Este documento técnico describe un método simple para convertir una señal de salida PWM en una señal de salida analógica utilizando un sensor de efecto Hall o un sensor PWM. Este artículo explica cómo funciona la salida PWM del sensor, cómo funciona la salida analógica para el sensor y cómo usar filtros para construir un voltaje de CC analógico a partir de la señal de salida PWM.
Cómo funcionan los sensores de salida PWM
Antes de profundizar demasiado en el diseño del filtro, el primer paso es ver brevemente cómo se ve la señal de salida del sensor PWM. Una forma de onda PWM es esencialmente una onda cuadrada con una frecuencia definida como fPWM y una amplitud de 0 V para lógica baja y VCC para lógica alta. De ahora en adelante, la amplitud se denominará VPWM. La relación entre el tiempo alto tON de la señal y el período (TPWM = 1 / fPWM) es el ciclo de trabajo D. Estas relaciones se muestran en la Figura 1.
El ciclo de trabajo de la salida PWM Hall IC es proporcional al campo magnético detectado. A medida que aumenta la intensidad del campo de entrada, también lo hace D (Fig. 2). Por el contrario, a medida que disminuye el campo de entrada, también lo hace D (Figura 3).
Cómo funcionan los sensores de salida analógica
Ahora que hemos visto cómo funciona la salida PWM del IC de efecto Hall, analicemos brevemente cómo funciona la salida analógica del sensor. La premisa es casi la misma que para los circuitos integrados de sala de salida PWM. En lugar de cambiar constantemente la salida para generar una señal, la salida afirma un voltaje analógico proporcional al campo magnético detectado. Por ejemplo, si el ciclo de trabajo de PWM aumenta debido a un campo de entrada creciente, la salida analógica será simplemente un voltaje de CC más alto y viceversa a medida que el campo disminuya.
filtro pasivo
Ahora vayamos a la parte interesante del proceso de crear un voltaje de CC analógico a partir de la señal de salida PWM. La forma más sencilla de hacerlo es con un filtro de paso bajo pasivo. Para los propósitos y la simplicidad de esta guía, nos centraremos en los filtros pasivos de paso bajo de primer y segundo orden. Los filtros pasivos son muy fáciles de implementar utilizando resistencias y condensadores. Los conceptos presentados aquí se pueden aplicar a filtros más avanzados.
Este documento se centra en el análisis y diseño de circuitos que utilizan filtros pasivos de paso bajo con coeficientes de reducción de atenuación de –20 dB/década para el filtro de primer orden y –40 dB/década para el filtro de segundo orden. En algunos casos, los filtros de primer orden funcionan bien. Sin embargo, algunas aplicaciones pueden requerir tiempos de respuesta más rápidos. En tales casos, puede ser necesario un filtro de segundo orden. Depende del usuario final evaluar la compensación entre el costo del filtro y el rendimiento del filtro. El orden del filtro se puede aumentar simplemente conectando etapas en cascada. Cada pedido adicional del filtro aumenta aún más la tasa de atenuación en -20 dB/década.
Existen dos métodos para calcular la respuesta del filtro a la señal de entrada: análisis de tiempo y análisis de frecuencia. Prefiero el análisis de frecuencia para la parte posterior del sobre y me concentro en el uso de técnicas de análisis de frecuencia para diseñar filtros de paso bajo de primer y segundo orden. En general, la mayoría de las personas sin experiencia en electrónica entienden mejor el método de frecuencia que el método de dominio de tiempo al diseñar filtros simples.