By Don Alfano
Silicon Laboratories Inc

數(shù)字控制可以大幅提升系統(tǒng)效能，因?yàn)樗苤С衷S多復(fù)雜又很難以模擬方式實(shí)作的控制算法。數(shù)字控制還能減少零件誤差的影響，例如數(shù)字濾波器就能精確設(shè)定極點(diǎn)和零點(diǎn)的位置，使其不超出系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的誤差范圍；相形之下，模擬控制器的極點(diǎn)和零點(diǎn)卻可能因?yàn)榱慵`差而出現(xiàn)10%以上的變化。多相位電源供應(yīng)則是另一個(gè)例子，數(shù)字脈沖調(diào)變控制器(Digital Pulse Width Modulator，DPWM)可為這類(lèi)電源供應(yīng)裝置精確設(shè)定各個(gè)相位的負(fù)載周期。數(shù)字控制的其它優(yōu)點(diǎn)包括可編程能力、縮短研發(fā)時(shí)間、減少零件數(shù)目、更不容易受到零件老化和工作環(huán)境的影響、生產(chǎn)物流更方便以及成本更低。

數(shù)字控制和模擬控制不同，它會(huì)因?yàn)榉答亝?shù)的量化和計(jì)算時(shí)間而出現(xiàn)延遲。為了將延遲時(shí)間減至最少，數(shù)字控制功能會(huì)提供很高的數(shù)據(jù)吞吐量和很小的延遲時(shí)間，其中又以環(huán)路補(bǔ)償和DPWM調(diào)制算法更是如此。數(shù)字控制器雖有不同設(shè)計(jì)方式，但最常見(jiàn)的實(shí)作方法可分為三大類(lèi)：可編程訊號(hào)處理器 (通常是數(shù)字訊號(hào)處理器)、定制硬件或兩者的組合。

數(shù)字訊號(hào)處理器(DSP)可以實(shí)時(shí)計(jì)算離散時(shí)間的控制變量值，某些供貨商還提供內(nèi)置閃存的DSP，讓使用者能以同一套處理器平臺(tái)支持多種系統(tǒng)架構(gòu)和控制策略。這種做法的缺點(diǎn)在于它會(huì)受到DSP產(chǎn)出的限制，由于DSP產(chǎn)出會(huì)受到時(shí)鐘頻率和內(nèi)存資源的影響，因此當(dāng)系統(tǒng)必須使用較高的DPWM頻率時(shí)，這些因素就會(huì)對(duì)成本、體積、供應(yīng)電流和延展性造成負(fù)面沖擊。

以專(zhuān)屬硬件為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)則是利用固定架構(gòu)的狀態(tài)機(jī)器來(lái)執(zhí)行控制算法，由于硬件可以針對(duì)成本和效能最佳化，這種方法的工作效率和成本都可能勝過(guò)DSP。盡管如此，這種方法的應(yīng)用彈性卻很糟，因?yàn)榭刂朴布坏┲圃焱瓿删蜔o(wú)法進(jìn)行重大修改，所以這類(lèi)硬件只能支持特定應(yīng)用，這會(huì)增加產(chǎn)品的非重現(xiàn)工程費(fèi)用和上市時(shí)間，設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)也變得更大。

本文提出一種新方法，它會(huì)把處理器和固定硬件架構(gòu)結(jié)合在一起，讓它們各自發(fā)揮最大長(zhǎng)處。這套架構(gòu)包含多顆專(zhuān)屬的可編程訊號(hào)處理器，它們會(huì)在另一顆內(nèi)置閃存的可編程微控制器監(jiān)督下執(zhí)行高速控制計(jì)算。這些訊號(hào)處理器將計(jì)算過(guò)程的延遲時(shí)間減至最少，晶粒面積的使用效率也很高。整合式微控制器讓控制組件變得極有彈性，它能透過(guò)用戶(hù)軟件來(lái)精確設(shè)定和修改系統(tǒng)屬性(例如頻率補(bǔ)償和系統(tǒng)保護(hù))，并利用低頻控制最佳化來(lái)增強(qiáng)系統(tǒng)效能，例如控制停滯時(shí)間(dead time)以提高效率。由于微控制器不必執(zhí)行高頻寬運(yùn)算，程序設(shè)計(jì)將比DSP更簡(jiǎn)單和成本更低，使它很容易在市場(chǎng)上獲得成功。

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