UCD3138数字滤波器模块：数字滤波器架构和操作概述

UCD3138 滤波器是具有许多针对电源控制增强功能的 PID 滤波器。 它具有三个主要阶段 -首先，PID 阶段； 其次，将三个分支的输出 以及输出获取的饱和、范围和钳制 加在一起。 最后阶段分为两个部分， 它允许滤波器输出与PWM 占空比和周期 相匹配。 在此，PID 阶段的方框图具有位宽 信息。 请注意，在大多数情况下，结果的精度 保留在最高位 直至在滤波器输出时进行舍入和钳制。 显示的所有值均为带符号的数字 且最高有效位为符号位。 所有值均当作已标准化为正常值处理。 滤波器的主要输入是来自误差 ADC 的 9 位带符号值。 它前往滤波器计算的输入。 上一输入样本作为整型和差动分支的 输入存储和使用。 滤波器输入 Xn 也会转至数字限制比较器。 它允许非线性的滤波器计算， 具有按 Xn 值选择的 高达七个不同的系数集。 这可用于更改具有不同 输入误差范围的滤波器补偿。 Xn 值会直接用作 滤波器的比例分支的输入。 它将乘以 16 位带符号 KI 系数。 24 位结果将用作P 分支的输出。 在将两个带符号的二进制数相乘时， 将生成额外的符号位。 因此，9位乘以 16 位 将获得 24 个有意义的位，而不是 25。 比例分支上无需进行钳制。 它具有自我局限性，因为它没有内存。 在积分器输入中 Xn 的使用 有两个选项。 当前的 Xn可供其自身使用。 或者，通过设置KI 加法器模式位， 可将当前的 Xn 与上一 Xn - 1相加。 Xn 的值，或者说 Xn+ Xn - 1 的值， 将乘以KI 系数。 此乘法运算的输出 将始终满足 24 位的要求。 然后，该值会添加到现有值。 硬件将在 24 位带符号数字处 自动对其钳制。 并且，还有高和低钳制寄存器， 可用于将该值钳制为较低的值。 在差动分支上，从 Xn 减去 Xn - 1。 然后，将结果乘以系数 KD， 得出 24 位带符号数字。 差动分支在此乘法后 添加了额外的极， 提供了更多滤波器响应控制， 以允许更好地匹配电源。 此 D α 分支可作为 D 分支 输出上的积分器。 每次滤波器计算中，上一 D 和 D α 计算的24 位结果 将乘以9 位 K α。 这样将提供一个 32 位的带符号结果。 要匹配 24 位数据路径，必须 将其向下舍入至 24 位。 这实际上是在滤波器输出前 在滤波器中发生的一次舍入。 此外，简单的钳制还可防止 K 输出 超出 24 位带符号数字。 由于存在 α 阶段的积分元素， 它可能会超过该范围。 在此实验练习中，我们将仅使用比例分支。 这是滤波器下一阶段的方框图。 S0.23 标记法表示一个24 位数字， 其中在二进制小数点左侧有 1 位符号位，在小数点右侧 有 23 位。 首先，P、I 和 D 的输出加在一起， 得出一个可能出现的 26 位结果。 然后，饱和逻辑将该值向下钳至 24 位。 饱和部分的输出 将转至可编程转换器， 可对其编程以实现八个不同的转换，包括 完全无转换。 这可用于滤波器系数 补偿。 扩展后，存在具有独立高钳位值 和低钳位值的钳制，这可 通过写入寄存器设置。 该钳制还具有状态位，状态位 是在超出钳制限制时设置的。 滤波器的最后阶段将转换滤波器输出， 以匹配 DPWM 的输入要求。 两个不同的计算将使用 同一乘法器但不同的设置按顺序执行。 该阶段将进行计算以提供 DPWM 负载值。 该阶段开始时，PID 输出 将乘以多个 14 位不带符号的数字之一， 提供一个 38 位结果。 对于滤波器负载计算， 存在四个可用的数字。 我们使用 PWM 周期，从而滤波器输出将调制 DPWM0 的占空比。 乘法运算后将得出一个38 位带符号的结果。 将负值钳至零。 已移除符号位。 这样将提供一个 37 位的正数结果。 该数已舍入至 18 个最高有效位。 负载值钳制所用的值来自滤波器输出 钳制高位寄存器和滤波器输出钳制低位 寄存器中的值。 此后，DPWM 会将滤波器负载值 用作时间值。 它将 14.4 位的值视为低 4 位进入 DPWM 的高分辨率部分。 因此，滤波器负载值的分辨率是 250 ps。 这是输出阶段部分的方框图， 它执行该计算以向DPWM 周期提供值。 对于滤波器周期计算， 在乘法阶段仅可选择两个数字。 滤波器周期值没有经过钳制。 DPWM 周期不支持高分辨率。 所以，将从 18 位结果中截去低 4 位。 滤波器周期仅向DPWM 提供高 14 位， 提供 4 纳秒分辨率。 在该实验练习中，我们将使环路目前保持开环， 并使用 GUI HyperKnob通过 PMBus 接口 经由 CPU 将值反馈给滤波器。 因此，我们将滤波器控制寄存器中称作 USE_CPU_SAMPLE 的 位设为 1。 然后，我们将 CPU_SAMPLE设为滤波器的整个扩展 输入范围的 1/4。 请记住，滤波器输入为 9 位。 最高有效位是带符号位。 所以，满量程范围的1/4 是 64。 对于滤波器负载周期输出阶段， 我们将 DPWM 周期设为输出的倍数， 从而滤波器将调制PWM 周期的占空比。 然后，我们将在滤波器控制寄存器中 设置局部滤波器启用位。 请注意，在通过设置全局 启用寄存器中的相关位， 将前端和 DPWM模块全局启用前，