【世说芯品】浅谈数字电源中硬件比较器功能及重要特性

Excelpoint世健 2023-08-31 09:00




硬件比较器在数字电源应用中具有非常重要的作用,本文主要介绍Microchip dsPIC33C的基本功能及特性。


首先,它是带有斜率补偿的DAC模块的高速模拟比较器,当用CPUADC捕捉一些信号很难满足系统时效时,可以将它用于监控电源转换应用中的关键信号如电压、电流和其他关键信号。每个高速模拟比较器模块都是由高速比较器、脉冲密度调制 (PDM) DAC模块和斜率补偿单元组成。

DAC/比较器模块的实例数量取决于器件,请参阅特定于器件的数据表以了解可用性。比较器模块可用于实现 峰值电流模式控制、临界导通模式(变频),和滞环控制的电源控制系统。有一点需要注意的是DACOUT1 这个引脚在任何情况下都只能输出单个DAC ,如果使能了多个 DACOEN 位,则DACOUT1引脚将是多个信号的组合。


接下来看一下比较器的组成部分包括哪些?

具有斜率补偿 DAC 的高速模拟比较器由以下部分组成主要特征:

轨到轨模拟比较器

每个比较器最多有五个可选输入源:

  最多四个外部输入

  来自 PGA 模块的多达三个内部输入

可编程比较器滞环

可编程输出极性

中断产生能力

每个比较器都有专用的脉冲密度调制 (PDM) 数模转换器 (DAC) - 具有12位分辨率

多模多极 RC 输出滤波器:-----注意这个滤波器属于DAC模块部分。

-过渡模式:提供最快的响应

-快速模式:用于跟踪 DAC 斜率

- 稳态模式:提供 12 位分辨率

DAC专门支持以下模式:

-斜坡生成

-滞环控制

-三角波

硬件比较器往往和高速PWM模块结合使用,它对高速 PWM 模块的功能支持包括:

-PWM占空比控制

-PWM周期控制

-PWM故障检测


接下来,简述一下各个组成部分的细节特性,具有斜率补偿 DAC 模块的高速模拟比较器由高速比较器、脉冲密度调制 (PDM) DAC 和斜率补偿单元,这三个主要单元组成。如前所述,一个器件中通常具有该模块的多个个体,具体参见器件数据手册的可用模块的数量。

斜率补偿单元提供用户定义的斜率,可用于改变 DAC 输出,此功能在峰值电流模式控制等应用中非常有用,其中斜率需要补偿以维持电源的稳定性,用户指定斜率补偿的方向和变化速率,并且 DAC 的输出被修改。

DAC 由一个 PDM 单元和一个后级的数控多级RC 组成。PDM 单元使用相位累加器电路,来生成脉冲输出流,这脉冲流的密度与输入数据值成正比,而这个密度是相对于累加器支持的最大位宽的。输出脉冲密度代表所需的输出电压,脉冲流通过 RC 滤波器进行滤波,产生模拟电压。

DAC 的输出连接到比较器的负输入,正输入可以使用多路复用器从输入引脚或PGA输出选择。

该比较器提供高速运行,典型延迟为 15ns。比较器的输出可以通过脉冲展宽器和数字滤波器块进行处理,这可以防止比较器对意外的快速瞬态信号的响应。

1显示了具有斜率补偿DAC模块的高速模拟比较器的框图, DAC 模块可以在四种模式之一下运行:斜率产生、三角波、滞环或作为普通 12 DAC。这些模式中的每一种都可以用于各种电源应用,例如峰值电流模式控制、临界导通模式控制和滞环控制模式。

1.比较器内部结构

从这个图上可知,所有DAC都可以通过使能其输出在DACOUT1上输出,但是需要注意任何一个时刻只能输出一个DAC信号,这个信号可以用于调试观察电路信号。框图上除了展示了正和负输入之外,还指出了比较器输出极性修改,输出滤波,输出触发中断,及对PWM模块的作用等,功能一目了然。

除了原理框图,比较器有一些典型参数,在规格书的电气信息部分也有说明,如图2所示,

图2.比较器的典型规格

注意这里比较器的输入时钟频率为400M-550MHz范围,典型值500MHz,比较器具有一个最大offset电压+-20mV,比较器的共模电压范围是0-AVDD电压,大信号响应时间为15ns典型值,滞环可以根据相应寄存器设置,范围在15-45mV.

同时,还有一点要注意,比较器参数是表示其设计指导,但是并不会在生产中测试,可以确认的是,在芯片供电电压VDDBOR电压最小值,和VDD电压最小值之间时,它是可以工作的,但是性能会降低,通常工厂会测试其功能,但是不会进行参数识别。

同样的,比较器携带的DAC模块部分,也在规格书中有一些典型参数供参考,如图3所示。

图3.DAC模块典型参数

这里需注意一下DAC输出电压并不是从0-AVDD,而是比这个范围要小一些,其调整时间也是一个值得注意的参数,在上图测试条件下,可知为600-2000nS之间的时间。其基本的分辨率为12bit,和ADC的分辨率一致。

除了DAC模块的参数特性,其DAC输出特性规格书也给出了说明,如下图4

图4.DAC输出规格

从上述说明看,DAC的输出驱动能力非常小,只有3mA,所以在使用中需要注意DAC输出时其负载有多大,且提供合适的输出负载电阻(不可小于10kohm)和负载电容(不可大于30pF)。

上述文章,简要说明了dsPIC33C内部的硬件比较器基本特性及参数说明,作为一个基本的思路整理,供大家参考。





原文转自原厂技术专家



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