數(shù)字電源控制器UCD3138的數(shù)字比較器與ADC的應(yīng)用說明

摘要

數(shù)字電源控制器UCD3138 內(nèi)部集成有 4 個數(shù)字比較器，可以靈活配置其輸入端和參考值。模擬前端（AFE）模塊的絕對值量和EADC 的輸出都可以作為數(shù)字比較器的輸入，因此使用數(shù)字比較器可以實現(xiàn)對系統(tǒng)輸出電壓的故障響應(yīng)與保護。UCD3138 內(nèi)部集成有 16 個模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），其中名稱為 ADC15 的模數(shù)轉(zhuǎn)換器不對外部開放，可以用來檢測 3 個AFE 模塊中任何一個的 EAP 或 EAN 引腳，實現(xiàn)對系統(tǒng)輸出電壓的精確采集，最終可以實現(xiàn)對輸出電壓的故障響應(yīng)與保護。

1、UCD3138 的數(shù)字比較器

UCD3138 內(nèi)部集成有4數(shù)字比較器，可以以AFE 的絕對值量或者誤差值為輸入端，靈活配置參考值，最終實現(xiàn)對系統(tǒng)輸出電壓故障（過壓，欠壓等）的快速響應(yīng)與保護。

1.1 數(shù)字比較器的硬件電路簡介

圖 1 所示的是UCD3138 芯片內(nèi)部模擬前端（Analog Front End，AFE）的框圖。輸出電壓在分壓后以差分信號的方式進入到AFE 模塊，與參考電壓（DAC0 的輸出值）比較后得到誤差信號（模擬量）；該誤差信號在模數(shù)轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字量，然后輸入到數(shù)字環(huán)路補償模塊（Filter）。

Figure 1. UCD3138 AFE 模塊框圖

為豐富應(yīng)用的靈活性，用戶設(shè)置的參考值（數(shù)字量）與EADC 的輸出值（數(shù)字量）相加后生成一個叫做“ 絕對值量（absolute value）” 的數(shù)字信號，可以表征實際采集到的電壓信息（即Vd 的值）。

UCD3138 的數(shù)字比較器就是以數(shù)字誤差信號（B 點值）或絕對值量（C 點值）作為一個輸入端，參考電壓值（用戶可以自行設(shè)置）為另一個輸入端所組成，觸發(fā)后可以配置其關(guān)斷任何一路DPWM。

UCD3138 中有3 個AFE 模塊，同樣地，也有4 個數(shù)字比較器。

1.2 數(shù)字比較器涉及的關(guān)鍵寄存器

1.2.1 EADC的輸出

EADC 的輸出是參考電壓與輸入模擬量相減后的值在數(shù)字化之后的信息量，即數(shù)字誤差量，其范圍與AFE 自身的增益有直接關(guān)系。例如，當增益值設(shè)置為1 時，其輸出范圍是+248~-256；而增益設(shè)置為8 時，輸出范圍是+31~-32.

寄存器EADCRAWVALUE 的第0~8 位（共9bit，名稱為RAW_ERROR_VALUE）保存的即為EADC 的輸出，分辨率為1mV/bit。

1.2.2 DAC的輸入

DAC 的輸出即為系統(tǒng)的參考電壓。在UCD3138 的實際應(yīng)用中，用戶可以設(shè)置DAC 的輸入值，為數(shù)字信號量。寄存器EADCDAC 的第4~13 位（共10bit，名稱為DAC_VALUE）保存了用戶的設(shè)置值。分辨率為1.5625mV/bit。

1.2.3 絕對值量

寄存器 EADCVALUE 的第16~25 位（共10bit，名稱為ABS_VALUE）保存的就是絕對值量，分辨率為1.5625mV/bit。

上文提到，絕對值量是EADC 的輸出信息與DAC 的輸入信息相加得到的，但并不是二者數(shù)字量的直接相加，因為其分辨率不同。事實上，上述三個數(shù)字量所各自表征的模擬量存在等式關(guān)系。

例如，某條件下，EADC 的輸出（ERROR_VALUE）為192；DAC 的輸入為747；絕對值量(ABS_VALUE)為624，如下圖2 所示。

Figure 2. Memory Debugger 中讀取到的寄存器值

顯然，747-624=123≠ 192。但是，各自的模擬量則滿足等式關(guān)系，如下：

? EADC 的輸出192 對應(yīng)的模擬量為192×1mV/bit=192mV；

? DAC 的輸入747 對應(yīng)的模擬量為 747×1.5625mV/bit=1167.1875mV；

? 絕對值量624 對應(yīng)的模擬量為 624×1.5625mV/bit=975mV；

◎ 最終，1167.1875-975=192.1875≈ 192.

