ZHCSNR0A august   2021  – july 2023 AFE439A2 , AFE539A4 , AFE639D2

PRODUCTION DATA  

  1.   1
  2. 1 特性
  3. 2 应用
  4. 3 说明
  5. 4 修订历史记录
  6. 5 引脚配置和功能
  7. 6 规格
    1. 6.1  绝对最大额定值
    2. 6.2  ESD 等级
    3. 6.3  建议运行条件
    4. 6.4  热性能信息
    5. 6.5  电气特性：电压输出
    6. 6.6  电气特性：比较器模式
    7. 6.7  电气特性：ADC 输入
    8. 6.8  电气特性：通用
    9. 6.9  时序要求：I2C 标准模式
    10. 6.10 时序要求：I2C 快速模式
    11. 6.11 时序要求：I2C 超快速模式
    12. 6.12 时序要求：SPI 写入操作
    13. 6.13 时序要求：SPI 读取和菊花链操作 (FSDO = 0)
    14. 6.14 时序要求：SPI 读取和菊花链操作 (FSDO = 1)
    15. 6.15 时序要求：PWM 输出
    16. 6.16 时序要求：I2C 控制器
    17. 6.17 时序图
    18. 6.18 典型特性：电压输出
    19. 6.19 典型特性：ADC
    20. 6.20 典型特性：比较器
    21. 6.21 典型特性：通用
  8. 7 详细说明
    1. 7.1 概述
    2. 7.2 功能方框图
    3. 7.3 特性说明
      1. 7.3.1 智能模拟前端 (AFE) 架构
      2. 7.3.2 编程接口
      3. 7.3.3 非易失性存储器 (NVM)
        1. 7.3.3.1 NVM 循环冗余校验 (CRC)
          1. 7.3.3.1.1 NVM-CRC-FAIL-USER 位
          2. 7.3.3.1.2 NVM-CRC-FAIL-INT 位
      4. 7.3.4 上电复位 (POR)
      5. 7.3.5 外部复位
      6. 7.3.6 寄存器映射锁定
    4. 7.4 器件功能模式
      1. 7.4.1 电压输出模式
      2. 7.4.2 电压基准和 DAC 传递函数
        1. 7.4.2.1 电源作为基准
        2. 7.4.2.2 内部基准
        3. 7.4.2.3 外部基准
      3. 7.4.3 比较器模式
      4. 7.4.4 模数转换器 (ADC) 模式
      5. 7.4.5 脉宽调制 (PWM)
      6. 7.4.6 比例积分 (PI) 控制
        1. 7.4.6.1 AFE439A2 PI 控制
        2. 7.4.6.2 AFE539A4 PI 控制
        3. 7.4.6.3 AFE639D2 PI 控制
    5. 7.5 编程
      1. 7.5.1 SPI 编程模式
      2. 7.5.2 I2C 编程模式
        1. 7.5.2.1 F/S 模式协议
        2. 7.5.2.2 I2C 更新序列
          1. 7.5.2.2.1 地址字节
          2. 7.5.2.2.2 命令字节
        3. 7.5.2.3 I2C 读取序列
    6. 7.6 寄存器映射
      1. 7.6.1  NOP 寄存器（地址 = 00h）[复位 = 0000h]
      2. 7.6.2  DAC-x-VOUT-CMP-CONFIG 寄存器（地址 = 03h、09h、0Fh、15h）
      3. 7.6.3  COMMON-CONFIG 寄存器（地址 = 1Fh）
      4. 7.6.4  COMMON-TRIGGER 寄存器（地址 = 20h）[复位 = 0000h]
      5. 7.6.5  COMMON-PWM-TRIG 寄存器（地址 = 21h）[复位 = 0000h]
      6. 7.6.6  GENERAL-STATUS 寄存器（地址 = 22h）[复位 = 00h、DEVICE-ID、VERSION-ID]
      7. 7.6.7  INTERFACE-CONFIG 寄存器（地址 = 26h）[复位 = 0000h]
      8. 7.6.8  STATE-MACHINE-CONFIG0 寄存器（地址 = 27h）[复位 = 0003h]
      9. 7.6.9  STATE-MACHINE-CONFIG1 寄存器（地址 = 29h）[复位 = C800h]
      10. 7.6.10 SRAM-CONFIG 寄存器（地址 = 2Bh）[复位 = 0000h]
      11. 7.6.11 SRAM-DATA 寄存器（地址 = 2Ch）[复位 = 0000h]
  9. 8 应用和实施
    1. 8.1 应用信息
    2. 8.2 典型应用
      1. 8.2.1 设计要求
      2. 8.2.2 详细设计过程
      3. 8.2.3 应用曲线
    3. 8.3 电源相关建议
    4. 8.4 布局
      1. 8.4.1 布局指南
      2. 8.4.2 布局示例
  10. 9 器件和文档支持
    1. 9.1 文档支持
      1. 9.1.1 相关文档
    2. 9.2 接收文档更新通知
    3. 9.3 支持资源
    4. 9.4 商标
    5. 9.5 静电放电警告
    6. 9.6 术语表
  11. 10机械、封装和可订购信息

