Gen-3 C2000 F280025C外围电路和引脚配置详解

作者：Dylan You 

C2000 Gen-3对比于Gen-2的C2000，加入了三角函数运算单元来进一步提升运算能力，提供了更多的ADC模块及窗口比较器来增强采样和保护的快速性和灵活性。同时，在实时通信方面，引入了新一代快速串行通信接口Fast Serial Interface (FSI)，可以支持在隔离的情况下最高200Mbps的数据传输速率。

本文主要讨论ADC通道的选择、FSI接口的应用、3.3V供电选型考量、GPIO口的配置和JTAG的连接与调试进行详细介绍。

1. ADC通道的输入寄生电容：

当我们在把外部信号匹配到C2000的ADC通道的时候，常常会忽略到ADC的输入模型可能会带来的潜在影响。其中最为明显的就是每个ADC通道上都会有一个输入寄生电容，而具有较大输入寄生电容的ADC通道通常是不适用于高频采样信号的。这是因为较大的输入寄生电容会带来更长的采样窗口，进而可能会影响到控制回路里的Computational power budget。如需了解更多信息，请参照 F28002X TRM的Choosing an Acquisition Window Duration 章节。

针对于Gen-3的F28002X的C2000, 我们可以在数据手册的ADC Input Model章节的表格Table 1 中查询到每一个ADC通道的内部输入寄生电容。基于Table 1，ADCINA3/ADCINC5通道不管是否启用了比较器，因为其内部输入寄生电容达到71.4pF，都是明显是不适合用于高速采样信号的。而对于ADCINA0/ADCINC15来说，如果使用了内部比较器，那么就需要慎重考虑采样窗口和外部采样电路。例如：如果我们希望使用某个ADC通道实现OVP功能的实现，而我们又只剩下了ADCINA0/ADCINC15这一个通道，那么我们可以利用软件代码在后台任务来实现OVP的功能，而无需使用内部比较器。如果我们一定要实现基于CMPSS模块的OVP功能，那么建议切换到其他到ADC通道。

 Table 1: ADC 通道寄生电容

 

1. FSI 接口介绍：

FSI接口是Gen-3的C2000引入的最新的高速可靠的快速串行接口。针对需要隔离的通信应用场景，FSI接收端模块具有一个可编程的Delay Line Control。通过对每一个线的RX_DLY_LINE_CTRL寄存器值进行修改，从而对系统元器件（例如信号缓冲器和隔离器等）引起的信号延迟和板级的（例如不均匀的布线等）引起的信号延迟进行补偿，最终保证信号的完整性，实现高速可靠通信。FSI是应用于点对点的的通信协议，例如单主/单从配置，所以FSI主要应用于以下两种场景：

• 两个MCU直接进行通信
• 板级之间的通信，例如PSFB的原边和副边的两个MCU通过隔离芯片来通信

FSI接口的传输端（FSITX）和接收端（FSIRX）是完全独立的，每个端口有自己独立的寄存器、时钟和中断。而不同于IIC接口的一个重要区别是其只能作为单一方向的通信传输。基于Figure 1, FSI的每个端口有3个信号线，分别是时钟CLK，数据线D0和一个额外的数据线D1。额外的数据线D1是作为多线传输来加倍数据传输速率，也可作为GPIO口。所以，通常来说点对点的FSI需要至少4根信号线。FSI最大可支持的时钟频率为50MHz，而时钟的上升沿和下降沿也可作为数据的有效位判定。所以，理论上是可以达到最高200Mbps的传输速率。

 Figure 1: FSITX/RX 模块连接图

在电机驱动和数字电源中，MCU之间进行实时通信越来越普遍，而这也对通信实时性的要求变高。FSI接口因为具有可编程的delay line control，可以确保隔离应用场景下高速通信且可靠，所以对比传统的UART、SPI和CAN等通信接口来说更具优势。

F28002X FSI 和IIC兼容GPIO口及隔离芯片：

如果我们要把F280025C 64pin作为副边的MCU和原边的MCU进行FSI通信，在工程师进行系统调试阶段，有时会希望通信接口既能作为FSI又能作为IIC通信。这个时候就会引入一些问题，例如IIC是双向通信，而FSI是单向的。针对F280025C 64pin，只有以下GPIO口既能支持FSI，又能支持IIC:

• GPIO33 >> I2CA_SCL and FSIRXA_CLK
• GPIO8 >> I2CA_SCL and FSITXA_D1
• GPIO0 >> I2CA_SDA and FSIRXA_CLK
• GPIO32 >> I2CA_SDA and FSIRXA_D0
• GPIO10 >> I2CA_SDA and FSITXA_CLK

