Gen-3 C2000 F280025C外圍電路和引腳配置詳解

作者：Dylan You

C2000 Gen-3對比于Gen-2的C2000，加入了三角函數(shù)運(yùn)算單元來進(jìn)一步提升運(yùn)算能力，提供了更多的ADC模塊及窗口比較器來增強(qiáng)采樣和保護(hù)的快速性和靈活性。同時，在實時通信方面，引入了新一代快速串行通信接口Fast Serial Interface (FSI)，可以支持在隔離的情況下最高200Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。

本文主要討論ADC通道的選擇、FSI接口的應(yīng)用、3.3V供電選型考量、GPIO口的配置和JTAG的連接與調(diào)試進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1. ADC通道的輸入寄生電容：

當(dāng)我們在把外部信號匹配到C2000的ADC通道的時候，常常會忽略到ADC的輸入模型可能會帶來的潛在影響。其中最為明顯的就是每個ADC通道上都會有一個輸入寄生電容，而具有較大輸入寄生電容的ADC通道通常是不適用于高頻采樣信號的。這是因為較大的輸入寄生電容會帶來更長的采樣窗口，進(jìn)而可能會影響到控制回路里的Computational power budget。如需了解更多信息，請參照 F28002X TRM的Choosing an Acquisition Window Duration 章節(jié)。

針對于Gen-3的F28002X的C2000, 我們可以在數(shù)據(jù)手冊的ADC Input Model章節(jié)的表格Table 1 中查詢到每一個ADC通道的內(nèi)部輸入寄生電容?；赥able 1，ADCINA3/ADCINC5通道不管是否啟用了比較器，因為其內(nèi)部輸入寄生電容達(dá)到71.4pF，都是明顯是不適合用于高速采樣信號的。而對于ADCINA0/ADCINC15來說，如果使用了內(nèi)部比較器，那么就需要慎重考慮采樣窗口和外部采樣電路。例如：如果我們希望使用某個ADC通道實現(xiàn)OVP功能的實現(xiàn)，而我們又只剩下了ADCINA0/ADCINC15這一個通道，那么我們可以利用軟件代碼在后臺任務(wù)來實現(xiàn)OVP的功能，而無需使用內(nèi)部比較器。如果我們一定要實現(xiàn)基于CMPSS模塊的OVP功能，那么建議切換到其他到ADC通道。

Table 1: ADC 通道寄生電容

1. FSI 接口介紹：

FSI接口是Gen-3的C2000引入的最新的高速可靠的快速串行接口。針對需要隔離的通信應(yīng)用場景，F(xiàn)SI接收端模塊具有一個可編程的Delay Line Control。通過對每一個線的RX_DLY_LINE_CTRL寄存器值進(jìn)行修改，從而對系統(tǒng)元器件（例如信號緩沖器和隔離器等）引起的信號延遲和板級的（例如不均勻的布線等）引起的信號延遲進(jìn)行補(bǔ)償，最終保證信號的完整性，實現(xiàn)高速可靠通信。FSI是應(yīng)用于點對點的的通信協(xié)議，例如單主/單從配置，所以FSI主要應(yīng)用于以下兩種場景：

• 兩個MCU直接進(jìn)行通信
• 板級之間的通信，例如PSFB的原邊和副邊的兩個MCU通過隔離芯片來通信

FSI接口的傳輸端（FSITX）和接收端（FSIRX）是完全獨立的，每個端口有自己獨立的寄存器、時鐘和中斷。而不同于IIC接口的一個重要區(qū)別是其只能作為單一方向的通信傳輸?；贔igure 1, FSI的每個端口有3個信號線，分別是時鐘CLK，數(shù)據(jù)線D0和一個額外的數(shù)據(jù)線D1。額外的數(shù)據(jù)線D1是作為多線傳輸來加倍數(shù)據(jù)傳輸速率，也可作為GPIO口。所以，通常來說點對點的FSI需要至少4根信號線。FSI最大可支持的時鐘頻率為50MHz，而時鐘的上升沿和下降沿也可作為數(shù)據(jù)的有效位判定。所以，理論上是可以達(dá)到最高200Mbps的傳輸速率。

Figure 1: FSITX/RX 模塊連接圖

在電機(jī)驅(qū)動和數(shù)字電源中，MCU之間進(jìn)行實時通信越來越普遍，而這也對通信實時性的要求變高。FSI接口因為具有可編程的delay line control，可以確保隔離應(yīng)用場景下高速通信且可靠，所以對比傳統(tǒng)的UART、SPI和CAN等通信接口來說更具優(yōu)勢。

F28002X FSI 和IIC兼容GPIO口及隔離芯片：

如果我們要把F280025C 64pin作為副邊的MCU和原邊的MCU進(jìn)行FSI通信，在工程師進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試階段，有時會希望通信接口既能作為FSI又能作為IIC通信。這個時候就會引入一些問題，例如IIC是雙向通信，而FSI是單向的。針對F280025C 64pin，只有以下GPIO口既能支持FSI，又能支持IIC:

• GPIO33 >> I2CA_SCL and FSIRXA_CLK
• GPIO8 >> I2CA_SCL and FSITXA_D1
• GPIO0 >> I2CA_SDA and FSIRXA_CLK
• GPIO32 >> I2CA_SDA and FSIRXA_D0
• GPIO10 >> I2CA_SDA and FSITXA_CLK

首先，只有GPIO32是支持FSIRXA_D0的數(shù)據(jù)線。其次，只有GPIO33的FSI和IIC都是作為時鐘使用。所以我們建議使用GPIO32/33作為接收端（RX）的數(shù)據(jù)和時鐘線。

