使用霍爾效應傳感器將 PWM 輸出轉(zhuǎn)換為模擬輸出

現(xiàn)在我們回顧了霍爾效應 IC 的 PWM 輸出如何工作，現(xiàn)在是時候簡要討論傳感器的模擬輸出如何工作了。其前提與具有 PWM 輸出的霍爾 IC 幾乎相同。輸出不是不斷切換輸出來生成信號，而是斷言與感測磁場成比例的模擬電壓。例如，當 PWM 占空比由于輸入場上升而增加時，模擬輸出將簡單地上升到更高的直流電壓，反之亦然。

在深入設計濾波器之前，步是快速查看 PWM 傳感器的輸出信號是什么樣的。PWM 波形基本上是一個方波，其頻率我們將定義為 fPWM，幅度為 0 V 表示邏輯低電平，VCC 表示邏輯高電平。從這里開始，我們將幅度稱為 VPWM 。信號高電平時間 tON 與周期 (TPWM = 1 / fPWM ) 的比率就是占空比 D。這些關(guān)系如圖 1 所示。

圖 1 基本 PWM 定義

圖 2 用于增加磁場的 PWM

圖 3 遞減磁場的 PWM

PWM 輸出霍爾 IC 的占空比與感測磁場成正比。隨著輸入字段強度的增加，D 也隨之增加（圖 2）。相反，隨著輸入字段減小，D 也減小（圖 3）。
模擬輸出傳感器的工作原理
現(xiàn)在我們回顧了霍爾效應 IC 的 PWM 輸出如何工作，現(xiàn)在是時候簡要討論傳感器的模擬輸出如何工作了。其前提與具有 PWM 輸出的霍爾 IC 幾乎相同。輸出不是不斷切換輸出來生成信號，而是斷言與感測磁場成比例的模擬電壓。例如，當 PWM 占空比由于輸入場上升而增加時，模擬輸出將簡單地上升到更高的直流電壓，反之亦然。
無源濾波器
現(xiàn)在我們進入該過程中有趣的部分，我們從 PWM 輸出信號創(chuàng)建模擬直流電壓。簡單的方法是使用無源低通濾波器。出于本指南的目的并為了簡單起見，重點將放在無源一階和二階低通濾波器上。無源濾波器可以通過電阻器和電容器非常簡單地實現(xiàn)。這里提出的概念可以應用于更的過濾器。
就本文檔而言，我們將重點分析和設計使用無源低通濾波器的電路，一階濾波器的衰減滾降因子為 –20 dB/十倍頻程，二階濾波器的衰減滾降因子為 –40 dB/十倍頻程。在某些情況下，一階濾波器可以正常工作。然而，某些應用程序可能需要更快的響應時間。在這些情況下，可能需要二階濾波器。由終用戶來評估過濾器成本和過濾器性能之間的權(quán)衡。可以通過簡單地級聯(lián)越來越多的級來增加濾波器的階數(shù)。濾波器每增加一階，滾降率就會陡峭地增加 –20 dB/十倍頻程。
有幾種方法可以計算濾波器對輸入信號的響應：時間分析和頻率分析。我更喜歡粗略的頻率分析，并將重點關(guān)注使用頻率分析技術(shù)來設計一階和二階低通濾波器。一般來說，在設計簡單濾波器時，大多數(shù)沒有電子背景的人比時域方法更了解頻率方法。