什么是PWM?
脈寬調(diào)制(PWM)的定義:根據(jù)載波調(diào)制信號改變脈沖載波的脈沖寬度的調(diào)制技術(shù)被稱為脈沖寬度調(diào)制(PWM)。也稱為脈沖持續(xù)時間調(diào)制(PDM)。
脈沖幅度調(diào)制的定義
在脈沖幅度調(diào)制(PAM)技術(shù)中,脈沖載波的幅度變化,該幅度與消息信號的瞬時幅度成比例。
脈沖幅度調(diào)制信號將跟隨原始信號的幅度,因為該信號會跟蹤整個波的路徑。在自然PAM中,通過以精確截止頻率傳遞有效的低通濾波器(LPF),可以重構(gòu)以奈奎斯特速率采樣的信號。
在脈沖持續(xù)時間調(diào)制(PDM)中,脈沖的幅度保持恒定,并且僅注意到寬度的變化。由于信息成分存在于脈沖的寬度中。因此,在信號傳輸期間,信號經(jīng)歷脈沖寬度調(diào)制。由于振幅特性恒定,因此它受到噪聲的影響較小。但是,在傳輸通道中,噪聲本質(zhì)上是累加的,因此會引起幅度的某些變化。但是,通過使用限幅器電路,這在接收器上是完全容易移除的。
由于脈沖的寬度包含信息。因此,噪聲因子不會引起太多的信號失真。因此,PWM系統(tǒng)對噪聲的抗擾性優(yōu)于PAM系統(tǒng)。
產(chǎn)生PWM信號波形表示
下圖顯示了脈沖寬度調(diào)制的過程。通常稱為PWM生成的間接方法。
消息信號和載波波形被饋送到生成PAM信號的調(diào)制器。該脈沖幅度調(diào)制信號被饋送到比較器的同相端。
鋸齒波發(fā)生器產(chǎn)生的斜坡信號被饋送到比較器的反相端。
將這兩個信號相加并與比較器電路的參考電壓進行比較。這樣調(diào)節(jié)比較器的電平,以使基準(zhǔn)與波形的斜率相交。
PWM脈沖從斜坡信號的上升沿開始,并且脈沖的寬度由比較器電路確定。
PWM信號的寬度與比較器電平成比例,與斜坡信號的省略部分成正比。
下圖將幫助您更好地理解比較器如何產(chǎn)生PWM信號:
在此,第一張圖像(a)顯示了正弦調(diào)制信號的波形,第二張圖像(b)顯示了脈沖載波。調(diào)制后,將生成PAM信號,如(c)所示。當(dāng)該PAM信號加上(d)中所示的斜坡信號時,將其與圖(e)中所示的比較器的參考電壓進行比較。
最后,圖(f)顯示了PWM信號。
我們已經(jīng)提到過,脈沖的寬度直接取決于比較器電平以上的波形部分。
這就是產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號的方式。
檢測PWM信號
下圖顯示了PWM檢測電路,該電路提供來自已調(diào)制信號的原始消息信號。
眾所周知,在信號傳輸過程中,一些噪聲會添加到PWM信號中。因此,首先要消除在發(fā)射信號中引入的噪聲,將輸入信號饋送到脈沖發(fā)生器。這將重新生成PWM信號。
然后,將這個再生的PWM脈沖提供給參考脈沖發(fā)生器,該參考脈沖發(fā)生器將產(chǎn)生具有恒定振幅和恒定寬度的脈沖。
再生的脈沖也被提供給斜坡信號發(fā)生器,后者產(chǎn)生恒定斜率的斜坡信號,其持續(xù)時間類似于脈沖持續(xù)時間。因此,我們具有與PWM脈沖寬度成比例的斜坡信號高度。
然后將恒定幅度脈沖提供給求和單元,以便與斜坡信號相加。然后將相加后的輸出饋送到限幅器,限幅器將信號限幅至其閾值,從而在其輸出端生成PAM信號。
然后將此PAM信號提供給LPF,以便從已調(diào)制信號中生成原始消息信號。
下圖將為您提供PWM檢測過程的波形表示。
第一個圖像(i)顯示了扭曲的PWM波,下一個圖像(ii)顯示了再生的PWM脈沖。
斜坡發(fā)生器的操作在(iii)中顯示,而(iv)顯示了參考脈沖發(fā)生器的輸出。(v)中示出了求和操作和截斷信號。
PWM波形的頻譜
PWM信號的頻譜如下所示
