德州(TI)Piccolo微控制集成模擬比較器解決方案

　　簡介

　　現(xiàn)在，越來越多的設(shè)計師開始轉(zhuǎn)向電子微控制器，以在電機控制和數(shù)字電源系統(tǒng)中控制功率級。 使用微控制器（例如德州儀器 （TI） 的 C2000? Piccolo? 微控制器）的集成模擬比較器功能可以保護系統(tǒng)電源，同時也可使設(shè)計師減少板級所需的外部模擬組件的數(shù)量。在此類電機控制和數(shù)字電源系統(tǒng)中，在微控制器自身發(fā)生執(zhí)行錯誤的情況下防止發(fā)生過壓或欠壓時，設(shè)計師仍局限于模擬域。 通過使用 TI C2000 Piccolo 微控制器系列的集成模擬功能，可以圍繞單個控制器來設(shè)計系統(tǒng)，而不需要外部支持電路。這主要涉及使用模擬比較器來監(jiān)控功率級模擬域中的過壓或欠壓以及過流或欠流事件。

　　Piccolo 微處理器的優(yōu)勢

　　Piccolo 微控制器使用了 TI 的高性能 TMS320C28x? 內(nèi)核，可提供以單一獨立控制器控制系統(tǒng)時所需的所有性能和外設(shè)。 通過充足的余量和專用外設(shè)，Piccolo 微控制器使開發(fā)人員能夠?qū)崿F(xiàn)更先進的控制算法，在進一步提高性能的同時降低系統(tǒng)成本。

　　Piccolo 微控制器架構(gòu)已針對數(shù)字控制應(yīng)用進行了優(yōu)化，具有先進的架構(gòu)特性，增強了高速信號處理能力。 Piccolo 的主 CPU 內(nèi)核具有單周期 32×32 位乘法及累積單元等內(nèi)置數(shù)字信號處理 （DSP） 功能，大幅度提高了計算速度。此外，諸如模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC） 和脈寬調(diào)制器 （PWM） 等控制外設(shè)設(shè)計得非常靈活，能夠輕松適應(yīng)幾乎任何用途，而需要的軟件開銷極小。 例如，ADC 具有自動序列發(fā)生器允許開發(fā)者進行編程，以循環(huán)通過特定次序的樣本，這樣當應(yīng)用程序需要時值已就緒。 使用更智能的控制外設(shè)和強大的 CPU 內(nèi)核，控制環(huán)路運行更緊密，既改進了控制算法的動態(tài)特性，又減少了干擾行為。

　　重要的 Piccolo MCU 特性包括：

　　? 40 至 90 MIPS 的處理性能

　　? 3.3-V 單電源支持全部功能的運行

　　? 雙內(nèi)部高精度振蕩器；無需外部晶體

　　? 12 位 ADC 具有 16 通道，最大取樣頻率為每秒 4.6 兆樣本

　　? 多達 19 通道的 PWM 輸出，具有可配置自動死區(qū)

　　? 19 個 PWM 通道中有多達 8 個可以在高分辨率模式下工作，其可以低至150 皮秒

　　? 集成模擬比較器直接連接在專用輸入和 PWM 輸出（以及專用輸出通道）之間，從而不需要外部模擬組件

　　Piccolo MCUs集成模擬比較器

　　TI 的 Piccolo 微控制器系列提供了兩至三個模擬比較器，具體視器件系列而定。 在本文中，我們將關(guān)注 F2802x Piccolo 微控制器系列，該系列配備了兩個比較器。 雖然這兩個比較器都集成到了數(shù)字器件中，但它們的工作方式與傳統(tǒng)的 30nS 模擬比較器類似。 這兩個比較器與 F2802/3x/6x 微控制器的內(nèi)部時鐘

　　不同步 – 只要器件自身有電，比較器塊就能正常工作。 這兩個比較器擁有兩個輸入（這與標準的模擬比較器類似，但是它們通過模擬輸入/輸出 （AIO） mux 與器件引腳連接），而且具有額外的能力，即通過使用器件上的內(nèi)部數(shù)模轉(zhuǎn)換器 （DAC） 為電壓提供內(nèi)部參考。 該內(nèi)部 DAC 功能在峰值電流模式控制等數(shù)字功率級應(yīng)用中非常重要，因為該DAC 可作為峰值電流模式跳閘點的斜坡發(fā)生器。 比較器塊的輸出也可通過連接至 PWM跳閘區(qū)域而被器件內(nèi)部使用，或通過 GPIO mux 而被外部參考。 本白皮書將重點放在F2802x 器件系列上，但是內(nèi)部比較器功能同樣也可轉(zhuǎn)換用于 F2803x 和 F2806x Piccolo 系列。

　　將比較器用于外部 （用于F2802x Piccolo微控制器）

　　因為 Piccolo F2802x 微控制器內(nèi)部的比較器是作為真正的模擬組件而實施的，因此它們可被用于處理器外部的控制功能。 參閱下面的圖 1，可以在通用輸入/輸出 （GPIO） mux 中進行更改以將比較器的輸出連接至外部器件引腳。 我們可以通過 GPIO mux 讓比較器在器件外部輸出有源高信號或低信號，而不是讓比較器觸發(fā)內(nèi)部 PWM 事件（例如用于“峰值電流模式控制”時）。 模擬輸入跳閘點的特性可作為內(nèi)部或外部參考，其最大輸入為3.3 伏。

　　圖 1. 通過 GPIO mux 中的更改所實現(xiàn)的比較器輸出。

　　我們來看其中的一個應(yīng)用案例：對于在功率級中使用模擬控制器的系統(tǒng)，當將F2802x Piccolo 微控制器用作“維護管理”微控制器時，可減少板級組件的數(shù)量。 這與在數(shù)字控制系統(tǒng)中的使用大致相同，當與帶有啟用或禁用引腳的電源器件共同使用時，模擬比較器功能可以用于啟用或禁用功率級。 在許多情況下，也可使用模擬比較器使系統(tǒng)中的繼電器跳閘或是啟動特定的處理器任務(wù)。 現(xiàn)在我們可以將這些功能集成到微控制器自身當中，而不用通過外部器件實現(xiàn)這些功能，從而可節(jié)省電路板空間和成本。

　　演示F2802x Piccolo微處理器上的模擬比較器

　　我們已經(jīng)了解了 Piccolo F2802x 微控制器系列內(nèi)部模擬比較器的結(jié)構(gòu)和設(shè)置，現(xiàn)在，我們將關(guān)注如何在 TI C2000 LaunchPad 評估套件的開發(fā)環(huán)境中使用這些比較器。C2000 LaunchPad 是一款低成本的評估套件，它配備了 F28027 Piccolo 微控制器。C2000 LaunchPad 配備了引腳接頭，這些引腳接頭使設(shè)計師能夠測試 C2000 微控制器的各種模擬和數(shù)字輸入及輸出。 該套件還包含了一個獨立的 USB 到 JTAG 接口，從而在為開發(fā) PC 提供保護的同時卻無需使用昂貴的外部仿真器硬件。 對于本例中的軟件設(shè)置，我們將演示由 Visual Solutions， Inc. 提供的基于模型的VisSim 嵌入式圖形化軟件工具?？蓮脑?a target="_blank">公司網(wǎng)站 www.vissim.com 上直接下載 VisSim的兩個月免費試用版。