關于交換位技術如何改進FPGA-PWM計數器性能

簡單改變FPGA計數器規格使作為DAC功能PWM計數器的紋波降低。當需要一些模擬輸出和系統中有FPGA時，很可能選擇使用如圖1的PWM模塊和簡單低通濾波器。FPGA的輸出是固定頻率、計數器和數字比較器使占空比可變的典型波形(表1)。

圖1　PWM模塊和簡單低通濾波器

表1 FPGA的輸出的典型波形

假設高信號使能，計數器每個時鐘周期進行計數，PWM輸出的頻率為時鐘頻率的2次冪分頻。通過連接前置比例器，使用使能來降低輸出頻率。由于輸出頻率固定，濾波器容易計算。已知占空比50%時，出現最壞的紋波。最大紋波和上升時間的限制結合決定濾波器類型和RC(電阻/電容)值。

對表1中編碼進行非小改動，能夠改進PWM電路的性能。但在原先系統中，最大紋波電流發生在50%占空比時，最小紋波電流發生在最小占空比時，改進的版本顯示最大紋波等于標準版的最小值。關鍵是產生最高頻率的可能性，還能保持平均的占空比常數。輸出脈沖頻率越高，濾波器性能越好。從左到右交換所有位來修改由重編二進制比較器組成表1。MSB(最高有效位)變成LSB(最低有效位)，LSB變成MSB，等等(表2)。只需重編位，而不需額外寄存器或邏輯單元。

表2 FPGA-PWM重編二進制比較器

表3顯示了4位PWM發出的脈沖序列。表3中，可以看到50%占空比時(第二列，值為8)，頻率最大，為時鐘頻率的2分頻。在第一個紋波出現點(第二列，值為1)，傳統PWM系統中有同樣的紋波，也就是說，脈沖序列是相同的。

表3　4位PWM發出的脈沖序列