使用霍爾效應(yīng)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(yīng) IC 的 PWM 輸出如何工作，現(xiàn)在是時(shí)候簡(jiǎn)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(hào)，而是斷言與感測(cè)磁場(chǎng)成比例的模擬電壓。例如，當(dāng) PWM 占空比由于輸入場(chǎng)上升而增加時(shí)，模擬輸出將簡(jiǎn)單地上升到更高的直流電壓，反之亦然。

在深入設(shè)計(jì)濾波器之前，步是快速查看 PWM 傳感器的輸出信號(hào)是什么樣的。PWM 波形基本上是一個(gè)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(hào)高電平時(shí)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(chǎng)的 PWM

圖 3 遞減磁場(chǎng)的 PWM

PWM 輸出霍爾 IC 的占空比與感測(cè)磁場(chǎng)成正比。隨著輸入字段強(qiáng)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?。▓D 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(yīng) IC 的 PWM 輸出如何工作，現(xiàn)在是時(shí)候簡(jiǎn)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(hào)，而是斷言與感測(cè)磁場(chǎng)成比例的模擬電壓。例如，當(dāng) PWM 占空比由于輸入場(chǎng)上升而增加時(shí)，模擬輸出將簡(jiǎn)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(jìn)入該過程中有趣的部分，我們從 PWM 輸出信號(hào)創(chuàng)建模擬直流電壓。簡(jiǎn)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(jiǎn)單起見，重點(diǎn)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(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)。這里提出的概念可以應(yīng)用于更的過濾器。
就本文檔而言，我們將重點(diǎn)分析和設(shè)計(jì)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(yīng)用程序可能需要更快的響應(yīng)時(shí)間。在這些情況下，可能需要二階濾波器。由終用戶來評(píng)估過濾器成本和過濾器性能之間的權(quán)衡?？梢酝ㄟ^簡(jiǎn)單地級(jí)聯(lián)越來越多的級(jí)來增加濾波器的階數(shù)。濾波器每增加一階，滾降率就會(huì)陡峭地增加 –20 dB/十倍頻程。
有幾種方法可以計(jì)算濾波器對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)：時(shí)間分析和頻率分析。我更喜歡粗略的頻率分析，并將重點(diǎn)關(guān)注使用頻率分析技術(shù)來設(shè)計(jì)一階和二階低通濾波器。一般來說，在設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單濾波器時(shí)，大多數(shù)沒有電子背景的人比時(shí)域方法更了解頻率方法。