C2000內(nèi)置比較器誤差來源及校正方法

C2000系列芯片在數(shù)字電源和電機控制中有著廣泛的應(yīng)用，在這些應(yīng)用中，過流過壓保護是必不可少的。TI 的Picollo系列芯片從F2802x開始，就已經(jīng)集成了帶DAC的片內(nèi)比較器，通過DAC設(shè)定閾值，與采樣信號分別送到片內(nèi)比較器的正負輸入端做比較，生成保護信號給到PWM模塊封鎖PWM輸出，從而實現(xiàn)過流過壓保護，響應(yīng)速度快，無需額外再加比較器和基準(zhǔn)電壓。

C2000系列芯片的內(nèi)置比較器主要可以分為如下兩類：

不管是以上哪種類型的比較器，其輸入正端都是直接連到ADC采樣口（這個口用來采樣需要監(jiān)控的信息比如電壓或電流），輸入負端則可以選擇連到內(nèi)部的DAC輸出或者另一個ADC采樣口。本文將以比較器負端連到內(nèi)部DAC輸出為例（這也是最常見的一種用法），介紹內(nèi)部比較器可能的誤差來源及其矯正方法。

誤差來源：

static offset error，靜態(tài)失調(diào)誤差。

比較器滯環(huán)

ADC基準(zhǔn)和比較器內(nèi)部DAC基準(zhǔn)差異。

一、static offset error靜態(tài)失調(diào)誤差

現(xiàn)在假設(shè)我們希望的比較閾值為1.5V，當(dāng)比較器正端輸入電壓大于1.5V時，比較器輸出為1（高電平）；輸入電壓小于1.5V時，比較器輸出0（低電平）。如果內(nèi)部DAC的基準(zhǔn)為3V，那么我們需要把DACVAL設(shè)定為2048使得DAC輸出1.5V。在上面描述的這種情況下有兩個地方會引入誤差，一個是內(nèi)部DAC的誤差（offset error），另一個是比較器的誤差（input referred offset error），這兩個誤差總稱為static offset error，靜態(tài)失調(diào)誤差。

對于F28004x， F2807x，F(xiàn)2837x系列芯片，其規(guī)格書上都有static offset error這個參數(shù)，為±25mV。也就是說，雖然理論上DACVAL=2048可以得到1.5V的閾值，但是因為static offset error，比較器發(fā)生翻轉(zhuǎn)時負端的電壓可能在1.475V到1.525V之間，而這個值是多少你并不知道，所以就需要校準(zhǔn)。校準(zhǔn)方法就是，在比較器正端接上一個你需要的閾值電平，在關(guān)掉內(nèi)部比較器滯環(huán)的條件下，讓比較器的DACVAL從0逐漸增大到4095，再逐漸減小到0，這樣比較器輸出會有兩次翻轉(zhuǎn)，將這兩次翻轉(zhuǎn)時的DACVAL的值作平均，就是校正后的閾值電壓對應(yīng)的DACVAL的值。

如果不用內(nèi)部的DAC生成比較閾值，比較器的正端和負端都接外部信號的話，那么就只需要考慮比較器的誤差了。

二、比較器滯環(huán)

C2000比較器的滯環(huán)是可以設(shè)定的，COMPHYSCTL的COMPHYS位可以設(shè)定滯環(huán)的環(huán)寬，當(dāng)環(huán)寬設(shè)定為0時也就意味著沒有滯環(huán)。注意在規(guī)格書中，滯環(huán)的單位是LSB，所以它和CMPSS模塊內(nèi)部的DAC的參考有關(guān)。如果內(nèi)部DAC的參考電壓是3V，1LSB對應(yīng)3V/4096=0.7mV。以F28004x，F(xiàn)2807x， F2837x為例，其滯環(huán)可以在12LSB, 24LSB, 36LSB, 48LSB中選擇。

需要指出的是，加入滯環(huán)后，比較器從0翻轉(zhuǎn)到1的閾值依然是之前校準(zhǔn)過的值，而不會變成（校準(zhǔn)過的值+1/2*滯環(huán)寬度），而從1翻轉(zhuǎn)回0的閾值則會變成（校準(zhǔn)過的值-滯環(huán)寬度），如下圖所示：

三、ADC基準(zhǔn)和比較器內(nèi)部DAC基準(zhǔn)的差異

在實際系統(tǒng)中，除了用比較器做硬件保護，通過AD采樣來做軟件保護也很常見。對于同一個電壓或者電流信號，在考慮了前述靜態(tài)失調(diào)誤差和滯環(huán)后，有時候我們會發(fā)現(xiàn)ADC采樣得到的值根本沒到比較器DAC輸出的閾值，但是比較器依然翻轉(zhuǎn)了，這其中甚至?xí)畹?00個LSB。這是因為芯片ADC的基準(zhǔn)電壓和比較器內(nèi)部DAC的基準(zhǔn)電壓不同導(dǎo)致的。

以F28004x，F(xiàn)2807x， F2837x為例，比較器內(nèi)部DAC的基準(zhǔn)默認來自于VDDA，可以配置成VDAC，而ADC的基準(zhǔn)來自于VREFHI，VDDA默認供電是3V，而我們常用的內(nèi)部ADC基準(zhǔn)VREFHI是3.3V，這樣，如果我們的比較器DACVAL設(shè)定為2048，那么比較器會在1.5V翻轉(zhuǎn)，而此時ADC采樣的值只有1.5V/3.3V*4096=1862。這就是因為ADC基準(zhǔn)和比較器內(nèi)部DAC基準(zhǔn)的不同帶來的差異，對于既需要做硬件保護，又需要做軟件保護的信號，這一點需要特別注意。最簡便的解決辦法就是，將比較器內(nèi)部的DAC基準(zhǔn)配置為VDAC，同時將VDAC連到VREFHI上，使得兩者的基準(zhǔn)一致。

結(jié)論

本文以F28004x，F(xiàn)2807x，F(xiàn)2837x芯片為例，介紹了內(nèi)置比較器的誤差來源及校正方法，同時糾正了比較器滯環(huán)的錯誤理解。對于同一個信號既需要軟件保護又需要硬件保護的系統(tǒng)，我們指出了導(dǎo)致軟硬件保護閾值可能出現(xiàn)偏差的原因，同時給出了解決辦法。正確使用C2000芯片內(nèi)部比較器可以實現(xiàn)快速軟硬件保護，提高系統(tǒng)整體可靠性，同時無需外部基準(zhǔn)和比較器，節(jié)省PCB空間，是一個非常實用的模塊。

審核編輯：郭婷