或者，三個數(shù)字量可以在增加衰減系數(shù)后存在如下等式關(guān)系：

1.3 數(shù)字比較器的軟件配置

在程序初始化階段，可以完成對數(shù)字比較器的配置。以配置數(shù)字比較器0 為例，主要代碼如下：

FaultMuxRegs.DCOMPCTRL0.bit.CNT_THRESH = 1;

上述代碼配置只需觸發(fā)一次數(shù)字比較器就會產(chǎn)生一個fault。

FaultMuxRegs.DCOMPCTRL0.bit.FE_SEL = 0;

上述代碼配置數(shù)字比較器的輸入為AFE0 的絕對值量。也可以配置為EADC 的輸出。另外，其余兩個AFE 的絕對值量和EADC 的輸出也可以配置為數(shù)字比較器0 的輸入。

FaultMuxRegs.DCOMPCTRL0.bit.COMP_POL = 1;

上述代碼配置為數(shù)字比較器的輸入高于參考量后才會觸發(fā)。

FaultMuxRegs.DCOMPCTRL0.bit.THRESH = 850;

參考量設(shè)置為850。如果輸入量選擇為絕對值量，則當Vd 電壓大于850×1.5625mV/bit =1.33V 時便會觸發(fā)數(shù)字比較器。

FaultMuxRegs.DPWM0FLTABDET.bit.DCOMP0_EN=1;

上面代碼配置為，數(shù)字比較器觸發(fā)后立即關(guān)斷DPWM0A 和DPWM0B。

1.4 數(shù)字比較器的實際應(yīng)用結(jié)果

實際調(diào)試時，圖1 的Vd 處外接一個可調(diào)電壓，并由0V 慢慢增大?？梢杂^察到，當電壓超過1.33V 后，驅(qū)動信號便立即被關(guān)閉，符合預(yù)期，如下圖3（CH3 為Vd 電壓，CH2 為DPWM0B）。

Figure 3. 數(shù)字比較器觸發(fā)后關(guān)閉DPWM0B

1.5 數(shù)字比較器的實際應(yīng)用結(jié)果

實際應(yīng)用中需要注意EADC 的飽和問題。

上文1.2 節(jié)提到，EADC 的輸出有一定的范圍，當輸入過大或過小時，EADC 的輸出會固定在其上限或下限，此時便是EADC 處于了飽和狀態(tài)。仍以上面提到的實驗為背景進行說明，其中AFE的增益設(shè)置為1。

當 Vd 電壓為554mV 時，絕對值量預(yù)計為355（因為554/1.5625≈ 355），EADC 的輸出預(yù)計為613（參考1.2 節(jié)最后的等式）。而實際讀取發(fā)現(xiàn)，絕對值量為588，EADC 的輸出為248，這與設(shè)想完全不同。分析原因可知，此時EADC 已經(jīng)處于了正向飽和，輸出的上限為248。

Figure 4. EADC 正向飽和

同樣地，當 Vd 電壓為1.64V 時，絕對值量預(yù)計為1050（因為1640/1.5625≈ 1050），EADC 的輸出預(yù)計為-473（參考1.2 節(jié)最后的等式）。而實際讀取發(fā)現(xiàn)，絕對值量為911，EADC 的輸出為-256，這與設(shè)想也是完全不同。分析原因亦可知，此時EADC 已經(jīng)處于負向飽和，輸出的下限為-256。

