PIC18-Q71系列的智能模擬特性

PIC18-Q71 產(chǎn)品系列概述

傳統(tǒng)上，MCU主要是數(shù)字設(shè)備，只有基本的模擬功能。換言之，任何比使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）進行基本測量更先進的方法都將使用設(shè)計中其他地方的分立器件來實現(xiàn)。但是，情況并非總是如此。PIC18-Q71 系列 MCU將高性能 PIC18 中央處理器 （CPU） 內(nèi)核與集成模擬內(nèi)核獨立外設(shè) （CIP） 配對，適用于混合信號和模擬應(yīng)用。

該系列包含：

模擬外設(shè)管理器 （APM）

具有計算和上下文功能的12位差分ADC

10位數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）

兩個 8 位 DAC

兩個集成運算放大器（OPAMP），帶內(nèi)部電阻梯

一個固定電壓基準 （FVR）

兩個模擬比較器 （CMP）

零交叉檢測 （ZCD）

溫度指示器 （溫度）

這些模擬外設(shè)是對各種片上數(shù)字外設(shè)的補充，如16 位脈寬調(diào)制器 （PWM）、通用定時器 （UTMR）和帶存儲器掃描儀的循環(huán)冗余校驗 （CRC）。

使用這些模擬外設(shè)，可以減小設(shè)計的尺寸、部件數(shù)量和功耗。值得注意的是，這是第一個包含模擬外設(shè)管理器（APM）的MCU系列，APM是一種特殊的定時器，可以獨立于CPU打開和關(guān)閉模擬外設(shè)。在不需要連續(xù)采樣的設(shè)計中，這可以節(jié)省大量功耗。

板載另一個外設(shè)是具有計算和上下文功能的12位差分ADC。該外設(shè)與普通ADC的不同之處在于包括計算和上下文切換功能。計算特性允許ADC在內(nèi)部執(zhí)行多采樣操作和簡單的數(shù)學運算，而無需使用CPU。計算通常用于自動平均或通過過采樣提高ADC的分辨率。該外設(shè)中的上下文切換功能允許ADC自動更改設(shè)置，而無需CPU干預(yù)。在ADC內(nèi)部，提供了四個上下文，每個上下文都有自己獨特的設(shè)置集?？梢詥⒂没蚪妹總€上下文以實現(xiàn)設(shè)計靈活性。

PIC18-Q71系列還包含三個獨立的DAC，一個10位和兩個8位。更高分辨率的 10 位 DAC 提供比 8 位 DAC 更高的精度。當將DAC與模擬比較器配對以監(jiān)控模擬信號的閾值/設(shè)定點時，這一點尤其重要。

這篇博文中的最后一個外設(shè)是OPAMP。這些是內(nèi)置于微控制器芯片中的分立式運算放大器。每個運算放大器都有一個內(nèi)部電阻梯形圖，用于設(shè)置增益或（不太常見）在不使用DAC的情況下產(chǎn)生偏置電壓。OPAMP 可與微控制器上的其他外設(shè)配合使用，包括 APM、CMP、帶計算和上下文功能的 ADC 以及 DAC。

通過這些互連，可以創(chuàng)建更復(fù)雜的應(yīng)用程序。例如，讓我們創(chuàng)建一個假設(shè)的低功耗溫度監(jiān)視器，該監(jiān)視器定期對電阻溫度檢測器（RTD）進行采樣，RTD是一種特殊的電阻器，（幾乎）隨溫度線性變化電阻。微控制器上的一個OPAMP和DAC用于為RTD創(chuàng)建恒流偏置源，而具有計算和上下文功能的ADC則測量電阻兩端的差分電壓。

圖1 – RTD測量電路

然后，APM 配置為定期：

使能模擬電路（偏置電流 + 模擬側(cè) ADC）

等待模擬電路穩(wěn)定

使能 ADC 采樣系統(tǒng)（ADC 的數(shù)字側(cè)）

等待足夠長的時間讓ADC開始和完成轉(zhuǎn)換

關(guān)閉外設(shè)以節(jié)省功耗

這樣可以節(jié)省大量電力，如下圖所示。

圖2 –功耗的簡化示例

PIC18-Q71 系列微控制器的集成模擬功能通過減少設(shè)計面積、器件數(shù)量和功耗來增強設(shè)計。

審核編輯：郭婷