數(shù)字集成電路需要注意的十個要點：并非所有 PWM 都生而平等

我們需要了解數(shù)字控制的另一個非常重要的方面;這就是 PWM 過程。正如 ADC 是模擬世界和數(shù)字世界之間的紐帶一樣，PWM 模塊將同樣的功能帶回模擬世界?？紤]到它對您的控制回路性能的戰(zhàn)略貢獻，我們花一些時間討論它是很合適的。

請記住……并非所有 PWM 都生而平等!

在高頻載波上調(diào)制控制信號的概念似乎很簡單。但作為設計過多種不同 PWM 模塊的人，我可以證明一個事實，即有許多細微之處可以成就或破壞您的控制系統(tǒng)的性能。我記得在我職業(yè)生涯的早期，有人要求我評估用于電機控制市場的處理器。它的一切都很棒，除了……PWM 模塊中缺少一項功能，這扼殺了它在電機控制方面的前景。PWM 模塊和 ADC 轉(zhuǎn)換器之間的單個觸發(fā)信號，因為它不存在，所以一切都不同了!

在為您的數(shù)字控制應用選擇 PWM 模塊時，您可能首先要檢查以下幾個特性：

一種。 脈寬調(diào)制分辨率。正如分辨率對 ADC 很重要一樣，它對 PWM 信號也很重要。我曾經(jīng)使用只有 8 位 PWM 分辨率的處理器設計了一個伺服系統(tǒng)，并立即遇到了位置抖動問題。對于大多數(shù)使用數(shù)字計數(shù)器生成載波的 PWM 模塊，您最終會犧牲最大 PWM 頻率來換取分辨率，這取決于您的計數(shù)器時鐘頻率。對于數(shù)字電源應用，這確實是一個大問題。這就是為什么 TI 的許多 Piccolo TM系列上的 PWM 模塊都具有允許 150 pS 分辨率的高分辨率模式!(沒錯……皮秒中的“p”!)

b. 死區(qū)時間。大多數(shù)設計用于數(shù)字控制的 PWM 模塊都能夠直接驅(qū)動圖騰柱配置中的頂部和底部晶體管。這意味著每對 PWM 輸出都包含一個可編程死區(qū)時間，該死區(qū)時間插入一個 PWM 信號的關(guān)閉和互補 PWM 信號的開啟之間。對于大多數(shù)應用，所有晶體管的單個死區(qū)時間值就足夠了。但在更高級的 PWM 模塊中，每個互補的 PWM 對都可以有自己的死區(qū)時間值，在某些情況下，頂部和底部晶體管的死區(qū)時間甚至不同。

C。 PWM通道對齊。這是一個太大的話題，無法在這里涵蓋所有內(nèi)容，但足以說明您的 PWM 信號如何逐相對齊(例如，中心對齊、邊緣對齊、不對稱對齊)對電機看到的 PWM 信號的諧波含量。確保您選擇的 PWM 模塊可以生成對齊模式，從而為您的應用提供最佳性能。

d. 脈寬調(diào)制更新率. 大多數(shù) PWM 模塊都有雙緩沖 PWM 值寄存器，這意味著來自軟件的 PWM 值被加載到一組外部寄存器，然后該數(shù)據(jù)在 PWM 周期開始時被傳輸?shù)交顒?PWM 寄存器。然而，許多工程師沒有記住的是，這會增加控制系統(tǒng)的相位延遲，并且在系統(tǒng)的任何穩(wěn)定性分析中都必須考慮。當數(shù)據(jù)位于這些外部寄存器中時，它會變得陳舊。許多 PWM 模塊(例如我們的 Piccolo 系列處理器中的模塊)能夠在每個 PWM 周期內(nèi)更新兩次。這不僅稍微提高了您的相位裕度，而且還允許您的系統(tǒng)采樣頻率實際上是 PWM 頻率的兩倍。這對于空間矢量調(diào)制 (SVM) 系統(tǒng)也是一個非常有用的功能，

e. ADC觸發(fā)。如本系列第 2 部分所述，PWM 模塊和 ADC 模塊必須緊密相連，以消除 ADC 輸入樣本中的 PWM 諧波。如該博客中所示，您希望在 ON 和 OFF 脈沖的中心點對電機電流進行采樣以實現(xiàn)此目的。理想情況下，這一點發(fā)生在數(shù)字計數(shù)器達到其最大和最小計數(shù)值時(編程為向上/向下操作)，這就是為什么許多 PWM 模塊會在這些時刻生成觸發(fā)信號以與 ADC 一起使用。但是，根據(jù)死區(qū)時間的實現(xiàn)方式，這可能會稍微延遲脈沖的中心。結(jié)果，一些先進的 PWM 模塊(再一次，像 Piccolo 上的那個 :-)) 可以利用任何未使用的 PWM 通道來生成 ADC 觸發(fā)脈沖。這允許在 PWM 周期內(nèi)的任何地方觸發(fā) ADC。

F。 故障處理。在許多電機控制應用中，安全要求規(guī)定必須能夠在檢測到問題時通過硬件使您的 PWM 離線。為此，設計用于數(shù)字控制的 PWM 模塊通常包含一個或多個硬件故障輸入。在許多高級 PWM 模塊上，故障信號可由板載模擬比較器提供，該比較器可直接監(jiān)控硬件信號的電平，并在信號高于或低于軟件指定的電壓電平時自動生成故障。Piccolo 2803x 處理器上的 PWM 包含三個板載模擬比較器，可用于此目的。

您還需要檢查其他功能，但這些是需要重點關(guān)注的主要功能。準備好熟悉您在數(shù)字控制設計中使用的任何處理器的 PWM 模塊。

TI 絕對不會出錯!

現(xiàn)在，在你把整個系列寫成一個巨大的推銷之前，請考慮一下我要在這里說的話，因為如果我不完全相信，我不會說出來!在上個世紀中葉，有一句話叫“你永遠不會因為在 IBM 計算機上設計而被解雇”。作為一名為掃描電子顯微鏡的六軸控制器評估 DSP 的年輕工程師，我仍然記得我的老板告訴我關(guān)于 TI 的同樣事情!……他是對的!德州儀器 (TI) 在電機控制領域擁有悠久的創(chuàng)新和早期開拓歷史。我們今天在電機控制行業(yè)中認為理所當然的許多功能都是由 TI 開發(fā)和推出的。創(chuàng)新仍在繼續(xù)。在 TI，電機控制不僅僅是我們所做的事情，它是我們的一部分!我們目前正在電機控制處理器的新硬件功能以及驅(qū)動電機的令人難以置信的新算法方面取得突破。