用途廣泛的單芯片數(shù)字PWM控制器

數(shù)字控制可以大幅提升系統(tǒng)效能，因為它能支持許多復(fù)雜又很難以模擬方式實作的控制算法。數(shù)字控制還能減少零件誤差的影響，例如數(shù)字濾波器就能精確設(shè)定極點和零點的位置，使其不超出系統(tǒng)時鐘頻率的誤差范圍；相形之下，模擬控制器的極點和零點卻可能因為零件誤差而出現(xiàn)10%以上的變化。多相位電源供應(yīng)則是另一個例子，數(shù)字脈沖調(diào)變控制器(Digital Pulse Width Modulator，DPWM)可為這類電源供應(yīng)裝置精確設(shè)定各個相位的負載周期。數(shù)字控制的其它優(yōu)點包括可編程能力、縮短研發(fā)時間、減少零件數(shù)目、更不容易受到零件老化和工作環(huán)境的影響、生產(chǎn)物流更方便以及成本更低。

數(shù)字控制和模擬控制不同，它會因為反饋參數(shù)的量化和計算時間而出現(xiàn)延遲。為了將延遲時間減至最少，數(shù)字控制功能會提供很高的數(shù)據(jù)吞吐量和很小的延遲時間，其中又以環(huán)路補償和DPWM調(diào)制算法更是如此。數(shù)字控制器雖有不同設(shè)計方式，但最常見的實作方法可分為三大類：可編程訊號處理器(通常是數(shù)字訊號處理器)、定制硬件或兩者的組合。

數(shù)字訊號處理器(DSP)可以實時計算離散時間的控制變量值，某些供貨商還提供內(nèi)置閃存的DSP，讓使用者能以同一套處理器平臺支持多種系統(tǒng)架構(gòu)和控制策略。這種做法的缺點在于它會受到DSP產(chǎn)出的限制，由于DSP產(chǎn)出會受到時鐘頻率和內(nèi)存資源的影響，因此當系統(tǒng)必須使用較高的DPWM頻率時，這些因素就會對成本、體積、供應(yīng)電流和延展性造成負面沖擊。

以專屬硬件為基礎(chǔ)的設(shè)計則是利用固定架構(gòu)的狀態(tài)機器來執(zhí)行控制算法，由于硬件可以針對成本和效能最佳化，這種方法的工作效率和成本都可能勝過DSP。盡管如此，這種方法的應(yīng)用彈性卻很糟，因為控制硬件一旦制造完成就無法進行重大修改，所以這類硬件只能支持特定應(yīng)用，這會增加產(chǎn)品的非重現(xiàn)工程費用和上市時間，設(shè)計風險也變得更大。

本文提出一種新方法，它會把處理器和固定硬件架構(gòu)結(jié)合在一起，讓它們各自發(fā)揮最大長處。這套架構(gòu)包含多顆專屬的可編程訊號處理器，它們會在另一顆內(nèi)置閃存的可編程微控制器監(jiān)督下執(zhí)行高速控制計算。這些訊號處理器將計算過程的延遲時間減至最少，晶粒面積的使用效率也很高。整合式微控制器讓控制組件變得極有彈性，它能透過用戶軟件來精確設(shè)定和修改系統(tǒng)屬性(例如頻率補償和系統(tǒng)保護)，并利用低頻控制最佳化來增強系統(tǒng)效能，例如控制停滯時間(dead time)以提高效率。由于微控制器不必執(zhí)行高頻寬運算，程序設(shè)計將比DSP更簡單和成本更低，使它很容易在市場上獲得成功。