簡介

　　現在，越來越多的設計師開始轉向電子微控制器，以在電機控制和數字電源系統中控制功率級。 使用微控制器（例如德州儀器 （TI） 的 C2000? Piccolo? 微控制器）的集成模擬比較器功能可以保護系統電源，同時也可使設計師減少板級所需的外部模擬組件的數量。在此類電機控制和數字電源系統中，在微控制器自身發生執行錯誤的情況下防止發生過壓或欠壓時，設計師仍局限于模擬域。 通過使用 TI C2000 Piccolo 微控制器系列的集成模擬功能，可以圍繞單個控制器來設計系統，而不需要外部支持電路。這主要涉及使用模擬比較器來監控功率級模擬域中的過壓或欠壓以及過流或欠流事件。

　　Piccolo 微處理器的優勢

　　Piccolo 微控制器使用了 TI 的高性能 TMS320C28x? 內核，可提供以單一獨立控制器控制系統時所需的所有性能和外設。 通過充足的余量和專用外設，Piccolo 微控制器使開發人員能夠實現更先進的控制算法，在進一步提高性能的同時降低系統成本。

　　Piccolo 微控制器架構已針對數字控制應用進行了優化，具有先進的架構特性，增強了高速信號處理能力。 Piccolo 的主 CPU 內核具有單周期 32×32 位乘法及累積單元等內置數字信號處理 （DSP） 功能，大幅度提高了計算速度。此外，諸如模數轉換器 （ADC） 和脈寬調制器 （PWM） 等控制外設設計得非常靈活，能夠輕松適應幾乎任何用途，而需要的軟件開銷極小。 例如，ADC 具有自動序列發生器允許開發者進行編程，以循環通過特定次序的樣本，這樣當應用程序需要時值已就緒。 使用更智能的控制外設和強大的 CPU 內核，控制環路運行更緊密，既改進了控制算法的動態特性，又減少了干擾行為。

　　重要的 Piccolo MCU 特性包括：

　　? 40 至 90 MIPS 的處理性能

　　? 3.3-V 單電源支持全部功能的運行

　　? 雙內部高精度振蕩器；無需外部晶體

　　? 12 位 ADC 具有 16 通道，最大取樣頻率為每秒 4.6 兆樣本

　　? 多達 19 通道的 PWM 輸出，具有可配置自動死區

　　? 19 個 PWM 通道中有多達 8 個可以在高分辨率模式下工作，其可以低至150 皮秒

　　? 集成模擬比較器直接連接在專用輸入和 PWM 輸出（以及專用輸出通道）之間，從而不需要外部模擬組件

　　Piccolo MCUs集成模擬比較器

　　TI 的 Piccolo 微控制器系列提供了兩至三個模擬比較器，具體視器件系列而定。 在本文中，我們將關注 F2802x Piccolo 微控制器系列，該系列配備了兩個比較器。 雖然這兩個比較器都集成到了數字器件中，但它們的工作方式與傳統的 30nS 模擬比較器類似。 這兩個比較器與 F2802/3x/6x 微控制器的內部時鐘

　　不同步 – 只要器件自身有電，比較器塊就能正常工作。 這兩個比較器擁有兩個輸入（這與標準的模擬比較器類似，但是它們通過模擬輸入/輸出 （AIO） mux 與器件引腳連接），而且具有額外的能力，即通過使用器件上的內部數模轉換器 （DAC） 為電壓提供內部參考。 該內部 DAC 功能在峰值電流模式控制等數字功率級應用中非常重要，因為該DAC 可作為峰值電流模式跳閘點的斜坡發生器。 比較器塊的輸出也可通過連接至 PWM跳閘區域而被器件內部使用，或通過 GPIO mux 而被外部參考。 本白皮書將重點放在F2802x 器件系列上，但是內部比較器功能同樣也可轉換用于 F2803x 和 F2806x Piccolo 系列。

　　將比較器用于外部 （用于F2802x Piccolo微控制器）

　　因為 Piccolo F2802x 微控制器內部的比較器是作為真正的模擬組件而實施的，因此它們可被用于處理器外部的控制功能。 參閱下面的圖 1，可以在通用輸入/輸出 （GPIO） mux 中進行更改以將比較器的輸出連接至外部器件引腳。 我們可以通過 GPIO mux 讓比較器在器件外部輸出有源高信號或低信號，而不是讓比較器觸發內部 PWM 事件（例如用于“峰值電流模式控制”時）。 模擬輸入跳閘點的特性可作為內部或外部參考，其最大輸入為3.3 伏。

　　圖 1. 通過 GPIO mux 中的更改所實現的比較器輸出。

　　我們來看其中的一個應用案例：對于在功率級中使用模擬控制器的系統，當將F2802x Piccolo 微控制器用作“維護管理”微控制器時，可減少板級組件的數量。 這與在數字控制系統中的使用大致相同，當與帶有啟用或禁用引腳的電源器件共同使用時，模擬比較器功能可以用于啟用或禁用功率級。 在許多情況下，也可使用模擬比較器使系統中的繼電器跳閘或是啟動特定的處理器任務。 現在我們可以將這些功能集成到微控制器自身當中，而不用通過外部器件實現這些功能，從而可節省電路板空間和成本。

　　演示F2802x Piccolo微處理器上的模擬比較器

　　我們已經了解了 Piccolo F2802x 微控制器系列內部模擬比較器的結構和設置，現在，我們將關注如何在 TI C2000 LaunchPad 評估套件的開發環境中使用這些比較器。C2000 LaunchPad 是一款低成本的評估套件，它配備了 F28027 Piccolo 微控制器。C2000 LaunchPad 配備了引腳接頭，這些引腳接頭使設計師能夠測試 C2000 微控制器的各種模擬和數字輸入及輸出。 該套件還包含了一個獨立的 USB 到 JTAG 接口，從而在為開發 PC 提供保護的同時卻無需使用昂貴的外部仿真器硬件。 對于本例中的軟件設置，我們將演示由 Visual Solutions， Inc. 提供的基于模型的VisSim 嵌入式圖形化軟件工具。可從該公司網站 www.vissim.com 上直接下載 VisSim的兩個月免費試用版。