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ZHCSNR0A august 2021 – july 2023 AFE439A2 , AFE539A4 , AFE639D2

PRODUCTION DATA

7.4.6.3 AFE639D2 PI 控制

AFE639D2 提供预编程的 PI 控制器状态机，如图 7-9 所示。外部数字温度传感器用作输入，DAC 通道 0 用作输出。DAC 通道 1 用作比较器，用于将 DAC 通道 0 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。

图 7-9 AFE639D2 的 PI 控制器架构

表 7-13 AFE639D2 的 PI 控制器引脚定义

引脚	功能	范围
FB0	DAC0 的电压反馈输入 — 将此引脚连接到 OUT0。	不适用
OUT0	DAC0 电压输出。	0V 至 V_FS
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
A0/SDI/SCL2	I²C 控制器时钟输出。	不适用
NC/SDO/SDA2	双向 I²C 控制器数据输入/输出。	不适用

PI 控制器提供许多配置参数。下面的列表说明了每个配置参数的功能：

表 7-14 AFE639D2 的 PI 控制器参数：说明

参数	说明
设定点	这是 12 位设定点，PI 控制器将 ADC 输入与其进行比较。该值的单位与外部 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。
K_P	这是一个 16 位参数，用作比例增益。K_P 乘以瞬时误差。较高的 K_P 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 K_P 可能会导致系统不稳定。
K_I	这是一个 16 位参数，用作逆向积分增益。K_I 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。K_I 越高，意味着对稳态误差的响应越弱。降低 K_I 可以有效纠正稳态误差，但也会导致振荡增大。当 K_I = 0 时，积分功能禁用。
MAX-OUTPUT	这是一个 12 位值，用于限制 PI 控制器输出的最大值。
MIN-OUTPUT	这是一个 12 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 12 位值出现在 PI 输出中。此参数非常重要，有助于为具有固定 K_P 和 K_I 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 12 位参数，用于根据比较器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 12 位参数，用于设置比较器的阈值。
PERIPHERAL-ADDR	外部温度传感器或 ADC 的 7 位 I²C 目标地址。
DATA-REG-ADDR	温度或 ADC 数据寄存器的 8 位地址。
CONFIG-REG-ADDR	配置寄存器的 8 位地址。
CONFIG-DATA	外部温度传感器或 ADC 的 16 位配置数据。
ADC-DATA-SHIFT	ADC 数据需要移位的位数（以将数据与 16 位 MSB 对齐）。
SHIFT-DIR	ADC 数据移位的方向。0 表示左移。1 表示右移。
DATA-MASK	当 LOOP-POLARITY 设置为 1 时需要应用于数据的掩码。DATA-MASK 值必须是 0xFFFF 右移（16 位 − ADC 数据长度）。对于 12 位 ADC，DATA-MASK 必须为 0x0FFF。
TWOS-FLAG	1：16 位数据以 2 的补码表示，0：数据不是 16 位。

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 中的静态 (SRAM) 位置会映射到 NVM。
当 I²C 控制器处于活动状态时（VREF/MODE 引脚为高电平），对 I²C 目标通道的读取或写入不可用。
每当状态机重启时，都会配置外部 I²C 外设。在此期间，VREF/MODE 引脚必须保持高电平。

表 7-15 AFE639D2 的 PI 控制器参数：值

寄存器字段名称	静态地址	静态地址位置	默认值（16 位对齐）
设定点	0x23[15:4]	SRAM	0x0200
K_P	0x24[15:0]	SRAM	0x0064
K_I	0x27[15:0]	SRAM	0x0001
MAX-OUTPUT	0x21[15:4]	SRAM	0x7FC0
MIN-OUTPUT	0x22[15:4]	SRAM	0x0000
共模	0x26[11:0]	SRAM	0x8000
LOOP-POLARITY	0x28[0]	SRAM	0x0000
FIXED-OUTPUT	0x28[15:4]	SRAM	0x8000
CMP-THRESHOLD	0x25[15:4]	SRAM	0x8000
PERIPHERAL-ADDR	0x29[14:8]	寄存器	0xC800
DATA-REG-ADDR	0x29[7:0]	SRAM	0x0000
CONFIG-REG-ADDR	0x2A[7:0]	SRAM	0x0001
CONFIG-DATA	0x2B[15:0]	SRAM	0x0220
ADC-DATA-SHIFT	0x2C[0]	SRAM	0x0000
SHIFT-DIR	0x2D[0]	SRAM	0x0001
DATA-MASK	0x2E[15:0]	SRAM	0xFFFF
TWOS-FLAG	0x2F[0]	SRAM	0x0001

表 7-16 AFE639D2 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	0x0401
DAC-D-VOUT-CMP-CONFIG	0x15	0x0400
STATE-MACHINE-CONFIG0	0x27	0x0003

表 7-16 展示了默认器件配置。按照以下步骤配置和操作 PI 控制器：

通过向 STATE-MACHINE-CONFIG0 寄存器写入 0004h 来停止状态机。
连接外部温度传感器或 ADC 输入、比较器输入和 DAC 输出，如图 7-9 所示。
将 VREF/MODE 引脚拉至低电平以启用编程模式。
向 COMMON-CONFIG 寄存器写入值以启用所有 DAC 通道。
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 D 配置为比较器。
计算 DAC0 的电压输出范围并相应配置 MIN-OUTPUT 和 MAX-OUTPUT。
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。
根据所选外设配置 I²C 外设参数。
对 K_P 和 K_I 的初始值进行编程。
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。
配置 STATE-MACHINE-CONFIG0 寄存器以启动状态机。
迭代调整 K_P 和 K_I 以实现最佳瞬态和稳态响应。
通过向 COMMON-TRIGGER 寄存器中的 NVM-PROG 位写入值，将值存储在 NVM 中。
立即将 VREF/MODE 引脚拉至高电平以便 I²C 控制器能够配置外设。