中低頻信號的檢測一般是將微弱信號經過放大、整流、濾波后變為直流信號，然后通過A/D轉換為數字信號，最后輸入處理器進行處理。

    而在工業生產、檢測控制以及醫療設備等具有強干擾的場合，一些現場檢測信號特別是中低頻信號在傳輸時會受到嚴重的干擾。為克服這種干擾，現有的處理方法有：(1)中低頻信號由A/D轉換器轉換后直接進行數字處理。但如有多路信號檢測時，A/D轉換器和計算機的速度都要求較高，難以達到；(2)中低頻信號精密全波整流后，直接進行傳輸。但在檢測小信號時，會受到較大的影響；(3)中低頻信號精密全波整流后，將其進行V/F轉換，變為頻率信號傳送。但在變為某一頻率信號時，也會受到較大的干擾。本文設計的基于PWM的強抗干擾A/D轉換電路不僅可以提高小信號時的抗干擾能力，還可以有效避免某些特定頻率對信號的干擾。
1 A/D轉換的性能
    目前電壓的檢測方法大多使用A/D芯片，但如果測量系統工作在強磁場等條件比較惡劣的環境中，并采用一般的A/D芯片，則其轉換精度和轉換時間都會受到限制。另外其參考電壓會因供電電源不穩定或外界干擾產生波動，抗干擾性能較差，將影響測量結果。
    A/D轉換器在將各物理量轉換成數字量時，會遇到被測信號小而干擾噪聲強的情況，其干擾來自設備預熱、溫度變化、接觸電阻、引線電感、接地及前級電路或電源。進入A/D轉換器的干擾，按傳導方式可分為：串模干擾和共模干擾。
    幾種A/D轉換方式的適用范圍：
    (1)并聯比較型：適用于轉換速度很高的場合，但其抗干擾能力較差且成本最高。
    (2)逐次逼近型：適用于對速度要求不高的系統。
    (3)雙積分型：適用于對直流信號或慢變化信號的轉變及對抗干擾能力要求高的場合。但其轉換的速度不高，使用范圍受到限制。
    (4)跟蹤比較型：適用于要求信號比較平穩、較少突變、即轉換速度低[1]的場合。
    A/D轉換性能參數一般有轉換位數和精度、轉換響應時間等，通過對A/D轉換芯片和使用PWM調制方法實現A/D轉換的比較，可說明采用PWM的A/D轉換方法具有如下優點：
    (1)A/D轉換位數和精度。A/D轉換器的轉換精度主要包含數據采集系統的靜態精度和量化誤差。靜態精度要考慮輸入信號的原始誤差傳遞到輸出所產生的誤差，它是模擬信號數字化時產生誤差的主要部分。量化誤差與A/D轉換器位數有關，一般把8 bit以下的A/D轉換器歸為低分辨率A/D轉換器，9~12 bit的稱為中分辨率轉換器，13 bit以上的稱為高分辨率轉換器。10 bit以下A/D芯片誤差較大，而11 bit以上對減小誤差并無太大貢獻(11 bit A/D轉換器的量化精度為0.05%)。而如果使用PWM進行A/D轉換，其轉換精度只與PWM信號的周期以及微處理器的時鐘頻率有關。另外使用PWM進行A/D轉換時，比較器可以識別的小電壓可以達到10 ?滋V，而輸入電壓大都是數伏，由此可見，比較過程中產生的誤差極小[2]。
    (2)響應時間。A/D轉換器的響應時間為毫秒級或者微秒級，只有流水線型A/D轉換器才能做到100 ns。而如果使用PWM進行A/D轉換，比較器的響應時間為ns級。
    (3)產生和傳送PWM信號的電路結構簡單，使用方便。由于PWM代表信號大小的是脈沖寬度而不是幅度，信號始終保持數字形式（只有高低電平兩種形式），所以對加性干擾不明顯，極大地提高了信號傳輸過程中的抗干擾能力；經過PWM調制的信號可直接送入單片機，不用經過A/D轉換[3]。
    (4)A/D轉換器的轉換精度與其轉換速率是一對基本的矛盾，而使用PWM進行A/D轉換則不存在這個問題[4]。
    (5)PWM的價格優勢是A/D轉換器無法比擬的。
2 PWM調制原理
2.1 A/D轉換輸出PWM信號原理
    PWM信號是周期（T）固定、占空比變化的數字信號。系統使用三角波與經處理的輸入信號進行比較，得到PWM調制信號，而后差動輸出。信號既進行了調制，也通過對占空比的測量進行了A/D轉換，因此不但降低了電路的復雜程度，又增強了信號的抗干擾能力。圖1即為三角波與整流后的輸入信號比較得到的PWM調制信號的原理示意圖。