首先，只有GPIO32是支持FSIRXA_D0的数据线。其次，只有GPIO33的FSI和IIC都是作为时钟使用。所以我们建议使用GPIO32/33作为接收端（RX）的数据和时钟线。

此外，在选择隔离器时，如果我们已经明确了通信方向，那么只要我们保持IIC和FSI的数据传输方向，那么依然可以使用单向的隔离器，例如ISO7742来传输数据。

 

1. 3V供电电源芯片选择小细节：

通常我们根据C2000的供电VDDA/VDDIO选择对应的前级DC/DC或者LDO时，更多会把重点放在输出电流能力、PSRR和压降等参数上，往往忽视了LDO的精度可能会带来的影响。针对C2000内部CMPSS模块的参考DAC模块，系统框图如下图。如果我们选择VDDA作为COMPDAC的参考电压，那么VDDA的任意百分比变化都会影响到COMPDAC的输出。所以通常针对峰值电流控制模式的DC/DC，推荐使用1%精度的LDO，例如TPS7A90。

Figure 2: C2000 CMPSS 模块的参考DAC部分框图

 

 

1. GPIO口与外部信号的匹配：

• 三态（Tri-state）外部信号。例如外部信号Active的时候需要拉高，Sleep状态下需求拉低，IDLE模式需求Floating。那么我们有两种方式来处理，第一是通过将GPIO设置为输入，然后禁用上拉，第二种是将GPIO设置为输出和开漏，同时把GPIO电平设为低位。而这都可以通过C2000里面的GPAODR寄存器实现。
• 特定情况下，一些例如使能的数字口，如果不足以在低电平拉低，可以把其配置到模拟口。然后通过软件对模拟量的判断来实现高低电平的判断，从而实现使能和关闭使能。

数字GPIO口不够时的备选方案：

• 将原本作为风扇等其他小型设备的反馈电压（原边为数字信号）作为模拟GPIO口。然后通过软件代码基于采样电压来判断高低电平。
• Boot load的GPIO24和GPIO32如果是boot from flash，可以节省出两个GPIO口。如果是boot from SCI和CAN等的话，可以在boot结束后复用为其他GPIO口。

 

1. JTAG接口连接及调试：

通常来说JTAG（IEEE标准 1149.1-1990 Standard Test Access Port and Boundary Scan Architecture） 具有五个引脚：TMS/TDI/TDO/TCK/TRSTn。主要的三大功能如下：

• 下载软件到MCU的Flash
• 调试
• 边界扫描：访问芯片内部的信号逻辑状态以及芯片引脚状态等

通常针对JTAG连接出现问题的调试流程如下：

a) Power Good LED 开启：TI所有的C2000开发板都有LED来标识MCU的供电是否正常。

b) 检查Device Manager：使用JTAG仿真器和PC通信，我们首先需要安装好驱动文件。通常我们在安装CCS的时候会有具体细节。如需验证驱动是否成功安装，连接JTAG模拟器到PC并供电。然后在PC的Control Panel >> Device Manger 来定位到USB仿真器。

Figure 3: Device Manager 驱动确认

c) 检查MCU JTAG的TRSTn信号是否拉高：如果在CCS连接过程中，TRSTn没有改变状态，那么需要验证仿真器是否配置正常。

d) 检查Target Configuration：在Target Configuration File (.ccxml) 会包含连接Target device的所有相关信息以及JTAG仿真器的类型。在CCS中点击“View”，然后点击Target Configuration，找到User Defined下的 .ccxml 文件，就会显示处New Target Configuration 界面如下图。在下图中选择合适的Devices，保持配置，再点击测试连接即可测试连接是否正常。

Figure 4: Target Configuration 确认连接是否正常

e) 启动CCS调试。

f) 检查XRSn状态：如果XRSn的状态是低或者出现从低到高再到低的脉冲状态，那么可能是多种因素造成。例如如果是从低到高再到低的脉冲，那么可能是看门狗导致的重启。如果一直处于低电平，那么可能是因为供电或者PCB的其他的原因导致了Brown Out Rest （BOR）。

g) 检查Boot Mode：如果使用的是GPIO24和GPIO32默认的Bootload口，那么参照F28002X的TRM中3章节，检查GPIO24和GPIO32的引脚来确认是否在期望的Boot load 模式。

h) 检查VREG/时钟/系统时钟：测量并确认JTAG的时钟和晶振是否符合数据手册表明。测量并确认是否供电是否运行在了推荐电压值以外导致了BOR等问题。

参考文档：

1. ADC Input Circuit Evaluation for C2000 MCUs
2. 快速串行接口（FSI）在多芯片互连中的应用
3. C2000 MCU JTAG Connectivity Debug

审核编辑：符乾江