脉冲时间调制 (PTM)

17 Mar 2025 | 6 分钟阅读

PTM 涉及脉冲序列和信号时轴上的采样。我们也可以将其定义为一种调制技术，用于调制具有恒定幅度和持续时间的连续脉冲之间的时间间隔。

PTM 是 PWM（脉冲宽度调制）和 PPM（脉冲位置调制）的组合。两种 PTM 类型的调制和解调密切相关。PPM 是借助 PWM 输入生成的。但是，两种调制方式的随机性使其不适合 TDM（时分复用）。这使得它们对通信过程的贡献非常小。

PWM（脉冲宽度调制）

顾名思义，PWM 是一种基于脉冲宽度调节的调制方式。PWM 涉及脉冲序列和采样。在这里，消息调制脉冲的宽度。PWM 的应用包括电机控制和电力传输，通过调节脉冲宽度来控制。PWM 脉冲以规则的时间间隔出现。

PWM 的框图如下所示

第一个模块是比较器模块，它有两个输入，反相和同相。第一个输入是消息信号，比较器的第二个输入是锯齿波信号。选择锯齿波信号的目的是其工作频率等于载波频率。输入信号的最大值应小于锯齿波信号。如果满足此条件，我们将在输出端获得所需的 PWM 信号。

PWM 的波形图如下所示

上图显示 PWM 的上升沿和锯齿波信号的下降沿彼此重合。当锯齿波沿小于输入信号时，比较器的正输入变高，我们得到正输出。如果锯齿波沿大于输入信号，比较器的负输入变高，我们得到负输出。锯齿波连接到反相 (-) 输入端。如果反相端子上的输入与同相 (+) 输入相比很高，则输出也将为负。

脉冲宽度取决于输入信号的大小。它还决定了比较器的输出变高的时间长度。

PWM 解调

解调是恢复原始信号的过程。它与调制过程相反。与其他调制类型相比，脉冲调制技术（PWM、PPM 和 PAM）的解调非常容易。在 PWM 中，采用从正边沿开始的斜坡信号。当负边沿到来时停止。斜坡信号的宽度不同，因此根据脉冲的幅度和宽度具有不同的高度。当它通过 LPF（低通滤波器）时，它会形成一个包络，并以解调信号的形式出现在输出端。

RC（电阻器和电容器）组合和晶体管可用于生成斜坡信号。

PWM 的优点

脉冲宽度调制的优点如下

低功耗
PWM 的开关状态要么完全关闭，要么完全打开。这减少了功耗。
噪声干扰小
PWM 和 PPM 中的恒定幅度和采样导致最少的噪声干扰。
易于噪声检测
PWM 中的频率是固定的，这有助于我们轻松检测系统中的任何开关噪声。
易于解调
由于固定的频率和恒定的传输功率，在 PWM 中很容易恢复信号。
无需同步
载波中噪声非常低且没有幅度变化，这消除了发射器和接收器之间对同步器的要求。
减少滤波器要求
滤波器用于根据选择性频率滤波从信号中滤除噪声。由于传输系统中噪声干扰低，PWM 减少了滤波器要求。
低成本
PWM 的生成只需要几个组件，因此成本低廉。
节能
PWM 是节能的，因为开关设备中的功率损耗非常低。
高效率
由于 PWM 的低功耗、低噪声和低功率损耗，其效率为 90%。

PWM 的缺点

脉冲宽度调制的缺点如下

电压尖峰
由于开关时间短，脉冲宽度调制中可能会出现电压尖峰。
大带宽
与脉冲幅度调制相比，它需要更大的带宽。在 PAM 的情况下，带宽取决于脉冲宽度。它取决于幅度和脉冲宽度。
高开关损耗
它指的是开关状态之间的能量损失。

PPM（脉冲位置调制）

它也像 PWM 一样涉及脉冲序列和采样。在这里，每个采样周期中固定宽度脉冲的到达位置由消息信号调制。

PPM 的框图如下所示

PWM 生成的信号被施加到逆变器，这会反转输入信号的极性。对于正输入脉冲，它将其转换为负脉冲，对于负输入脉冲；它将极性转换为正脉冲。逆变器的输出被馈送到微分器。当 PWM 输出脉冲从 HIGH 变为 LOW 时，它会生成正尖峰。同样，当 PWM 脉冲从 LOW 变为 HIGH 时，它会生成负尖峰。这些尖峰进一步应用于正沿触发脉冲发生器，该发生器仅在出现正尖峰时才生成脉冲。这意味着它不会在负尖峰期间产生脉冲。

输出波形如下所示