，為方便觀察高電平交叉點(diǎn)，采用同相輸出接法。需要說明的是，本篇我們只考慮固定的R5、R6值，也就是確定的IF、IC電流，選定確定的Cton范圍130~260%；并且工作在相對理想的開關(guān)狀態(tài)。不同的IF、IC值對電路輸出的影響，將以后的資料中進(jìn)行交流。本文重點(diǎn)分享ton和toff的對傳輸帶寬的畸變過程。
一、輸入2.5kHz信號頻率時(shí)
綠色的ton、toff與輸入紅色信號相比，有明顯響應(yīng)斜率。圖二可以看到，此時(shí)ton、toff時(shí)間遠(yuǎn)小于PWM的脈寬時(shí)間300us。圖三圖四分別放大圖顯示，ton約為8.4us、toff約為6.1us。根據(jù)不同的設(shè)計(jì)需要，可以自行確定選擇在高頻或高傳輸速率有效電平脈寬實(shí)際值。由此可以推測出，輸入信號頻率是1kHz時(shí)，PWM脈寬為500us，得到的高電平輸出有效脈寬約為491.6us，低電平有效脈寬約為493.9us.接近于輸入方波，更低的輸入頻率意味著能獲得更高擬合度的輸出波形。
▲圖一、2.5kHz輸入?
▲圖二、2.5kHz輸入與輸出端ton,toff
▲圖三、2.5kHz輸出端ton
▲圖四、2.5kHz輸出端toff
二、把輸入信號頻率增加到25kHz
如下圖五圖六，此時(shí)的綠色輸出曲線，有明顯的上升和下降時(shí)間，ton、toff占據(jù)接近一半脈寬。因此，在25kHz輸入信號下，輸出端的響應(yīng)，可能影響數(shù)據(jù)信號的有效傳輸；在驅(qū)動(dòng)PWM的功率器件時(shí)出現(xiàn)過高的功耗；在調(diào)制信號出現(xiàn)如此畸變，輸出可能需要增加額外的整形電路，但依然存在一定的延時(shí)。可以預(yù)計(jì)，當(dāng)輸入頻率繼續(xù)增加時(shí)，在輸出端得到的波形將被ton、toff覆蓋更多有效脈寬。圖七和圖八顯示，ton和toff時(shí)間較2.5kHz時(shí)，沒有明顯改變。
▲圖五、25kHz輸入?
▲圖六、25kHz輸入與輸出端ton,toff
▲圖七、25kHz輸出端ton
▲圖八、25kHz輸出端toff
三、把輸入信號頻率增加到33kHz
如下圖九圖十，輸出端的波形較25kHz頻率時(shí)，有更嚴(yán)重的畸變，此時(shí)更不利于呈現(xiàn)輸入端的方波。如果繼續(xù)增加輸入端信號頻率同時(shí)改變輸出負(fù)載（此處為R6），波形便會逐漸變成ton和toff的最大時(shí)間斜率波形，直至輸出端的曲線變成鋸齒狀，此時(shí)為截止頻率fc=80kHz，超出fc頻率后，輸出逐漸趨近于直線，再無可調(diào)節(jié)的意義。不過，如果調(diào)節(jié)電路設(shè)置，在某些應(yīng)用中，依然能滿足特定的設(shè)計(jì)需求，但是可能會犧牲其它特性。
▲圖九、33kHz輸入?
▲圖十、33kHz輸入與輸出端ton,toff
▲圖十一、33kHz輸出端ton
▲圖十二、33kHz輸出端toff
四、下圖十三，是80kHz
的輸入與輸出波形，可以發(fā)現(xiàn)ton和toff的上升下降沿均被限制，不是原來的0.2V和5.0V峰谷電壓。變成了類似鋸齒波，Vp-p約3.9V。
▲圖十三、80kHz輸出端ton,toff
以上表格是不同頻率的輸入與輸出脈寬測試記錄，可見有效脈寬隨著頻率增加逐漸變小，或認(rèn)為有效電平占比變小。設(shè)計(jì)電路時(shí)，可能根據(jù)取舍參數(shù)確立不同不同IC、IF的電流。
綜上所述，根據(jù)不同頻率的設(shè)定來觀察輸出曲線的變化，可以得知，ton,toff是電路帶寬的極限，波形逐漸演變，變成無高低電平設(shè)計(jì)效果的三角波，最終將隨頻率的增加趨近于某個(gè)電平的直線，其參考價(jià)值可能在于PAC類產(chǎn)品。通過以上測試，有助于我們進(jìn)行開關(guān)信號的隔離傳輸設(shè)計(jì)，以滿足設(shè)計(jì)需求，達(dá)到高性價(jià)比的選擇。