Figure 5. EADC 負向飽和

綜合上面分析可知，在DAC 的值固定后，絕對值量存在一個范圍，該范圍與AFE 的增益有直接關(guān)系，如下表所示。

Table 1. 絕對值量范圍和AFE 增益的關(guān)系

AFE Gain	DAC Value	上一頁 1 2 下一頁 關(guān)鍵詞： ADC 數(shù)字電源控制器 數(shù)字比較器 評論 我來說兩句…… 驗證碼： 相關(guān)推薦 m8,m16,ADC m8/m16--ADC精度 jackwang | 2006-09-17 利用開關(guān)穩(wěn)壓器PMU ADP5020為八通道超聲ADC/LNA/VGA/AAF AD9272供電，以提高效率 (CN0135) 設(shè)計方案 PMU ADP5020 ADC/LNA/VGA/AAF AD | 2012-07-20 理解ADC積分非線性（INL）誤差 模擬技術(shù) ADC，積分非線性，INL，誤差 | 2024-09-11 高速ADC與內(nèi)置嵌入式串行收發(fā)器的FPGA接口 視頻 Altera FPGA ADC Linear 串行收發(fā)器 | 2009-05-19 了解CMRR及其與ADC偏移誤差的關(guān)系 元件/連接器 CMRR，ADC，偏移誤差 | 2024-08-12 RF ADC為什么有如此多電源軌和電源域？ 模擬技術(shù) ADI RF ADC | 2024-07-10 模擬 ADC 的前端 電源與新能源 模擬 ADC | 2024-07-09 如何在速度更快、尺寸更小的應(yīng)用中精確檢測電機位置 工控自動化 電機控制 光學(xué)編碼器 ADC | 2024-06-21 如何通過集成多路復(fù)用輸入ADC搞掂空間受限的挑戰(zhàn)？ 電源與新能源 ADI ADC 多路復(fù)用 | 2024-06-20 實用模擬電路設(shè)計技術(shù)-8 資源下載 ADI EDN 模擬電路 ADC FFT | 2008-01-05 ADS1115: 工業(yè)級最小尺寸16位 ADC 視頻 TI ADS1115 ADC | 2010-03-11 ADS4149 – 超低功耗, 14位, 250-MSPS ADC 視頻 TI ADC ADS4149 | 2010-05-06 實用模擬電路設(shè)計技術(shù)-8 資源下載 ADI 電路 放大器 ADC FFT | 2008-01-02 LTC6601-1-Low Noise, 0.5％ Tole 設(shè)計方案 電子電路圖，F(xiàn)ilter ADC | 2012-07-31 【ARM DIY教程】例說stm32--ADC實驗 四弦 | 2012-04-21 LT6350-低噪聲、單端至差分轉(zhuǎn)換器/ADC驅(qū)動器 設(shè)計方案 電子電路圖，轉(zhuǎn)換器 ADC | 2012-07-31 ADC and DAC Glossary 設(shè)計方案 電子電路圖，ADC | 2012-07-31 基于類比高性能16bit ADC ADX112的熱電偶檢測方案 熱電偶 ADC ADX112 冷端補償 工業(yè)測量 工業(yè)自動化 | 2024-08-21 高速電路設(shè)計技巧\\sect7a 資源下載 ADI ACS ADC CAD IC SPICE NPN DC | 2007-12-29 高速ADC基礎(chǔ) 模擬技術(shù) ADC 數(shù)模轉(zhuǎn)換 | 2024-05-16 Understanding the Effects of C 設(shè)計方案 電子電路圖，ADC | 2012-07-31 智能家用電熱水器 論文 資源下載 Motorola MC68HC CGM MEMORY ADC TDM | 2007-02-09 天天在用的ADC，內(nèi)部原理你了解嗎？ 模擬技術(shù) ADC STM32 | 2024-05-06 如何才能獲得ADC的最佳SNR性能？ 電源與新能源 ADI ADC SNR | 2024-07-17 ADI最新技術(shù)資料，評帖子有獎！ 論壇管理員 | 2013-02-27 ADC 站到前面去：高速ADC---防止前端沖突 jackwang | 2006-09-17 基礎(chǔ)教程:模數(shù)轉(zhuǎn)換器 視頻 ADI 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC | 2012-06-18 一些ADC和DAC基礎(chǔ)資料，很好的！ songzhige | 2012-07-08 MAX11200 微功耗(<1mW)、24位ADC 視頻 Maxim ADC | 2010-10-28 實用模擬電路設(shè)計技術(shù)-4 資源下載 ADI EDN 模擬電路 UNDERSAMPLING APPLICATIONS ADC SFDR | 2008-01-05 上一篇：DC/DC轉(zhuǎn)換器效能提高，使降低移動處理器效能有望 下一篇：數(shù)字電源PK模擬電源 技術(shù)專區(qū) FPGA DSP MCU 示波器 步進電機 Zigbee LabVIEW Arduino RFID NFC STM32 Protel GPS MSP430 Multisim 濾波器 CAN總線 開關(guān)電源 單片機 PCB USB ARM CPLD 連接器 MEMS CMOS MIPS EMC EDA ROM 陀螺儀 VHDL 比較器 Verilog 穩(wěn)壓電源 RAM AVR 傳感器 可控硅 IGBT 嵌入式開發(fā) 逆變器 Quartus RS-232 Cyclone 電位器 電機控制 藍牙 PLC PWM 汽車電子 轉(zhuǎn)換器 電源管理 信號放大器 關(guān)閉
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