此外，在選擇隔離器時，如果我們已經(jīng)明確了通信方向，那么只要我們保持IIC和FSI的數(shù)據(jù)傳輸方向，那么依然可以使用單向的隔離器，例如ISO7742來傳輸數(shù)據(jù)。

1. 3V供電電源芯片選擇小細(xì)節(jié)：

通常我們根據(jù)C2000的供電VDDA/VDDIO選擇對應(yīng)的前級DC/DC或者LDO時，更多會把重點放在輸出電流能力、PSRR和壓降等參數(shù)上，往往忽視了LDO的精度可能會帶來的影響。針對C2000內(nèi)部CMPSS模塊的參考DAC模塊，系統(tǒng)框圖如下圖。如果我們選擇VDDA作為COMPDAC的參考電壓，那么VDDA的任意百分比變化都會影響到COMPDAC的輸出。所以通常針對峰值電流控制模式的DC/DC，推薦使用1%精度的LDO，例如TPS7A90。

Figure 2: C2000 CMPSS 模塊的參考DAC部分框圖

1. GPIO口與外部信號的匹配：

• 三態(tài)（Tri-state）外部信號。例如外部信號Active的時候需要拉高，Sleep狀態(tài)下需求拉低，IDLE模式需求Floating。那么我們有兩種方式來處理，第一是通過將GPIO設(shè)置為輸入，然后禁用上拉，第二種是將GPIO設(shè)置為輸出和開漏，同時把GPIO電平設(shè)為低位。而這都可以通過C2000里面的GPAODR寄存器實現(xiàn)。
• 特定情況下，一些例如使能的數(shù)字口，如果不足以在低電平拉低，可以把其配置到模擬口。然后通過軟件對模擬量的判斷來實現(xiàn)高低電平的判斷，從而實現(xiàn)使能和關(guān)閉使能。

數(shù)字GPIO口不夠時的備選方案：

• 將原本作為風(fēng)扇等其他小型設(shè)備的反饋電壓（原邊為數(shù)字信號）作為模擬GPIO口。然后通過軟件代碼基于采樣電壓來判斷高低電平。
• Boot load的GPIO24和GPIO32如果是boot from flash，可以節(jié)省出兩個GPIO口。如果是boot from SCI和CAN等的話，可以在boot結(jié)束后復(fù)用為其他GPIO口。

1. JTAG接口連接及調(diào)試：

通常來說JTAG（IEEE標(biāo)準(zhǔn) 1149.1-1990 Standard Test Access Port and Boundary Scan Architecture） 具有五個引腳：TMS/TDI/TDO/TCK/TRSTn。主要的三大功能如下：

• 下載軟件到MCU的Flash
• 調(diào)試
• 邊界掃描：訪問芯片內(nèi)部的信號邏輯狀態(tài)以及芯片引腳狀態(tài)等

通常針對JTAG連接出現(xiàn)問題的調(diào)試流程如下：

a) Power Good LED 開啟：TI所有的C2000開發(fā)板都有LED來標(biāo)識MCU的供電是否正常。

b) 檢查Device Manager：使用JTAG仿真器和PC通信，我們首先需要安裝好驅(qū)動文件。通常我們在安裝CCS的時候會有具體細(xì)節(jié)。如需驗證驅(qū)動是否成功安裝，連接JTAG模擬器到PC并供電。然后在PC的Control Panel >> Device Manger 來定位到USB仿真器。

Figure 3: Device Manager 驅(qū)動確認(rèn)

c) 檢查MCU JTAG的TRSTn信號是否拉高：如果在CCS連接過程中，TRSTn沒有改變狀態(tài)，那么需要驗證仿真器是否配置正常。

d) 檢查Target Configuration：在Target Configuration File (.ccxml) 會包含連接Target device的所有相關(guān)信息以及JTAG仿真器的類型。在CCS中點擊“View”，然后點擊Target Configuration，找到User Defined下的 .ccxml 文件，就會顯示處New Target Configuration 界面如下圖。在下圖中選擇合適的Devices，保持配置，再點擊測試連接即可測試連接是否正常。

Figure 4: Target Configuration 確認(rèn)連接是否正常

e) 啟動CCS調(diào)試。

f) 檢查XRSn狀態(tài)：如果XRSn的狀態(tài)是低或者出現(xiàn)從低到高再到低的脈沖狀態(tài)，那么可能是多種因素造成。例如如果是從低到高再到低的脈沖，那么可能是看門狗導(dǎo)致的重啟。如果一直處于低電平，那么可能是因為供電或者PCB的其他的原因?qū)е铝薆rown Out Rest （BOR）。

g) 檢查Boot Mode：如果使用的是GPIO24和GPIO32默認(rèn)的Bootload口，那么參照F28002X的TRM中3章節(jié)，檢查GPIO24和GPIO32的引腳來確認(rèn)是否在期望的Boot load 模式。

h) 檢查VREG/時鐘/系統(tǒng)時鐘：測量并確認(rèn)JTAG的時鐘和晶振是否符合數(shù)據(jù)手冊表明。測量并確認(rèn)是否供電是否運(yùn)行在了推薦電壓值以外導(dǎo)致了BOR等問題。

參考文檔：

1. ADC Input Circuit Evaluation for C2000 MCUs
2. 快速串行接口（FSI）在多芯片互連中的應(yīng)用
3. C2000 MCU JTAG Connectivity Debug