PIC18-Q71系列的智能模拟特性

PIC18-Q71 产品系列概述

传统上，MCU主要是数字设备，只有基本的模拟功能。换言之，任何比使用模数转换器（ADC）进行基本测量更先进的方法都将使用设计中其他地方的分立器件来实现。但是，情况并非总是如此。PIC18-Q71 系列 MCU将高性能 PIC18 中央处理器 （CPU） 内核与集成模拟内核独立外设 （CIP） 配对，适用于混合信号和模拟应用。

该系列包含：

模拟外设管理器 （APM）

具有计算和上下文功能的12位差分ADC

10位数模转换器（DAC）

两个 8 位 DAC

两个集成运算放大器（OPAMP），带内部电阻梯

一个固定电压基准 （FVR）

两个模拟比较器 （CMP）

零交叉检测 （ZCD）

温度指示器 （温度）

这些模拟外设是对各种片上数字外设的补充，如16 位脉宽调制器 （PWM）、通用定时器 （UTMR）和带存储器扫描仪的循环冗余校验 （CRC）。

使用这些模拟外设，可以减小设计的尺寸、部件数量和功耗。值得注意的是，这是第一个包含模拟外设管理器（APM）的MCU系列，APM是一种特殊的定时器，可以独立于CPU打开和关闭模拟外设。在不需要连续采样的设计中，这可以节省大量功耗。

板载另一个外设是具有计算和上下文功能的12位差分ADC。该外设与普通ADC的不同之处在于包括计算和上下文切换功能。计算特性允许ADC在内部执行多采样操作和简单的数学运算，而无需使用CPU。计算通常用于自动平均或通过过采样提高ADC的分辨率。该外设中的上下文切换功能允许ADC自动更改设置，而无需CPU干预。在ADC内部，提供了四个上下文，每个上下文都有自己独特的设置集。可以启用或禁用每个上下文以实现设计灵活性。

PIC18-Q71系列还包含三个独立的DAC，一个10位和两个8位。更高分辨率的 10 位 DAC 提供比 8 位 DAC 更高的精度。当将DAC与模拟比较器配对以监控模拟信号的阈值/设定点时，这一点尤其重要。

这篇博文中的最后一个外设是OPAMP。这些是内置于微控制器芯片中的分立式运算放大器。每个运算放大器都有一个内部电阻梯形图，用于设置增益或（不太常见）在不使用DAC的情况下产生偏置电压。OPAMP 可与微控制器上的其他外设配合使用，包括 APM、CMP、带计算和上下文功能的 ADC 以及 DAC。

通过这些互连，可以创建更复杂的应用程序。例如，让我们创建一个假设的低功耗温度监视器，该监视器定期对电阻温度检测器（RTD）进行采样，RTD是一种特殊的电阻器，（几乎）随温度线性变化电阻。微控制器上的一个OPAMP和DAC用于为RTD创建恒流偏置源，而具有计算和上下文功能的ADC则测量电阻两端的差分电压。

图1 – RTD测量电路

然后，APM 配置为定期：

使能模拟电路（偏置电流 + 模拟侧 ADC）

等待模拟电路稳定

使能 ADC 采样系统（ADC 的数字侧）

等待足够长的时间让ADC开始和完成转换

关闭外设以节省功耗

这样可以节省大量电力，如下图所示。

图2 –功耗的简化示例

PIC18-Q71 系列微控制器的集成模拟功能通过减少设计面积、器件数量和功耗来增强设计。

审核编辑：郭婷