CH32X035 运放OPA和比较器CMP的应用

CH32X035 运放OPA和比较器CMP的应用

 

一、关于CH32X035介绍

CH32X035内置USB和PD PHY，20KB RAM，62KB FLASH，支持USB Host主机和USB Device设备功能、USB PD及Type-C快充功能，内置可编程协议I/O控制器，提供了OPA运放、CMP电压比较器、USART串口、I2C、SPI、定时器、12位ADC、Touchkey等丰富外设资源。 

CH32X035系列提供最多2个可独立配置的运算放大器OPA和3个可独立配置的电压比较器，其中OPA支持增益选择，也可用于电压比较器。

OPA和CMP通常应用于电控应用当中，OPA主要用于电流的放大，比较器主要用于“刹车”，当检测到电流过大时，及时进行刹车。OPA也可用于电压比较器，但其相较于专门的CMP，延迟会高一些，CMP的延时大概在50ns以内，若OPA用作比较器，延迟时间估计会在100ns以上。

 

二、关于OPA的应用

关于OPA的应用，其输入输出引脚示意图如下：

OPA主要特性如下：

OPA输出引脚可选择通用I/O口或ADC采样通道；

OPA支持正端输入轮询功能；

OPA支持PGA增益选择；

1、OPA输出引脚选择通用I/O

（1）作为电压跟随器

当输出引脚选择通用IO时，负端和输出端直接连接，若不加反馈电路，则作为电压跟随器使用，具体电路如下图1。输出IO的电压则就是正端输入电压。注意IO引脚的电压范围是0-VDD，不要超过MCU的供电电压。

图1 电压跟随器

 

（2）作为运算放大器

当负反馈电路加入电阻之后，则会形成运算放大器，将会对输入端电压进行放大，具体电路如下图2。其中3K电阻用R2表示，1K电阻用R1表示。

正端输入电压1.5V，输出电压4.5V，具体放大倍数计算公式如下：

即4.5V=（3K/1K）*1.5

此外还有另一种运算放大电路，如下图，此时放大计算公式和上有所不同

正端输入电压1.5V，输出电压6V，具体放大倍数计算公式为：

即6V=（3/1+1）*1.5

 

2、OPA输出引脚选择为ADC采样通道

当OPA输出引脚选择为ADC采样通道时，输出电压直接被ADC采集，通过ADC值得到输出值的大小。

 

3、当OPA设置正端输入轮询功能

当OPA设置正端输入轮询功能时，正端引脚是固定的，不需要配置，如下图。直接配置正端轮询的个数即可。负端引脚以及输出引脚还是需要配置的，输出引脚同样可以配置为通用IO或ADC采样通道。具体电路类似下图，会依次对正端通道进行轮询。

配置为轮询模式时，还需要配置轮询的间隔时间，会根据该时间依次对正端输入进行轮询。类似于单刀三掷开关切换的时间。

 

4、当使用OPA设置PGA增益时

当配置使用PGA增益时，无需对负端引脚进行配置，直接配置增益倍数即可，可选4倍、8倍、16倍、32倍放大。输出引脚同样可以配置为通用IO或ADC采样通道。

比如当你程序中配置4倍增益，当正端输入电压为0.8V时，输出电压为3.2V。

 

5、当使用OPA复位功能时

当使用OPA复位功能时，只要输出端为高电平，则就会进行复位。

 

6、当使用OPA刹车功能时

当使用OPA刹车功能时，只要输出端为高电平，对应的定时器就会停止PWM输出，注意使用OPA刹车功能时，需要对定时器刹车和死区寄存器即BDTR寄存器的BKP位置1。

 

7、当使用OPA中断功能时

当使用OPA中断功能时，当正端输入高电平时，进入中断。

 

三、关于CMP的应用

关于CMP的应用，其输入输出引脚示意图如下：

其输出通道可配置为I/O或者内部定时器通道。

（1）当输出通道配置为普通I/O时

当输出通道配置为普通I/O，作为CMP，当正端电压大于负端电压，则输出端IO口引脚电平为高电平，否则为低电平；

 

（2）当输出通道配置为内部定时器通道

当输出通道配置为内部定时器通道，个人理解，通过内部定时器通道，可获取比较器输出端电平变化的一个时间，可通过将该定时器通道配置为输入捕获模式，捕获发生边沿触发时一个计数器的值，比如设置为上升沿触发，当比较器输出高电平，则会触发中断，获取到一个计数值，通过该计数值可得到相应的时间。