术语和定义
参考文献
//www.wsdof.com/configurable-mixed-signal．
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作者:伊万Vaskiv
介绍
本应用笔记描述了三种使用Dialog半导体的PWM设计变体雷竞技电竞平台GreenPAK集成电路:
- “0-100% PWM”是可以控制信号占空比从0到100%全范围的PWM信号发生器，由外部或内部信号(例如:来自外部引脚的信号、I2C信号、来自比较器的信号等)控制。
- “可编程限制PWM”是“0-100% PWM”的修改，可设置PWM的占空比的最大和最小限制。I2C可以改变这些限制。
- “锯齿波调制”是一种PWM发生器，具有可设置的最大和最小占空比限制，并产生锯齿波调制。
它是如何工作的?
让我们从一个简化的设计开始。下面的设计就是用UP和DOWN按钮控制PWM占空比的PWM发生器。
PWM的占空比由CNT3和CNT5输出脉冲之间的位移决定。CNT3计数器数据应与CNT5计数器数据相等。DFF3由CNT5脉冲上升沿设定，CNT3低脉冲复位。CNT3输出是倒转的，所以主动信号是低的(见图2）.
为了改变PWM占空比的值，我们需要向CNT5(增加PWM占空比)或CNT3(减少PWM占空比)添加一个时钟。它可以通过外部按钮来改变CNT3, CNT5输出之间的延迟。一个时钟使1步移(其中1步移= (1/(CNT5(或CNT3)计数器数据+ 1))* 100%)。DFF2和DFF4用于避免按钮产生逻辑LOW时出现的额外时钟。
图3显示了PWM占空比线性变化的设计。此外，还可以控制占空比变化的速率和控制这种变化的方向。
这里，CNT1产生一个时钟信号。当“UP/DOWN_CTRL”引脚为高时，信号通过3位LUT2(占空比增加)进入CNT5 CLK输入。当“UP/DOWN_CTRL”引脚为LOW时，信号通过3位LUT4(占空比降低)进入CNT3 CLK输入。
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2-L3只是一个缓冲。这个是用来保证0%的占空比。在某些情况下，该设计将在没有2-L3缓冲的情况下工作，占空比为0%。然而，当CNT5的传播时间小于CNT3时，会导致输出端出现短脉冲。所以2-L3保证了当占空比为0%时输出干净。
PWM占空比的变化率取决于CNT1的周期。PWM占空比从0%到100%的全斜坡时间可以用以下公式计算:
T_PWM_RAMP = CNT5计数器数据* CNT1周期
“0 - 100% PWM”
上面描述了“0-100% PWM”设计的一部分。这是一个线性可变的PWM，占空比从0到100%，由外部信号控制。占空比的变化率可以通过I2C来改变。
HOLD按钮用于保持占空比常数。这个按钮只是重置CNT1。CNT1由高电平信号复位，并保持输出高电平。
“Reset to LOW”按钮用于将占空比重置为0%。
DFF4和DFF6提供了占空比上限，避免溢出。这两个DFFs测量两个信号(CNT3和CNT5的输出)之间的位移。当位移等于OSC0的1.5时钟周期时，这些DFFs检测它并复位CNT1。因此，当UP/DOWN_CTRL信号保持高电平时，占空比不会改变。当CNT1复位时，输出变为HIGH，产生一个时钟信号，RC OSC信号不再被3位LUT2反转。你可以看到图7和图8．当移位为1.5时钟周期时，DFF3输出最大占空比为:
max。占空比= CNT5计数器数据/(CNT5计数器数据+1)。
在我们的例子中:
255/256 = 99.6%
通道1(黄线/顶线)- DFF3 OUT
D0 - cnt5退出
D1 - cnt3退出
D2 - cnt1退出
D3 - 3位LUT2 OUT
D4 - 3位LUT4 OUT
D5 - dff4退出
D6 - dff8退出
DFF8和DFF10提供了占空比下限，以避免溢出。这两个dff测量两个信号CNT3和CNT5之间的位移。当移位等于OSC0的半个时钟周期时，这些DFFs检测它并复位CNT1。因此，当UP/DOWN_CTRL信号保持低电平时，占空比不会改变。当CNT1复位时，其输出变为HIGH，产生一个时钟信号，RC OSC信号不再被3位LUT4反转。你可以看到图9，图10，图11．最小占空比为:
最小占空比= 0%。
通道1(黄线/顶线)- DFF3 OUT
D0 - cnt5退出
D1 - cnt3退出
D2 - cnt1退出
D3 - 3位LUT2 OUT
D4 - 3位LUT4 OUT
D5 - dff4退出
D6 - dff8退出
2- l1和LATCH 2用于创建100%占空比。当信号处于最大占空比时，DFF6的输出变高，2-L1的输出也变高。因此，该设计的占空比可以从0%变为100%。
“可编程限制PWM”
为了控制PWM的最大值和最小值，需要将“0-100% PWM”设计中的DFF4和DFF10替换为延时块(DLY4和DLY6)。
图12给出了具有PWM占空比可编程限制特点的设计方案。要改变占空比的限值，可以通过I2C改变DLY4计数器数据(占空比的上限)和DLY6计数器数据(占空比的下限)。占空比的上下限可以用以下公式计算:
上限= (1-(((DLY4计数器数据+2)/(CNT5计数器数据+1)))* 100%
下限= (((DLY6计数器数据+1)/(CNT5计数器数据+1))* 100%
将“可编程PWM限制”设计文件中的PWM实例设置为20% ~ 50%占空比范围。
本设计的最小可能占空比为0.78%，最大可能占空比为98.82%。
通道1(黄色/顶部线)- PIN#17 (PWM_OUT)
通道2(浅蓝色/第二行)- PIN#5(复位到LOW)
通道3(品红/第三行)- PIN#3 (HOLD)
Channel 4 (blue/bottom line) - PIN#4 (UP/DOWN_CTRL)
因此，本设计可以作为一个PWM发生器，可以定义PWM占空比的限值、占空比变化率及其方向。这一切都可以通过I2C接口完成。此外，在本应用笔记中提出的所有设计中，都有可能改变PWM频率。
“三角调制”
“三角调制”是一种根据三角原理产生占空比改变的PWM信号的设计，并具有可配置的占空比限制(例如23-87%，75-90%，在我们的例子中是30-70%)。此外，调制速率可以通过I2C控制，与前面的设计相同。
DFF10用于改变占空比变化的方向。
根据锯齿原理，有可能得到占空比改变的PWM信号。为此，我们应该设置上限值和下限值对称于50%占空比(例如:20-80%，35-65%)，这样我们就得到了在设置范围内2-L0输出的锯齿形PWM。
此外，也有可能添加一个“保持”按钮和“重置”按钮的设计。
该设计的所有其他功能与前面的设计相同。
结论
PWM技术在许多电子设备中广泛应用。PWM的主要优点是效率高，通过开关器件的功耗很低。当开关关闭时，几乎没有电流，当开关打开时，电源被转移到负载上，通过适当选择的开关，有很小的电压降。作为电压和电流的乘积，功率损耗在这两种情况下都接近最小。
这些设计可用于控制电子设备的电源，特别是对电机等惯性负载，保持刷电机的恒定转速，太阳能电池充电器，驱动led，和许多其他用途。