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(hù)。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(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（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(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(dāng)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(dāng)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,。可以觀察到,，當(dāng)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(dāng)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(jìn)行說明，其中AFE的增益設(shè)置為1.

　　當(dāng) 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(dāng) 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(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

　　可以觀察到，如果AFE 的增益設(shè)置為8,DAC 的值為747 時,，絕對值的范圍是727~767.此時,，如果計劃讓數(shù)字比較器在Vd 為1.33V 時觸發(fā)，則其參考值需要設(shè)置為850.然而,，數(shù)字比較器的另一端（輸入為絕對值）最大僅為767,因此數(shù)字比較器將沒有機(jī)會被觸發(fā),。

　　實際應(yīng)用中，設(shè)置數(shù)字比較器的參考值時需要考慮AFE 的增益,，以防止因EADC 提前飽和導(dǎo)致其輸出被鉗制而無法觸發(fā)數(shù)字比較器,。

　　2、UCD3138 的內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC15

　　UCD3138 芯片內(nèi)部共有16 個模數(shù)轉(zhuǎn)換器,，其中ADC15 可以在芯片內(nèi)部連接到AFE 模塊的EAP或EAN 引腳,。實際應(yīng)用中,，ADC15 可以用來檢測系統(tǒng)的反饋電壓，在軟件中可以還原出實際的輸出電壓,。

　　2.1 ADC15 的配置

　　UCD3138 芯片內(nèi)部的ADC15 可以連接到任意一個AFE 模塊的EAP 或EAN 引腳,，完成模擬信號的數(shù)字化。在應(yīng)用時,，與其它ADC 的配置方式非常相似,，唯一的差別是需要配置ADC15 到指定的AFE.

　　下面三行代碼是完成ADC15 與AFE 的關(guān)聯(lián)。其中,，AFE_MUX_CH_SEL 為1 是指ADC15 連接到AFE0;AFE_VIN_MUX 為0 是指ADC15 連接到EAP 引腳,。

　　MiscAnalogRegs.AFECTRL.bit.AFE_MUX_SEL=3;

　　MiscAnalogRegs.AFECTRL.bit.AFE_VIN_MUX=0;

　　MiscAnalogRegs.AFECTRL.bit.AFE_MUX_CH_SEL=1;

　　綜合上述配置,，ADC15 是連接到了AFE0 的EAP 引腳,，即可以檢測圖1 中的Vd 電壓。

　　2.2 實驗結(jié)果

　　如圖 4,當(dāng)Vd 為554mV 時,，ADC15 的結(jié)果（adc_values.Vout）為902.二者近似符合下面的等式：

　　如圖5,當(dāng)Vd 為1.64V 時,，ADC15 的結(jié)果（adc_values.Vout）為2681.二者近似符合下面的等式：

　　上述物理值與數(shù)字量之間的差別，主要是測量誤差導(dǎo)致,。

　　3,、UCD3138 的內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC15

　　UCD3138 芯片內(nèi)部的數(shù)字比較器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC15 都可以用來處理與輸出電壓相關(guān)的工作。

　　其中,，數(shù)字比較器配置之后可以實現(xiàn)對輸出電壓過壓或欠壓等的快速響應(yīng)與保護(hù),；ADC15 配置之后可以精確的采集輸出電壓信息，然后借助軟件設(shè)計同樣可以實現(xiàn)對輸出電壓的故障保護(hù),。