什么是脈沖頻率調(diào)制？

與其常見的 PWM 類似，脈沖頻率調(diào)制 技術(shù)主要用于將一系列信號(hào)（稱為模擬值）轉(zhuǎn)換為變化的數(shù)字測(cè)量值，即使是基本的離散計(jì)算機(jī)也可以捕獲這些測(cè)量值。這樣，微控制器和工業(yè)控制器（如 PLC）就可以使用它，并且仍然可以輕松適應(yīng)更先進(jìn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)。

PWM 與 PFM 的比較

PFM 與 PWM 在低范圍和高范圍信號(hào)中的比較。請(qǐng)注意，頂部的 PWM 是固定頻率、變化寬度百分比，底部的 PFM 是固定寬度百分比，但頻率變化。

PFM 與 PWM 有何不同？

PWM 和 PFM 之間的主要區(qū)別在于，PWM 的脈沖寬度以固定頻率變化，因此必須保留一個(gè)定時(shí)器 來測(cè)量脈沖“開啟”時(shí)間的持續(xù)時(shí)間，從而得出“占空比”百分比，相當(dāng)于全壓模擬信號(hào)的 0-100%。由于信號(hào)的頻率不變，只有“開啟”時(shí)間的持續(xù)時(shí)間會(huì)發(fā)生變化，因此我們無需計(jì)算一秒鐘內(nèi)的周期數(shù)，因?yàn)樗枪潭ǖ摹?/p>

相比之下，PFM 概念會(huì)改變信號(hào)的頻率，但每個(gè)脈沖保持相同的關(guān)閉和開啟時(shí)間。這種相同的開啟/關(guān)閉脈沖稱為方波脈沖，因此我們無需測(cè)量每個(gè)脈沖的持續(xù)時(shí)間。有兩種方法可以測(cè)量 PFM 信號(hào)，這為用例和控制理論提供了一些多樣性。

測(cè)量總脈沖寬度

首先，可以使用計(jì)時(shí)器來測(cè)量脈沖的總持續(xù)時(shí)間，然后以典型的電子數(shù)學(xué)方式，該脈沖時(shí)間的倒數(shù)可用于計(jì)算頻率。

測(cè)量固定時(shí)間內(nèi)的脈沖計(jì)數(shù)

如果使用計(jì)時(shí)器測(cè)量每個(gè)脈沖不切實(shí)際或不可能，則可以使用計(jì)數(shù)器來測(cè)量上升或下降時(shí)間。計(jì)數(shù)器將短時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)相加，以提供當(dāng)前頻率的快照。

這兩種策略（脈沖時(shí)間和脈沖計(jì)數(shù)）都依賴于已知的和頻率，這些頻率與滿量程真實(shí)值的 0% 和 100% 相關(guān)。頻率不得高于硬件計(jì)數(shù)器能夠檢測(cè)到的頻率。

PFM 應(yīng)用于哪些領(lǐng)域？

使用 PFM 的主要缺點(diǎn)之一是會(huì)干擾附近的應(yīng)用，因?yàn)轭l率會(huì)在一定范圍內(nèi)變化。另一方面，PWM 是固定頻率的脈沖，因此可以優(yōu)化 Hz 以消除對(duì)附近傳輸或控制設(shè)備的干擾。

因此，與 PWM 相比，PFM 的應(yīng)用數(shù)量很少，但有兩種主要應(yīng)用占據(jù)了其主導(dǎo)地位。

PCB 上的環(huán)形電感器和鐵氧體磁芯電感器

當(dāng)環(huán)形電感和鐵氧體磁芯電感在輕負(fù)載下以極低的 PWM 占空比使用時(shí)，它們會(huì)降低電源效率，轉(zhuǎn)而利用 PFM 脈沖。

電源

首先，開關(guān)電源依靠脈沖直流輸出，根據(jù)負(fù)載情況改變輸出到負(fù)載的功率。這樣，重負(fù)載可以根據(jù)需要獲得更恒定的能源供應(yīng)，而輕負(fù)載可以消耗更少的電源功率，從而實(shí)現(xiàn)更高效的供電。

然而，當(dāng)?shù)湫偷?PWM 提供給輕負(fù)載時(shí)，脈沖的“關(guān)閉”時(shí)間非常長，因此供電電感能夠完全放電，供電電容也可以放電，從而降低效率，因?yàn)楸仨氃谙蜇?fù)載供電之前對(duì)其進(jìn)行充電。為了防止出現(xiàn)此問題，PFM 模型使用具有相等開/關(guān)時(shí)間的方波，因此電感永遠(yuǎn)無法放電，并且電流供應(yīng)是連續(xù)的。

PFM 傳感器

有多家公司開發(fā)了仍然使用數(shù)字特性的模擬等效測(cè)量系統(tǒng)。使用 PFM 和計(jì)數(shù)邊沿轉(zhuǎn)換所消耗的專用處理能力遠(yuǎn)低于運(yùn)行連續(xù)定時(shí)器任務(wù)（PWM 所需的能力）。

PFM 轉(zhuǎn)換器模塊示例

在現(xiàn)代系統(tǒng)中，由于純模擬和 IO-Link 等協(xié)議的多樣性，PFM 并不被視為模擬信號(hào)問題的常見解決方案，但一些應(yīng)用（例如 Banner Engineering 的 S15C 系統(tǒng)）提供了一種在純模擬信號(hào)和離散開關(guān)輸出之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的方法，用于與純數(shù)字控制器接口。

PFM 有多常見？

再次強(qiáng)調(diào)，這種信號(hào)切換方法可能不是一種非常常見的脈沖序列方法。PWM 和 PFM 之間的相似之處可能令人困惑，但了解差異有助于理解為什么 PWM 在整個(gè)行業(yè)的幾個(gè)關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域得到利用。