系统电源设计正变得越来越复杂,趋势仍然是成本、可靠性、效率、易用性和功率密度(每单位体积的输出功率)。 通常情况下,系统设计人员将电源设计作为其设计的最后阶段只是为了意识到在 CPU/DSP、内存、芯片组、主机处理器/FPGA 和其他系统组件区域被修复后没有太多空间。
让我们仔细看看电源管理在系统设计中扮演的角色。电源管理是“始终开启”超低功耗系统控制器(如 MSP430 器件)最好执行的另一项功能。这样做的原因有两个。首先,电池充电和监控需要每隔几分钟甚至几秒持续进行一次。与超低功耗 MSP430 微控制器相比,应用处理器需要更长的时间才能唤醒并且消耗更多的功率来完成同样的功能。其次,从系统架构的角度来看,使用应用处理器轮询电池充电器、电量计和温度传感器会“分散”运行操作系统 (OS) 和关注用户体验的注意力。此外,电源设计团队通常不同于应用处理器团队。分离电源管理控制器允许在架构解决方案时有更多的自主权。
我们需要了解数字控制的另一个非常重要的方面;这就是 PWM 过程。正如 ADC 是模拟世界和数字世界之间的纽带一样,PWM 模块将同样的功能带回模拟世界。考虑到它对您的控制回路性能的战略贡献,我们花一些时间讨论它是很合适的。
当我在 70 年代后期学习控制理论时,我们从未学习过前馈系统。一切都基于反馈和“G/(1+GH)”。如果我想从我的控制回路中得到一个僵硬的响应,我唯一知道要做的就是提高我的增益,直到我的系统刚好避免振荡!但后来我在 90 年代中期阅读了 Curtis Wilson(无关)的一篇关于前馈控制的文章,它改变了我对控制系统的看法。
上一篇文章我们讨论了模数转换器,更具体地说,是与获取输入样本相关的时序。但是,如果你不小心的话,杂草中还有一个更大的问题正在逼近,它可能会咬你。ADC 转换完成后,结果意味着什么?基于查看这些位,您对输入信号的真正了解程度如何?您真正需要多少位,您真正可以信任多少位?
上一篇我讨论了与模拟和代码生成相关的更一般的问题。但今天我想把焦点转向模数转换器。ADC 是数字控制应用中最关键的外设之一,因为它构成了模拟世界和数字世界之间的纽带。它也是最容易被误解的外围设备之一。对于 ADC,许多工程师只满足于知道位数和转换速度。但在数字控制应用中,如果我们想要获得满意的结果,就必须更深入地研究 ADC 规范。
数字集成电路设计是一个程序化的过程,包括将规格和特性转换成数字块,然后再进一步转换成逻辑电路。与数字集成电路设计相关的许多限制来自铸造工艺和技术限制。数字IC强调的是运算速度与成本比,数字IC设计的目标是在尽量低的成本下达到目标运算速度。设计者必须不断采用更高效率的算法来处理数字信号,或者利用新工艺提高集成度降低成本。
那么,哪种 PWM 技术最适合您的电机控制应用?到目前为止,我们已经研究了两种电机驱动拓扑结构,它们会在电机上产生单极 PWM 电压波形,
EPAD MOSFET 在以适当的栅极电压开启时充当开关,其中在漏极和源极端子之间形成导电通道。源极端子作为输入,漏极端子作为输出。开关的导通电阻取决于由栅极电压控制的沟道导通电流。在这种情况下,如果使用增强型器件,则可以通过栅极端子上的正偏置电压打开开关,信号从源极传播到漏极端子。信号本质上可以是数字的或模拟的,只要用户考虑相对于开关通道导通电阻的输入和输出阻抗水平。
许多电路需要将其输入和输入阻抗与输出阻抗隔离,以便输出负载不会干扰输入信号。这有时可以通过使用晶体管缓冲器或运算放大器缓冲器来实现,每种缓冲器都存在许多设计权衡。例如,使用 ALD110800 零阈值 MOSFET,可以提供这种隔离,同时提供偏置到与输入电平范围相同的电压电平的电路输出。这是零阈值 MOSFET 的基本能力。输入和输出电平也可以偏置在固定电压附近,例如 0.0V。
在 5V、3.3V 或更低电压下运行的低压系统通常需要具有 1V 或更低阈值或开启电压的有源 MOSFET 器件。对于模拟设计,该阈值电压直接影响工作信号电压范围。
EPAD MOSFET 专为实现器件电气特性的出色匹配而设计。这些器件专为实现最小失调电压和差分热响应而构建。由于集成在同一块单片芯片上,它们还具有出色的温度系数跟踪特性。
在电路设计中追求更低的工作电压和更低的功耗水平是一种趋势,这给电气工程师带来了艰巨的挑战,因为他们遇到了基本半导体器件特性对他们施加的限制。长期以来,工程师们一直将这些特性视为基本特性,并且可能阻碍了他们将可用电压范围最大化,否则会使新电路获得成功。
有时,一项引发根本性或戏剧性进步的技术或技术很快就会被最初创新的变化或改进所取代,锗基晶体管就是一个很好的例子。75 年前的 1947 年,当约翰·巴丁 (John Bardeen)、沃尔特·布拉顿 (Walter Brattain) 和威廉·肖克利 (William Schockley) 开发并展示了第一个晶体管(一种点接触器件)时,固态和现代电子时代诞生了。他们的晶体管使用掺杂的锗,金箔触点用小弹簧推到表面。
如今,从 PDA 和智能手机到医疗设备和测试设备,所有手持设备都触手可及,因此我们需要它们尽可能长时间地使用就不足为奇了。 然而,一个关键问题是运算放大器的速度,因为低功耗通常意味着有限的速度,例如带宽和转换率。我说“通常”是因为有例外,我们将在此处讨论。