數字電源控制器UCD3138的數字比較器與模數轉換器的應用說明

來源：電子發燒友網  作者：灰色天空2013年03月06日 10:55

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[導讀] 數字電源控制器UCD3138 內部集成有 4 個數字比較器，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字比較器的輸入，因此使用數字比較器可以實現對系統輸出電壓的故障響應與保護。

關鍵詞：UCD3138數字比較器模數轉換器數字電源

摘要
數字電源控制器UCD3138 內部集成有 4 個數字比較器，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字比較器的輸入，因此使用數字比較器可以實現對系統輸出電壓的故障響應與保護。UCD3138 內部集成有 16 個模數轉換器（ADC），其中名稱為 ADC15 的模數轉換器不對外部開放，可以用來檢測 3 個AFE 模塊中任何一個的 EAP 或 EAN 引腳，實現對系統輸出電壓的精確采集，最終可以實現對輸出電壓的故障響應與保護。
 
1、UCD3138 的數字比較器
UCD3138 內部集成有4數字比較器，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，最終實現對系統輸出電壓故障（過壓，欠壓等）的快速響應與保護。
 
1.1 數字比較器的硬件電路簡介
圖 1 所示的是UCD3138 芯片內部模擬前端（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）；該誤差信號在模數轉換后變為數字量，然后輸入到數字環路補償模塊（Filter）。

Figure 1. UCD3138 AFE 模塊框圖

 
為豐富應用的靈活性，用戶設置的參考值（數字量）與EADC 的輸出值（數字量）相加后生成一個叫做“ 絕對值量（absolute value）” 的數字信號，可以表征實際采集到的電壓信息（即Vd 的值）。
UCD3138 的數字比較器就是以數字誤差信號（B 點值）或絕對值量（C 點值）作為一個輸入端，參考電壓值（用戶可以自行設置）為另一個輸入端所組成，觸發后可以配置其關斷任何一路DPWM。
UCD3138 中有3 個AFE 模塊，同樣地，也有4 個數字比較器。
 
1.2 數字比較器涉及的關鍵寄存器
 
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字化之后的信息量，即數字誤差量，其范圍與AFE 自身的增益有直接關系。例如，當增益值設置為1 時，其輸出范圍是+248~-256；而增益設置為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 的輸出即為系統的參考電壓。在UCD3138 的實際應用中，用戶可以設置DAC 的輸入值，為數字信號量。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，但并不是二者數字量的直接相加，因為其分辨率不同。事實上，上述三個數字量所各自表征的模擬量存在等式關系。
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系，如下：
? EADC 的輸出192 對應的模擬量為192×1mV/bit=192mV；
? DAC 的輸入747 對應的模擬量為 747×1.5625mV/bit=1167.1875mV；
? 絕對值量624 對應的模擬量為 624×1.5625mV/bit=975mV；
◎ 最終，1167.1875-975=192.1875≈ 192.
或者，三個數字量可以在增加衰減系數后存在如下等式關系：

 
1.3 數字比較器的軟件配置
在程序初始化階段，可以完成對數字比較器的配置。以配置數字比較器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一次數字比較器就會產生一個fault。
FaultMuxRegs.DCOMPCTRL0.bit.FE_SEL = 0;
上述代碼配置數字比較器的輸入為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字比較器0 的輸入。
FaultMuxRegs.DCOMPCTRL0.bit.COMP_POL = 1;
上述代碼配置為數字比較器的輸入高于參考量后才會觸發。
FaultMuxRegs.DCOMPCTRL0.bit.THRESH = 850;
參考量設置為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 時便會觸發數字比較器。
FaultMuxRegs.DPWM0FLTABDET.bit.DCOMP0_EN=1;
上面代碼配置為，數字比較器觸發后立即關斷DPWM0A 和DPWM0B。
 

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本文導航

• 第 1 頁：數字電源控制器UCD3138的數字比較器與模數轉換器的應用說明

• 第 2 頁：數字比較器的實際應用結果

• 第 3 頁：UCD3138 的內部模數轉換器ADC15

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