参考

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作者：余汉太阳

介绍

在此应用中，我们将描述如何在GreenPak5设备中创建最多16位的ADC，该设备具有用于连接MCU的I2C接口。ADC架构采用最小的GreenPak资源，但允许通过电阻实现简单的输入范围调整。

ADC架构

ADC基本上包括模拟比较器和数模转换器（DAC）。比较器感测到DAC输出电压的输入电压Vs，然后控制是否增加或减少DAC输入代码，使得DAC输出会聚到输入电压。得到的DAC输入代码成为ADC数字输出代码。

在我们的实现中，我们使用PWM控制的电阻网络创建DAC。我们可以使用GreenPak轻松创建精确的数字控制PWM输出。滤波时的PWM变为我们的模拟电压，因此用作有效的DAC。这种方法的明显优点是通过简单地调整电阻值，易于设定对应零代码和满量程（等效偏移和增益）的电压。例如，用户想要从具有0.5V的零摄氏度的温度传感器读取零码，并且在100度的满量程代码对应于0.7V。这通过简单地设置一些电阻值可以轻松实现。通过使ADC系列匹配感兴趣的传感器范围，我们最大限度地利用ADC分辨率。

这种架构的设计考虑因素是内部PWM频率需要比ADC更新速率快得多，以防止其控制循环的受损行为。因此，这种架构更适合于诸如温度传感器的相对慢的感测应用。雷竞技安卓下载

实施：电阻网络

外部电阻和电容器网络用于将PWM转换为模拟电压，如图1所示。计算值的值，用于最大分辨率，其中DAC MIN和MAX电压匹配传感器的最小电压和最大电压。为实现这种灵活性，我们将电阻R2和R3平行于VDD和地。它们的值可以使用以下等式来解决。

注意：ACMP的负输入不得超过1.0V。GreenPak具有片上增益分频器，可用于如果需要，可用于分割输入电压。

实施：ACMP.

配置ACMP，使得正输入是GPIO，负输入也是GPIO。正端子应连接到传感器和负端子到电阻网络。

此ACMP的输出控制PWM将增加或减少的方向。高输出表示传感器大于DAC。低输出表示传感器小于DAC。

实施：PWM DAC

PWM由GreenPak内部生成。其输出连接到R1。此PWM是独一无二的，因为它是可调且不断运行的。

首先，采取两个相同长度的计数器，并允许它们持续运行。它们的输出将成为PWM的集合和复位信号。该设置指示PWM输出变高。重置指示PWM输出何时低位。因此，设置和复位之间的相对时序等同于PWM宽度。

为了创建可调时定时，通过在复位计数器保持恒定时添加或减去时钟来调整设定计数器。有关3位LUT1属性，请参见图2。当IN2（UP / NDOWN）为逻辑0时，此块的输出将跳过一个时钟。当In2是逻辑1时，此块的输出将添加一个时钟。

添加时钟相对于复位相对于复位，增加了PWM宽度。跳过时钟将稍后相对于复位移动设置，降低PWM宽度。如前所述，添加或跳过的选择由ACMP输出控制。

设置输出反转并连接到DFF7的NRESET。复位输出连接到DFF7的CLK。DFF7输出也被反转。设置为低电平时，PWM信号变高。重置变高时，PWM信号变为低电平。图3是表示PWM信号如何切换的时序图。

实施：更新期

以前，我们提到内部循环必须比外部循环慢得多，以获得最佳稳定性。这里它由CNT3实现，CNT3在其输出高之前计算64个复位信号。因此，更新速率比PWM频率慢64倍。

该信号还用于更新下一个讨论的ADC数据。

实施：I2C可读性

在GreenPak5中，我们可以使用I2C来读取计数器数据。这仅适用于计数器CNT0，CNT1，CNT5和CNT6。在这里，我们使用16位CNT0来存储PWM宽度。在更新的上升沿，CNT0开始使用相同的时钟源填充，只有这次它且具有PWM输出的频率。因此，CNT0保持PWM的数字表示。

为了读取CNT0中的数据，访问位置0xec和0xEB，表示位[15：8]和[7：0]。重要的是要记住，在加载过程中，每次更新周期和数据都不正确完成此过程。data_read_window是一个输出信号，连接到nupdate，它可以用作计数器具有有效数据时的指示器。

变体

基本设计具有电源的比例。例如，这适用于电阻桥传感器。

在非比率应用中，我们可以使用外部LDO雷竞技安卓下载，或者，我们可以使用双轨GreenPak，如SLG46538来实现内部LDO。双电源装置可以配置成使得第二电源是第一电源的降压，从而创建简单的LDO。注意，这种LDO的输出驱动受GPIO输出强度的限制。

我们可以实现的另一个变体是2ⁿADC通道在同一芯片上。这可以通过重用两个通道的复位计数器来实现。但是由于没有足够的16位计数器，双通道版本只能有多达8位分辨率。我们已经提供了一个示例设计，其中两个信道ADC的计数器数据存储在0xEB和0xee。

对于我们想要处理超过ADC范围的输入的情况，我们需要实现翻转保护电路。例如，当我们达到0％或100％时，我们希望防止ADC代码滚动。额外的计数器可用于设置最小PWM和最大PWM。或者，可以设置电阻器分隔器，使得传感器输出永远不会到达Vmin和Vmax。

结论

基于结果，我们能够实现最大16位ADC，+/- 1或2 LSB抖动。设计示例设置为10位，以实现更快的收敛性。使用这种设计的16位ADC非常慢，因为PWM DAC通过线性步骤更新，因此只能与缓慢移动信号一起使用。通过调整PWM计数器，可以轻松调整位宽度。