PWM, PAM, generación de seno PCM y confusión de uso

4

Estoy confundido acerca de algo fundamental con respecto a PWM, PAM y PCM. Voy a usar la analogía del conductor de un hablante para explicar mi punto. Por lo que sé, los motores usan PWM para la entrada de energía, no sé si mi situación con el altavoz es diferente, pero ahí es donde comenzó todo.

Por lo que sé, algunos DAC's convierten la señal digital en analógica utilizando PCM. Por lo tanto, tiene pulsos que varían en amplitud y se utilizan como portadores para representar una señal cuantificada (Fig. 1). Esa señal pasa luego a través de un filtro de paso bajo para interpolar los pulsos discretos y deshacerse de la portadora de alta frecuencia. Alimentamos la señal reconstruida en el altavoz y obtenemos un audio claro.

Figure1

LuegotenemosPWMconciclodetrabajovariable(Fig.2).AsumamosqueesVhighes1VyVlowes-1V.Alvariarelanchodepulsoenunciertoorden,podemosobtenerlaseñaldeseada(unasinusoidalenestecaso),yaquepodemoscalcularelvoltajepromediodecadaciclo:Vavg=D*Vhigh+(1-D)*Vlow,dondeDeselciclodetrabajo.Elresultadoesunaondasinusoidalentrecortadapero,sinembargo,unaondasinusoidal.

                                          Figure 2

Ahora, aquí es donde me estoy confundiendo, suena como una paradoja para mí. Si envié una señal PWM de la Figura 2 al altavoz, ¿qué pasaría? ¿Escucharía un tono sinusoidal o el parpadeo del altavoz como si estuviera siendo empujado de un lado a otro? Entiendo que el voltaje promedio llega a una onda sinusoidal, pero si conecto un osciloscopio a la salida de la señal vería un PWM, entonces ¿qué resultado obtendría sin ningún tipo de filtrado o interpolación?

Algo similar con PAM, si tenemos un ciclo de trabajo del 50% y pulsos de PAM en una secuencia de una onda sinusoidal, ¿qué emitiría el altavoz, un tono o un ruido de estallido?

    
pregunta Hypomania

2 respuestas

7
  

¿Escucharía un tono sinusoidal o el parpadeo del altavoz como si estuviera siendo   empujado hacia adelante y hacia atrás?

Normalmente, para el audio, la frecuencia PWM es sustancialmente superior a 20 kHz (y generalmente superior a 100 kHz), por lo que el altavoz (si está conectado directamente a la señal PWM) reconstruiría el audio en el cono porque tiene masa y no puede mover el cono a la velocidad de PWM. En otras palabras, el hablante actúa como un filtro de paso bajo. Sin embargo, la frecuencia de PWM todavía puede producir movimientos de cono que pueden molestar a los murciélagos / animales pero un humano no escucharía esto.

Pero, se perderá energía en el altavoz debido a que se está aplicando la señal bruta y esto puede no ser despreciable por lo tanto, se elige un filtro de paso bajo de inductor / capacitor que elimine el contenido de la "portadora" de PWM.

Lo mismo se aplica a un motor: un motor no suele ser tan "ágil" como un altavoz y puede ser operado a una frecuencia PWM en el rango bajo de kHz, pero aún puede presentar un problema de sobrecalentamiento cuando está conectado a la señal PWM "en bruto", por lo que a veces se emplea un filtrado de paso bajo extra.

  

Algo similar con PAM / PCM, si tenemos un ciclo de trabajo del 50% y pulsos PAM en un   secuencia de una onda sinusoidal, ¿cuál sería la salida del altavoz, un tono o un   haciendo estallar el ruido?

Una vez más, la respuesta es similar; el "ruido digital" es casi seguro a una frecuencia mucho mayor que la del audio, por lo que es posible que se requiera cierto filtrado, pero no afectará la calidad del sonido o el sonido producido si la frecuencia PCM es lo suficientemente alta.

    
respondido por el Andy aka
4

Su Figura 2 debe estar asumiendo algún tipo de filtrado: en algún lugar del sistema hay un filtro de paso bajo analógico que toma el PWM y lo convierte en un resultado más sinusoidal.

Sin embargo, ese filtro no necesita ser un componente explícito del sistema. Tanto los parlantes como los motores eléctricos tienen una inductancia (y una inercia mecánica que básicamente aumenta la inductancia) que actúa como un filtro. El costo de hacer esto directamente es que habrá vibraciones (por lo tanto, ruido acústico y energía desperdiciada) en la frecuencia PWM. En un controlador de motor, esto se toma a menudo como un efecto secundario aceptable; en un sistema de altavoces, debe usar un filtro separado o asegurarse de que la frecuencia PWM y, por lo tanto, el ruido sea ultrasónico, o ambos.

    
respondido por el Kevin Reid

Lea otras preguntas en las etiquetas