探究STM32G4系列控制器中運(yùn)算放大器的應(yīng)用

最近在開(kāi)發(fā)一款產(chǎn)品的過(guò)程中用到了STM32G4系列的產(chǎn)品STM32G491，了解到該產(chǎn)品的一些優(yōu)勢(shì)，不僅其數(shù)字處理能力強(qiáng)大，更重要的是集成了豐富的模擬外設(shè)電路 - 多路模擬開(kāi)關(guān)/比較器/運(yùn)算放大器、ADC、DAC、溫度傳感器等，而且運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)和增益都可以編程，非常靈活，能夠滿(mǎn)足大多數(shù)場(chǎng)景的應(yīng)用，比如電機(jī)控制、工業(yè)設(shè)備、儀器儀表、數(shù)字電源等產(chǎn)品。

順便講一下，這顆芯片用在電賽中會(huì)非常合適 - 功能強(qiáng)大、產(chǎn)品指標(biāo)較高，使用便捷。

雖然單顆器件的價(jià)格會(huì)高一些，但高集成度節(jié)省了板卡的面積，降低了BOM的整體成本，當(dāng)然更重要的是其靈活性。

這顆器件的數(shù)字信號(hào)處理能力也非常強(qiáng)，比如帶有FPU功能的Cortex M4內(nèi)核能夠運(yùn)行到高達(dá)170MHz的時(shí)鐘速度，并支持：

數(shù)學(xué)運(yùn)算加速，比如Cordic - 非常適用于FOC電機(jī)控制

濾波數(shù)學(xué)加速（FMAC）- 數(shù)字電源、Sigma Delta調(diào)制、噪聲成型，有FIR濾波器和IIR濾波器

以下是一個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用，充分利用了數(shù)字信號(hào)處理和模擬信號(hào)處理的混合能力，在一顆芯片中搞定所有的功能：

這個(gè)芯片的定位就是電機(jī)控制、數(shù)字電源等，有不同的系列，在我們的產(chǎn)品中出于性?xún)r(jià)比的考慮，選用了STM32G491系列。

其內(nèi)部有3個(gè)12位/4Msps的ADC、4路12位，最高轉(zhuǎn)換率可以達(dá)到15Msps的DAC（搭配能夠產(chǎn)生各種信號(hào)的算法，做信號(hào)發(fā)生器非常方便）、還有4個(gè)可以靈活編程的運(yùn)算放大器。

STM32G4系列內(nèi)部運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)如下：

可以通過(guò)寄存器的配置來(lái)設(shè)置內(nèi)部的連接關(guān)系和放大器的增益

它的主要技術(shù)指標(biāo)：

輸入電壓偏移：大約位+/-3mV（通過(guò)內(nèi)部的校準(zhǔn)以后能夠達(dá)到的精度）

模擬帶寬：大約13MHz

壓擺率：正常模式大約為6.5 V/μs， 高速模式大約為45 V/μs.

輸出飽和電壓：低于100mV（軌到軌）

增益：

正：+1， +2， +4， +8， +16， +32， +64

負(fù)：-1， -3， -7， -15， -31， -63

開(kāi)環(huán)增益：-95dB

喚醒時(shí)間：3 μs

配置為反相放大器：

反相放大器再并聯(lián)反饋電阻

配置為同相放大器

同相放大器并聯(lián)反饋電阻/電容

反相放大器的輸入端通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)切換輸入的信號(hào)源

在同相放大器的輸入端通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)切換輸入源

放大器的輸出端也可以通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)切換，可以將信號(hào)輸出到外面的管腳，也可以直接連接到內(nèi)部ADC的輸入端。

可以在芯片外部添加直流偏移：

同相放大器添加外部濾波器：

添加外部直流偏移 + 濾波器：

下面是幾個(gè)應(yīng)用示例：

用于光電檢測(cè)的跨阻配置：

2. 用于驅(qū)動(dòng)ADC的跟隨器

3 同相放大配置中的內(nèi)部增益可編程調(diào)節(jié)：

4 用于ADC輸入端的抗混疊濾波器（AAF）的作用對(duì)比示意：

5. 采用了外部電容的可編程增益配置

6. 雙電機(jī)控制應(yīng)用中的STM32G4內(nèi)部配置：

電機(jī)驅(qū)動(dòng)的外部電路連接：

今天文章中的截圖來(lái)自ST官網(wǎng)上的一篇應(yīng)用指南，內(nèi)容有43頁(yè)，有興趣的同學(xué)可以搜一下來(lái)細(xì)致閱讀，該文章的名字為：

AN5306： Operational Amplifier （OPAMP） usage in STM32G4 Series

希望對(duì)大家有幫助。

更希望備戰(zhàn)電賽的同學(xué)們有幫助！

編輯：jq