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终于等到你:MC56F81xxx内置运放

2021/01/04
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在刚刚过去的 11 月,NXP 32-bit DSC 家族又有了一位新成员——MC56F81xxx 系列。MC56F81xxx 系列在产品配置提升的同时,依然保持了非常有竞争力的价格,并提供了很多的差异化设计。集成运算放大器(OPAMP)就是第一次出现在这个家族,今天我们就来盘他。

MC56F81xxx 内置 OPAMP 概览
工作模式
MC56F81xxx 内置 OPAMP 除了可以像分立运放器件一样通过外接反馈网络实现信号处理,还可以利用内部电阻网路实现电压跟随和 PGA 功能。

多配置切换
为满足应用不同工况需求,MC56F81xxx 内置 OPAMP 可以选择最多四组配置轮换工作。并且,配置寄存器采用缓冲机制,避免更改配置时影响当前输出。每个配置的作用时间由外部窗口时钟以及预设的时钟周期数决定。

  • 信号连接

MC56F81xxx 内置 OPAMP 输入可以来自外部引脚或内部 DAC 输出,OPAMP 的输出可以同时连接到外部引脚、ADC 输入和内部比较器输入。同样,一个外部模拟输入信号可以同时连接给 ADC、OPAMP 和比较器。

一颗芯片里两个 OPAMP A 和 B 的窗口时钟固定连接到 XBAR_OUT34 和 XBAR_OUT35。XBAR_OUT 可以连接芯片内部信号,如 TMR_out, PWM_trigger 等,也可以连接外部时钟信号。所以我们可以灵活的使用内部各种信号作为 OPAMP 的窗口时钟。

Note:
1,OPAMP 输出引脚必须配置为外设模式,并在 SIM 里面选择功能为 OPAMP 输出,否则 OPAMP 不工作。

2,必须连接有效窗口时钟(有效上升沿),否则 OPAMP 不工作。下图假设配置 0 和 1 循环工作,两个配置的作用时间都配置为两个时钟周期。

电气参数

了解了 MC56F81xxx 内置 OPAMP 多样灵活的招数,我们再来看看它的“功夫底子”,8MHz 单位增益带宽,典型条件下的输入失调电压仅为 1.5mV,可以满足大部分电机控制电源转换应用的需求,从而可以代替分立运放芯片,降低 BOM 成本。
 

基于 MC56F81000-EVK 的 OPAMP 验证

MC56F81000-EVK 作为 MC56F81xxx 系列的基础验证板,板上专门留有简单的 OPAMP 验证电路,用户仅需要一台 PC 和 USB 线即可进行 OPAMP 验证。

  • PWM 输出(GE6, PWMA_3B)通过 RC 滤波后的信号连接到模拟引脚 GB6,GB6 可以通过 OPAMP MUX 选择为其正端端输入,从而可以验证 OPAMP 的电压跟随和 PGA 模式。 
  • 连接 J15 的引脚 2 和 3,滤波后的 PWM 信号通过电阻连接到 GA1,GA1 可以通过 OPAMP MUX 选择为其负端输入。连接 J16,OPAMP 负端输入通过电阻与其输出连接,这时使用 DAC 产生 OPAMP 正端输入信号则可以在外部反馈网络下进行验证。

OPAMP 输出结果可以通过免费的可视化工具 FreeMASTER 进行显示。

MC56F81000-EVK 和 NXP 的 FRDM-MC-LVPMSM 电机驱动板兼容,板上预留了替代电机板上 A 相和 B 相电流采样调理的电路,通过简单的线路调整可以方便地在电机应用中验证 OPAMP 性能。

  • 连接 J24 引脚 1 和 2、J25 引脚 1 和 2,使用电机板上分立运放做 A 相和 B 相电流采样信号调理
  • 连接 J20、J23,去除 J16、J19 跳线帽,以及连接 J24 引脚 2 和 3、J25 引脚 2 和 3,使用 MC56F81xxx 内置 OPAMP 做 A 相和 B 相电流采样信号调理。

MC56F81000-EVK 配合 FRDM-MC-LVPMSM 驱动 BLDC 的 Demo 如下图所示,电机驱动板进行了线路调整以使用内置 OPAMP 进行电流信号调理。

用无位置 FOC 的方法驱动该 BLDC,由内置 OPAMP 放大并由 ADC 采样得到的 A 相电流和实际 A 相电流如图所示(由于测试用电机是反电势接近于梯形的 BLDC,并且电机轴上没有负载,故相电流并不正弦)。

NXP 提供了基于 MC56F81000-EVK 的例程。

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