在工业领域，模拟量输出有着多种常用的传输方式，如 4~20mA、0~5V、0~10V 以及频率输出等。本期将为大家详细分享其中 0 - 10V 输出电路的几个电路原理图。这些电路图的共性在于，都是通过 PWM 转化为 0 - 10V 输出，在工程上这种控制逻辑更为常见，因为往往这类控制需要数字隔离，所以 PAC 是常见的解。
　　方案 1：一个开源的 0 - 10V 输出电路
　　该电路使用 TL431 作为基准源，能够输出 2.5V 的基准电压。左下角的单片机控制 MOS 管，本质上这是一个电平转换过程，将单片机输出的 PWM 转换为精准的 2.5V、占空比为 0% - 100% 的 PWM。之后，这个信号会被送到一个二阶的 RC 滤波器，其作用是滤掉高次谐波，仅保留 0 - 2.5V 的直流分量，这类似于 DAC 的功能，在之前推文关于 PWM 做 DAC 的内容中有过详细介绍。
　　接下来，这个 0 - 2.5V 的直流分量会经过运算放大器处理。图中的运算放大器级是一个 4 倍放大的同相比例放大电路，将 0 - 2.5V 的电压放大到 0 - 10V。然后，信号会依次经过 R22 和 C14 的 RC 滤波、R20 和 C18 的 RC 滤波，再接入第二级运算放大器。第二级运算放大器被接成电压跟随器的形式，经过 L1 和 C19、C20 的 LC 滤波后输出给后级。
　　　　方案 2：抄的手持信号发生器 0 - 10V 输出电路
　　此电路的设计思路与个方案类似，主要是将单片机的 3.3V 幅值 PWM 转化为 2.5V 幅值 PWM。这是因为单片机通常由 LDO 供电，而 LDO 的输出电压往往不够精准，尤其是在高低温环境下温漂较大，所以需要将其转换为基准电压的方波。之后，将这个基准后的 2.5V 的 PWM 经过二阶 RC 滤波转化为 DAC 信号，再通过一个同相比例放大器放大四倍，接着经过 RC 滤波和 TVS 保护后输出 0 - 10V 电压。
　　从性能方面来看，第二种方案可能更优。因为逻辑门在高低温下的开关速度特性可能优于 MOS 管做的电压转化。
　　方案 3：近发现的一个更爽且稳定的方案
　　第三种方案是基于客益微的 GP8001。该方案不仅外围电路简单，输出精度高，而且价格实惠，在立创上单价约 1.7 元，量大时价格更便宜。仅需一颗 SOT23 - 6 芯片，就能实现 PWM 转化为 0 - 10V 的电压输出，完成了方案 1 和方案 2 中那一坨电路才能实现的功能，并且在精度和可靠性方面更具优势。
　　GP8001 采用宽压供电，支持 11 - 36V 电压供电输入，这在某些场合下可以省去一颗 LDO 或 DC - DC 电源芯片。此外，它内置了一个 5V 的稳压器，但输出电流能力不强，若作为外部供电，使用三极管搭射极跟随扩流。例如，在为光耦供电时，就使用了射极跟随器扩流，输出电压大概是 5 - Vbe = 4.3V 左右。
　　　输出精度对比

　　在方案 1 和方案 2 中，终输出精度会受到多种因素的制约，如运放的失调电压、失调电流的温漂，基准源的温漂、逻辑门输出幅值的温漂以及外围电阻器的温漂等。而 GP8001 芯片的电压输出精度典型值可以做到 20ppm/℃，不超过 30ppm/℃，这是普通分立器件搭建电路难以达到的精度。如果要实现高精度，需要外置高精度基准源和低温漂运放，但这样成本会大幅增加，与单颗芯片的方案相比不具优势。

　　总结
　　常见的 0 - 10V 输出方式是通过 PWM 积分然后运放放大。为了获取低温漂、高性能的 0 - 10V 输出，需要用到 PWM、电平转换、运放以及精密电阻等，成本相对较高。
　　GP8001 的解决方案具有诸多优势，如 SOT23 - 6 小封装、外围电路简洁、内置低温漂基准、线性度好、响应速度快（三个 PWM 周期响应 + 50us 建立）以及驱动能力强等。