封装选项

机械数据 (封装 | 引脚)
散热焊盘机械数据 (封装 | 引脚)
订购信息

7.4.6.1 AFE439A2 PI 控制

AFE439A2 提供预编程的 PI 控制器状态机，如图 7-9 所示。ADC 通道 0 用作输入，SDA/SCLK/PWM 引脚用作输出。DAC 通道 1 用作比较器，用于将 PWM 的输出设置为 FIXED-OUTPUT 字段指定的值。表 7-13 列出了所有输入/输出引脚名称和功能。

GUID-20230619-SS0I-654N-LGB3-7SFPMTX6MQ7L-low.svg图 7-7 AFE439A2 的 PI 控制器架构
表 7-5 AFE439A2 的 PI 控制器引脚定义
引脚 功能 范围
AIN0 ADC0 输入 高阻态：0V 至 VFS / 3
AEN 不用于 PI 控制 — 使用上拉电阻器连接到 VDD 不适用
AIN1 DAC1 比较器输入 — 如果未用于固定输出钳位，则连接到 AGND 请参阅 节 7.4.3
SDA/SCLK/PWM PWM 输出 — 使用上拉电阻器连接到 VDD 或 VIO 0V 至 VDD 或 VIO
A0/SDI/DIR 方向输出 — 使用上拉电阻器连接到 VDD 或 VIO 0V 至 VDD 或 VIO

