数字电源控制器UCD3138的数字比较器与ADC的应用说明

要注意EADC 的饱和问题。

上文1.2 节提到，EADC 的输出有一定的范围，当输入过大或过小时，EADC 的输出会固定在其上限或下限，此时便是EADC 处于了饱和状态。仍以上面提到的实验为背景进行说明，其中AFE的增益设置为1。

当 Vd 电压为554mV 时，绝对值量预计为355（因为554/1.5625≈ 355），EADC 的输出预计为613（参考1.2 节最后的等式）。而实际读取发现，绝对值量为588，EADC 的输出为248，这与设想完全不同。分析原因可知，此时EADC 已经处于了正向饱和，输出的上限为248。

Figure 4. EADC 正向饱和

同样地，当 Vd 电压为1.64V 时，绝对值量预计为1050（因为1640/1.5625≈ 1050），EADC 的输出预计为-473（参考1.2 节最后的等式）。而实际读取发现，绝对值量为911，EADC 的输出为-256，这与设想也是完全不同。分析原因亦可知，此时EADC 已经处于负向饱和，输出的下限为-256。

Figure 5. EADC 负向饱和

综合上面分析可知，在DAC 的值固定后，绝对值量存在一个范围，该范围与AFE 的增益有直接关系，如下表所示。

Table 1. 绝对值量范围和AFE 增益的关系

可以观察到，如果AFE 的增益设置为8，DAC 的值为747 时，绝对值的范围是727~767。此时，如果计划让数字比较器在Vd 为1.33V 时触发，则其参考值需要设置为850。然而，数字比较器的另一端（输入为绝对值）最大仅为767，因此数字比较器将没有机会被触发。

实际应用中，设置数字比较器的参考值时需要考虑AFE 的增益，以防止因EADC 提前饱和导致其输出被钳制而无法触发数字比较器。

2、UCD3138 的内部模数转换器ADC15

UCD3138 芯片内部共有16 个模数转换器，其中ADC15 可以在芯片内部连接到AFE 模块的EAP或EAN 引脚。实际应用中，ADC15 可以用来检测系统的反馈电压，在软件中可以还原出实际的输出电压。

2.1 ADC15 的配置

UCD3138 芯片内部的ADC15 可以连接到任意一个AFE 模块的EAP 或EAN 引脚，完成模拟信号的数字化。在应用时，与其它ADC 的配置方式非常相似，唯一的差别是需要配置ADC15 到指定的AFE。

下面三行代码是完成ADC15 与AFE 的关联。其中，AFE_MUX_CH_SEL 为1 是指ADC15 连接到AFE0；AFE_VIN_MUX 为0 是指ADC15 连接到EAP 引脚。

MiscAnalogRegs.AFECTRL.bit.AFE_MUX_SEL=3;

MiscAnalogRegs.AFECTRL.bit.AFE_VIN_MUX=0;

MiscAnalogRegs.AFECTRL.bit.AFE_MUX_CH_SEL=1;

综合上述配置，ADC15 是连接到了AFE0 的EAP 引脚，即可以检测图1 中的Vd 电压。

2.2 实验结果

如图 4，当Vd 为554mV 时，ADC15 的结果（adc_values.Vout）为902。二者近似符合下面的等式：

如图5，当Vd 为1.64V 时，ADC15 的结果（adc_values.Vout）为2681。二者近似符合下面的等式：

上述物理值与数字量之间的差别，主要是测量误差导致。

3、UCD3138 的内部模数转换器ADC15

UCD3138 芯片内部的数字比较器和模数转换器ADC15 都可以用来处理与输出电压相关的工作。

其中，数字比较器配置之后可以实现对输出电压过压或欠压等的快速响应与保护；ADC15 配置之后可以精确的采集输出电压信息，然后借助软件设计同样可以实现对输出电压的故障保护。

4、参考文献

1. UCD3138 datasheet, Texas Instruments Inc.

2. UCD31xx Fusion Digital Power Peripherals Programmer’s Manual, Texas Instruments Inc.

3. UCD31xx Miscellaneous Analog Control _MAC_, Texas Instruments Inc.