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數(shù)字環(huán)路與模擬環(huán)路在電源控制技術(shù)中的區(qū)別

來源：上海自動(dòng)化儀表有限公司作者：發(fā)表時(shí)間：2018-06-15 09:57:09【小中大】

     上海自動(dòng)化儀表股份有限公司研究人員聽說即在電源轉(zhuǎn)換器的輸出端，數(shù)字和模擬環(huán)路是相同的。索賠是這樣的：“使用數(shù)字電源控制技術(shù)的電源與最終用戶看起來與使用模擬電源控制技術(shù)的電源完全相同。”這讓我想起了關(guān)于戴維寧和諾頓等效電路的經(jīng)典采訪問題。它是這樣的：有兩個(gè)盒子，盒子A和盒子B，其中有以下電路：

方框A
方框A
 
BOX B
Box B
    你怎么能確定哪個(gè)是哪個(gè)？
 
    他們都輸出相同的電壓新手的原因。它們都具有相同的源阻抗。當(dāng)他們放棄時(shí)，你告訴他們其中一人消耗更多的能量并加熱。熱門的包含諾頓電路。
 
    我有另一個(gè)偉大的面試問題：
 
    有兩個(gè)盒子，盒子A和盒子B，其中有以下電路：
方框A
方框A
 Box B
Box B
    一個(gè)盒子有一個(gè)帶數(shù)字控制環(huán)路的電源轉(zhuǎn)換器，另一個(gè)盒子有一個(gè)帶有模擬控制環(huán)路的電源轉(zhuǎn)換器。它們都在所有頻率下輸出1V，具有相同的輸出阻抗，并且具有相同的瞬態(tài)特性。你如何確定哪個(gè)盒子是哪個(gè)？
 
    答案很簡(jiǎn)單，在每個(gè)盒子上放一個(gè)示波器并比較量化噪聲。
 
    數(shù)字控制環(huán)路使用ADC捕捉輸出電壓和/或電流，有限數(shù)學(xué)補(bǔ)償器和數(shù)字PWM。ADC，補(bǔ)償器和PWM都具有有限的分辨率。因此數(shù)字控制環(huán)路是一個(gè)采樣和量化的數(shù)據(jù)系統(tǒng)。模擬控制回路使用帶模擬補(bǔ)償器的斜坡和比較器，它也是一個(gè)采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)，但它不是量化系統(tǒng)。運(yùn)算放大器的噪聲只有非常低的水平。
 
    數(shù)字控制環(huán)路會(huì)產(chǎn)生量化噪聲，而模擬控制環(huán)路則不會(huì)，所以我們可以知道哪個(gè)盒子是哪個(gè)。
 
    例如，我使用相同的PWM時(shí)鐘速率，相同的輸出濾波器設(shè)計(jì)，相同的補(bǔ)償和相同的FET開關(guān)，比較了數(shù)字和模擬環(huán)路。這兩個(gè)環(huán)路的負(fù)載瞬變是相同的。
 
    在這里的范圍是你在100ms的數(shù)據(jù)中看到的。
 
  數(shù)字環(huán)路與模擬環(huán)路不同
    數(shù)字環(huán)路與模擬環(huán)路不同
    上面的跡線是模擬環(huán)路，下面的跡線是數(shù)字環(huán)路。您可以直觀地看到數(shù)字環(huán)路波形中間的較低頻率影響，還可以看到它在開關(guān)噪聲的峰值上。
 
    直方圖顯示電壓的概率分布：
 
  數(shù)字環(huán)路與模擬環(huán)路不同
   
    結(jié)果看起來很相似。但是，如果將低通濾波器應(yīng)用于波形，則可以看到很大的不同：
 
  數(shù)字環(huán)路與模擬環(huán)路不同
    模擬波形具有更緊密的分布。
 
    現(xiàn)在讓我們將數(shù)據(jù)放入電子表格并仔細(xì)觀察。我已經(jīng)規(guī)劃了直方圖并繪制了概率分布函數(shù)（PDF）。
 
 
數(shù)字環(huán)路與模擬環(huán)路不同
    由于使用相同的開關(guān)和輸出濾波器，兩個(gè)PDF非常相似，因?yàn)殚_關(guān)噪聲相似。但是，過濾的PDF顯示了分布的顯著差異。
 
    模擬環(huán)產(chǎn)生比數(shù)字環(huán)更緊密的分配，因?yàn)樗鼪]有量化噪聲。
 
    通過一些電子表格工作，未經(jīng)濾波的波形具有約-46dB的RMS噪聲。濾波后的波形具有約-60dB和-70dB的RMS噪聲。
 
    未經(jīng)過濾
 
    數(shù)字0.00496 -46.1DB
 
    模擬0.00450 -46.9DB
 
    過濾
 
    數(shù)字0.00093 -60.1DB
 
    類似物0.00028 -70.1DB
 
    低頻內(nèi)容的分布是不同的。模擬環(huán)路在低頻下具有10dB（3X）的低噪聲傳播。3倍較窄的PDF是您的眼睛在模擬環(huán)路波形中間暗帶中的示波器顯示中看到的。
 
    因此，就像戴維寧和諾頓等價(jià)物一樣，它們并不完全一樣。諾頓等價(jià)物產(chǎn)生熱量，數(shù)字環(huán)路產(chǎn)生更廣泛的噪音分布。
 
    所以下一次當(dāng)你在一個(gè)聰明的工程專業(yè)畢業(yè)生身上拋出Thevenin和Norton的等價(jià)物時(shí)，如果正確的答案從他們的口中得到了正確的回答，可以考慮向他們拋出這個(gè)問題，看看他們是怎么做的。