PI 控制器提供许多配置参数。下面的表 7-6 列表说明了每个配置参数的功能：

表 7-6 AFE439A2 的 PI 控制器参数：说明
寄存器字段名称 静态地址
设定点 这是 8 位设定点，PI 控制器将 ADC 输入与其进行比较。该值的单位与 ADC 输入值的单位相同。PI 控制器最大限度减小设定点与检测到的 ADC 数据之间的误差。
KP 这是一个 16 位参数，用作比例增益。KP 乘以瞬时误差。较高的 KP 使环路能够更快地校正误差。但是，如果外部进程的响应时间较快，则较高的 KP 可能会导致系统不稳定。
KI 这是一个 16 位参数，用作逆向积分增益。KI 经过反转后与累积误差相乘。该参数对于帮助最小化该过程在不同环境条件下的稳态误差非常重要。KI 越高，意味着对稳态误差的响应越弱。降低 KI 可以有效纠正稳态误差，但也会导致振荡增大。当 KI = 0 时，积分功能禁用。
MAX-OUTPUT 这是一个 7 位值，用于限制 PI 控制器输出的最大值。
MIN-OUTPUT 这是一个 7 位值，用于限制 PI 控制器输出的最小值。
共模 当比例和积分输出为零时，该 7 位值出现在 PI 输出中。此参数很重要，有助于为具有固定 KP 和 KI 设置的所有设定点实现统一响应。COMMON-MODE 表示达到给定设定点的标称输出。因此，为了获得最佳结果，请对每个设定点使用按经验测量的 COMMON-MODE 值。
LOOP-POLARITY 这是一个 1 位参数，提供了反转 PI 控制器环路相位的选项。当器件外部环路具有额外的相位反转时，此功能非常有用。
FIXED-OUTPUT 这是一个 8 位参数，用于根据比较器通道 2 的输出将输出设置为此预定义值。该功能在故障场景中非常有用。
CMP-THRESHOLD 这是一个 8 位参数，用于设置比较器的阈值。
注： 使用 SRAM-ADDR 和 SRAM-DATA 寄存器来访问 SRAM 位置。请勿在状态机正在运行时访问 SRAM 寄存器。可以通过向 STATE-MACHINE-CONFIG0 寄存器写入值来停止状态机。表 8-37 中的参数映射到 NVM。由于当 VREF/MODE 引脚为高电平时，数字引脚会映射到 PWM，因此无法在运行时期间读取 PI 控制器参数。
表 7-7 AFE439A2 的 PI 控制器参数：值
寄存器字段名称 SRAM 地址 静态地址位置 默认值（16 位对齐）
设定点 0x22[9:3] SRAM 0x0200
KP 0x23[15:0] SRAM 0x0032
KI 0x26[15:0] SRAM 0x0000
MAX-OUTPUT 0x20[15:9] SRAM 0x7E00
MIN-OUTPUT 0x21[15:9] SRAM 0x0000
共模 0x25[11:5] SRAM 0x0000
LOOP-POLARITY 0x27[0] SRAM 0x0000
FIXED-OUTPUT 0x27[15:9] SRAM 0x8000
CMP-THRESHOLD 0x24[15:9] SRAM 0x8000

表 7-16 展示了默认器件配置。

表 7-8 AFE439A2 的器件配置
寄存器名称 地址 默认值
COMMON-CONFIG 0x1F 0x13F9
DAC-A-VOUT-CMP-CONFIG 0x03 0x0405
DAC-D-VOUT-CMP-CONFIG 0x15 0x0401
STATE-MACHINE-CONFIG0 0x27 0x0003

按照以下步骤配置和操作 PI 控制器：

  1. 通过向 STATE-MACHINE-CONFIG0 寄存器写入 0004h 来停止状态机。
  2. 连接 ADC 输入、比较器输入和 DAC 输出，如图 7-9 所示。
  3. 将 VREF/MODE 引脚拉至低电平以启用编程模式。
  4. 向 COMMON-PWM-TRIG 寄存器中的 START-FUNCTION 位写入 0 以禁用 PWM。
  5. 向 COMMON-CONFIG 寄存器写入值以启用所有 DAC 通道。
  6. 向各个通道的 DAC-x-VOUT-CMP-CONFIG 寄存器写入值以选择每个通道的电压基准和输出范围。将通道 A 和 D 配置为比较器。
  7. 计算 PWM 输出范围并相应配置 MIN-OUTPUT 和 MAX-OUTPUT。
    注： PWM-FREQUENCY (0x21[4:0]) 与 MIN-OUTPUT (0x21[15:9]) 共享 SRAM 位置。因此，这两个参数必须一起写入。
  8. 根据表 7-3对 PWM 频率进行编程，同时也对 MIN-OUTPUT 进行编程。
  9. 根据系统的情况对配置参数 LOOP-POLARITY、CMP-THRESHOLD 和 FIXED-OUTPUT 进行相应编程。
  10. 对 KP 和 KI 的初始值进行编程。
  11. 在主机处理器中维护一个 SETPOINT 与 COMMON-MODE 之间关系的表，并根据系统要求对这些值进行编程。
  12. 配置 STATE-MACHINE-CONFIG0 寄存器以启动状态机。
  13. 迭代调整 KP 和 KI 以实现最佳瞬态和稳态响应。
  14. 通过向 COMMON-TRIGGER 寄存器中的 NVM-PROG 位写入值，将值存储在 NVM 中。
  15. 将 VREF/MODE 引脚拉至高电平以启用 PWM 输出。