在此,調(diào)制信號是具有頻率f?m的正弦信號。因此,所表示的頻譜顯示了調(diào)制頻率fm以及幾個邊帶。
噪聲對脈沖Duartion調(diào)制的影響
正如我們已經(jīng)討論的那樣,信息內(nèi)容存在于脈沖的寬度中,而不存在于振幅中。我們還知道,噪聲會隨脈沖信號的幅度而增加,從而引起一定的變化。
因此,原始信息在傳輸期間不會受到噪聲的影響。從而顯示出抗噪聲影響的能力。
脈寬調(diào)制的優(yōu)點
- 與PAM相比,它更不受通道噪聲的影響。
- 由于噪聲增加了幅度,因此從失真的PWM信號重構(gòu)PWM信號有些容易。
- 傳輸和接收不需要同步。
脈寬調(diào)制的缺點
- 由于脈沖寬度的變化,還注意到發(fā)射功率的變化。
- PWM時的帶寬要求比PAM稍大。
脈寬調(diào)制的應(yīng)用
它用于電信,光的亮度控制或風(fēng)扇的速度控制等。
下圖說明了脈沖幅度調(diào)制。
盡管PAM信號通過LPF,但無法恢復(fù)信號而不會失真。因此,為避免這種噪聲,請使用平頂采樣。下圖顯示了平頂PAM信號。
平頂采樣是這樣的過程,在該過程中,可以以脈沖表示采樣信號,對于該脈沖,不能相對于要采樣的模擬信號改變信號的幅度。振幅的頂部保持平坦。該過程簡化了電路設(shè)計。
脈沖寬度調(diào)制
在脈沖寬度調(diào)制(PWM)或脈沖持續(xù)時間調(diào)制(PDM)或脈沖時間調(diào)制(PTM)技術(shù)中,脈沖載波的寬度或持續(xù)時間或時間會變化,與消息信號的瞬時幅度成正比。
脈沖的寬度以這種方法變化,但是信號的幅度保持恒定。幅度限制器用于使信號的幅度恒定。這些電路將幅度鉗位到期望的水平,因此噪聲受到限制。
下圖說明了脈沖寬度調(diào)制的類型。
PWM有三種類型。
- 脈沖的上升沿是恒定的,下降沿根據(jù)消息信號而變化。在上圖中,這種類型的PWM的波形表示為(a)。
- 脈沖的后沿是恒定的,上升沿根據(jù)消息信號而變化。在上圖中,這種類型的PWM的波形表示為(b)。
- 脈沖的中心是恒定的,上升沿和下降沿根據(jù)消息信號而變化。上圖所示的(c)表示這種類型的PWM的波形。
脈沖位置調(diào)制 PPM是什么?
脈沖位置調(diào)制(PPM)是一種模擬調(diào)制方案,其中,脈沖的幅度和寬度保持恒定,而每個脈沖的位置(相對于參考脈沖的位置)根據(jù)其瞬時采樣值而變化。消息信號。
發(fā)送器必須發(fā)送同步脈沖(或簡單地說是同步脈沖),以使發(fā)送器和接收器保持同步。這些同步脈沖有助于保持脈沖的位置。下圖說明了脈沖位置調(diào)制。
根據(jù)脈沖寬度調(diào)制信號完成脈沖位置調(diào)制。脈沖寬度調(diào)制信號的每個后沿都成為PPM信號中脈沖的起點。因此,這些脈沖的位置與PWM脈沖的寬度成比例。
優(yōu)勢
由于幅度和寬度恒定,因此處理的功率也恒定。
壞處
發(fā)送器和接收器之間的同步是必須的。
PAM,PWM和PPM之間的區(qū)別
下表介紹了三種調(diào)制技術(shù)之間的區(qū)別。
?PAM | PWM | PPM |
---|---|---|
幅度變化 | 寬度變化 | 位置變化 |
帶寬取決于脈沖寬度 | 帶寬取決于脈沖的上升時間 | 帶寬取決于脈沖的上升時間 |
瞬時發(fā)射器功率隨脈沖幅度而變化 | 瞬時發(fā)射器功率隨脈沖的幅度和寬度而變化 | 瞬時發(fā)射器功率隨脈沖寬度保持恒定 |
系統(tǒng)復(fù)雜度高 | 系統(tǒng)復(fù)雜度低 | 系統(tǒng)復(fù)雜度低 |
噪音干擾高 | 噪音干擾低 | 噪音干擾低 |
類似于調(diào)幅 | 類似于調(diào)頻 | 類似于相位調(diào)制 |