PIC18-Q71系列的智能模擬特性

PIC18-Q71 產(chǎn)品系列概述

傳統(tǒng)上，MCU主要是數(shù)字設備，只有基本的模擬功能。換言之，任何比使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）進行基本測量更先進的方法都將使用設計中其他地方的分立器件來實現(xiàn)。但是，情況并非總是如此。PIC18-Q71 系列 MCU將高性能 PIC18 中央處理器 （CPU） 內(nèi)核與集成模擬內(nèi)核獨立外設 （CIP） 配對，適用于混合信號和模擬應用。

該系列包含：

模擬外設管理器 （APM）

具有計算和上下文功能的12位差分ADC

10位數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）

兩個 8 位 DAC

兩個集成運算放大器（OPAMP），帶內(nèi)部電阻梯

一個固定電壓基準 （FVR）

兩個模擬比較器 （CMP）

零交叉檢測 （ZCD）

溫度指示器 （溫度）

這些模擬外設是對各種片上數(shù)字外設的補充，如16 位脈寬調(diào)制器 （PWM）、通用定時器 （UTMR）和帶存儲器掃描儀的循環(huán)冗余校驗 （CRC）。

使用這些模擬外設，可以減小設計的尺寸、部件數(shù)量和功耗。值得注意的是，這是第一個包含模擬外設管理器（APM）的MCU系列，APM是一種特殊的定時器，可以獨立于CPU打開和關閉模擬外設。在不需要連續(xù)采樣的設計中，這可以節(jié)省大量功耗。

板載另一個外設是具有計算和上下文功能的12位差分ADC。該外設與普通ADC的不同之處在于包括計算和上下文切換功能。計算特性允許ADC在內(nèi)部執(zhí)行多采樣操作和簡單的數(shù)學運算，而無需使用CPU。計算通常用于自動平均或通過過采樣提高ADC的分辨率。該外設中的上下文切換功能允許ADC自動更改設置，而無需CPU干預。在ADC內(nèi)部，提供了四個上下文，每個上下文都有自己獨特的設置集。可以啟用或禁用每個上下文以實現(xiàn)設計靈活性。

PIC18-Q71系列還包含三個獨立的DAC，一個10位和兩個8位。更高分辨率的 10 位 DAC 提供比 8 位 DAC 更高的精度。當將DAC與模擬比較器配對以監(jiān)控模擬信號的閾值/設定點時，這一點尤其重要。

這篇博文中的最后一個外設是OPAMP。這些是內(nèi)置于微控制器芯片中的分立式運算放大器。每個運算放大器都有一個內(nèi)部電阻梯形圖，用于設置增益或（不太常見）在不使用DAC的情況下產(chǎn)生偏置電壓。OPAMP 可與微控制器上的其他外設配合使用，包括 APM、CMP、帶計算和上下文功能的 ADC 以及 DAC。

通過這些互連，可以創(chuàng)建更復雜的應用程序。例如，讓我們創(chuàng)建一個假設的低功耗溫度監(jiān)視器，該監(jiān)視器定期對電阻溫度檢測器（RTD）進行采樣，RTD是一種特殊的電阻器，（幾乎）隨溫度線性變化電阻。微控制器上的一個OPAMP和DAC用于為RTD創(chuàng)建恒流偏置源，而具有計算和上下文功能的ADC則測量電阻兩端的差分電壓。

圖1 – RTD測量電路

然后，APM 配置為定期：

使能模擬電路（偏置電流 + 模擬側(cè) ADC）

等待模擬電路穩(wěn)定

使能 ADC 采樣系統(tǒng)（ADC 的數(shù)字側(cè)）

等待足夠長的時間讓ADC開始和完成轉(zhuǎn)換

關閉外設以節(jié)省功耗

這樣可以節(jié)省大量電力，如下圖所示。

圖2 –功耗的簡化示例

PIC18-Q71 系列微控制器的集成模擬功能通過減少設計面積、器件數(shù)量和功耗來增強設計。

審核編輯：郭婷