2.2 PWM信號解調輸出
    將得到的PWM信號輸入單片機處理器中進行計數處理，PWM信號可以用單片機的計數脈沖表示，其函數表達式為：

5.2 處理器對PWM信號計算所產生的誤差
    以AVR單片機為例，使用中斷方式進行計數，當產生中斷時，中斷轉換的時間使計數產生誤差。中斷轉換時間主要由三部分組成：晶振頻率、程序中斷的優先級、單片機正在執行的指令。對于外部響應中斷，其響應的優先級最高，所以外部中斷響應的時間最大為2個機器周期，這個誤差只在對PWM信號處理的初始階段可能發生，在其他情況下，處理器對PWM信號計算所產生的誤差由處理器時鐘周期和三角波周期決定。使用PWM進行A/D轉換的轉換精度為時鐘周期和三角波周期的比值。若三角波頻率（即PWM信號頻率）為4.8 kHz，處理器時鐘周期為50 ns，轉換精度為1/4 167，則使用此電路進行A/D轉換可達到12 bit A/D轉換器的精度。如果提高三角波的周期，則A/D轉換的精度會變小；反之，精度會提高。
    使用AVR單片機和12 bit的ADC進行A/D轉換比較，其實驗條件：數字信號發生器、數字示波器；PWM信號頻率為4.8 kHz，處理器時鐘周期為50 ns，使用PWM進行A/D轉換精度為1/4 167。輸入不同的模擬信號，分別使用PWM轉換電路和ADC進行A/D轉換，得到輸出模擬信號以及相對誤差如表1所示。其中脈寬比和理論值部分都是通過理論計算得到，其相對誤差通過實際輸出和輸入信號的差值除以輸入信號得到。
    由表1可以看出，在所取的5組數據中，有三組使用PWM進行A/D轉換的誤差比使用ADC進行A/D轉換誤差小，其他兩組則相反。這是由于輸入信號取值不同產生的。

    通過實驗驗證，使用PWM進行A/D轉換可以達到使用ADC芯片的效果，而且PWM信號代表信號大小的是脈沖寬度而不是幅度，使信號始終保持在數字形式(只有高低電平兩種形式)，所以對加性干擾不明顯，大大提高了信號傳輸過程中的抗干擾能力；轉換速度快，不需要專用的A/D轉換器，可以滿足很多高速傳輸的場合；系統簡單，可以靈活調節分辨率，比傳統的ADC功耗小，并且成本較低。使用PWM進行A/D轉換已經獲得實用新型專利，在磁場檢測儀器等產品中得到應用。此電路可以應用于各種需要強抗干擾的交流和直流信號傳輸的場合。
參考文獻
[1] 王秋梅，端木慶鐸，孫占龍.16位∑-△ADC模擬部分的研究與設計[D].長春：長春理工大學，2008.
[2] 岡村迪夫.OP放大電路設計[M].王玲，徐雅珍，李武平，譯.北京：科學出版社，2004.
[3] 陳平.基于PWM技術的A/D轉換電路的設計[J].微計算機信息，2007，23(10-2)：269-271.
[4] 王曙光.提高ADC分辨率的電路設計[J].機床與液壓，2007，35(7)：201-202.
[5] 王嵐，吳海強，孫卓君.基于PWM濾波數模轉換電路設計[J].應用科技，2007，34(10)：50-53.