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摘要
數(shù)字電源控制器UCD3138 內(nèi)部集成有 4 個(gè)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(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)輸出電壓的故障響應(yīng)與保護(hù)。UCD3138 內(nèi)部集成有 16 個(gè)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(gè)AFE 模塊中任何一個(gè)的 EAP 或 EAN 引腳，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)輸出電壓的精確采集，最終可以實(shí)現(xiàn)對輸出電壓的故障響應(yīng)與保護(hù)。
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(shí)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(hù)。
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(hào)的方式進(jìn)入到AFE 模塊，與參考電壓（DAC0 的輸出值）比較后得到誤差信號(hào)（模擬量）；該誤差信號(hào)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(bǔ)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(gè)叫做“ 絕對值量（absolute value）” 的數(shù)字信號(hào)，可以表征實(shí)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(hào)（B 點(diǎn)值）或絕對值量（C 點(diǎn)值）作為一個(gè)輸入端，參考電壓值（用戶可以自行設(shè)置）為另一個(gè)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(gè)AFE 模塊，同樣地，也有4 個(gè)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(dāng)增益值設(shè)置為1 時(shí)，其輸出范圍是+248~-256；而增益設(shè)置為8 時(shí)，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(shí)際應(yīng)用中，用戶可以設(shè)置DAC 的輸入值，為數(shù)字信號(hào)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?yàn)槠浞直媛什煌?。事?shí)上，上述三個(gè)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(gè)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(huì)產(chǎn)生一個(gè)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(gè)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(huì)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(dāng)Vd 電壓大于850×1.5625mV/bit =1.33V 時(shí)便會(huì)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(shí)際應(yīng)用結(jié)果
實(shí)際調(diào)試時(shí)，圖1 的Vd 處外接一個(gè)可調(diào)電壓，并由0V 慢慢增大?？梢杂^察到，當(dāng)電壓超過1.33V 后，驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(shí)際應(yīng)用結(jié)果
實(shí)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(dāng)輸入過大或過小時(shí)，EADC 的輸出會(huì)固定在其上限或下限，此時(shí)便是EADC 處于了飽和狀態(tài)。仍以上面提到的實(shí)驗(yàn)為背景進(jìn)行說明，其中AFE的增益設(shè)置為1。
當(dāng) Vd 電壓為554mV 時(shí)，絕對值量預(yù)計(jì)為355（因?yàn)?54/1.5625≈ 355），EADC 的輸出預(yù)計(jì)為613（參考1.2 節(jié)最后的等式）。而實(shí)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(shí)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(dāng) Vd 電壓為1.64V 時(shí)，絕對值量預(yù)計(jì)為1050（因?yàn)?640/1.5625≈ 1050），EADC 的輸出預(yù)計(jì)為-473（參考1.2 節(jié)最后的等式）。而實(shí)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(shí)EADC 已經(jīng)處于負(fù)向飽和，輸出的下限為-256。
Figure 5. EADC 負(fù)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(gè)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 |
關(guān)鍵詞：
ADC
數(shù)字電源控制器
數(shù)字比較器
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