1.高精度PWM的工作原理 (HRPWM)

1.1 高精度PWM的MEP技術

C2000支持占空比、相移、死區和周期的高精度控制。HRPWM是在普通PWM模塊上采用微邊沿定位 (MEP, micro-edge positioner) 技術實現的。簡單來說, 就是將一個計數周期再拆分為很多個小的MEP步長, 如下圖所示。 其中，MEP最小步長是150ps。

圖1 HRPWM的微邊沿定位MEP示意圖

計算舉例：如下圖所示(開關頻率為1MHz)，控制精度是由PWM的“計數器值”和“比較值”的來決定。F280013x的CPU頻率為120MHz，假設EPWM模塊時鐘為120MHz, 此時EPWM單個計數周期為8.3 ns，MEP步長為150 ps。如此, 可將每一個計數周期再細分為8.3 ns / 150 ps = 55. 56份。如圖中單邊向上計數模式下, 開關頻率為1MHz，則三角波載波周期為1 us, 計數周期TBPRD等于120。如果想實現10.15%的占空比，則邊沿時間的控制應當是 10.15 * 8.3 ns = 84.245 ns。此時, 設定CMPA = 10 （83 ns），剩下的1.245ns(不足單個計數周期)應當由HRPWM模塊來實現, 也就是CMPA上再加上1.245 ns = 1245 ps = 150 ps * 8.3 ? 8個MEP步長。

圖2 單邊計數模式下的載波波形

其中，PWM分辨率的計算公式，如圖3所示。

圖3 PWM的分辨率計算公式

圖4為不同開關頻率下的PWM和HRPWM的分辨率。如下圖，當開關頻率＞250k，或者所要求的PWM分辨率>(9-10 bit)時，系統則需要使用HRPWM模塊。

圖4 PWM和HRPWM的分辨率算例表

1.2 高精度PWM的相關寄存器

高精度PWM相關的寄存器，如CMPAHR/CMPBHR、TBPHSHR、TBPRDHR、DBREDHR和DBFEDHR，以及HRPWM的時鐘輸入與配置，如圖5和圖6所示。HRPWM高精度寄存器作用位置是在AQ子模塊之后，由此不會影響AQ執行邊沿動作。

圖5 HRPWM的相關的寄存器

圖6 HRPWM的相關的寄存器作用位置

圖7 HRPWM的時鐘輸入與配置

其中，需要注意的是CMPAHR寄存器只會影響Channel A，它跟CMPA沒有任何必然關系；CMPBHR寄存器只會影響Channel B，它跟CMPB沒有任何必然關系。同時, CMPAHR和CMPBHR分別可以作用在上升沿、下降沿和上升/下降沿。如下圖寄存器的說明可知, 如果僅配置CMPAHR寄存器值, 而Channel B上通過死區模塊由PWMxA極性翻轉而來, Channel B 上則不會產生高精度的PWM波形。若需要Channel A和Channel B都需要高精度模式, 此時需要將CMPAHR 與CMPBHR賦予相同的值，從而產生正確的PWM波形，如圖8所示。

圖8 HRPWM的CMPAHR/CMPBHR寄存器說明

1.3 高精度PWM的CMPAHR/CMPBHR寄存器計算

以F28004x/F28003x為例，CMPAHR的算例及計算過程如下圖9所示。分別針對不同CMPAHR和CMPBHR上升沿REP (Rising Edge Position) 、下降沿FEP (Falling Edge Position) 和上升/下降沿BEP (Both Edge Position) 的作用示例。

圖9 HRPWM的CMPAHR算例

CMPAHR和CMPBHR上升沿REP作用示例, 如圖10:

圖10

CMPAHR和CMPBHR下降沿FEP作用示例，如圖11:

圖11

CMPAHR和CMPBHR上升/下降沿BEP作用示例，如圖12:

圖12

1.4 創建和配置高精度PWM的工程項目

1)創建Driverlib的工程項目

Step1：添加 "Include" Files: #include "sfo_v8.h" 以及所對應的庫文件SFO_lib

Step2：聲明Variable Declarations:

uint16_t status = SFO_INCOMPLETE;

uint32_t MEP_ScaleFactor = 0; //scale factor value

volatile uint32_t ePWM[(PWM_CH + 1)] = {0, EPWM1_BASE, EPWM2_BASE};

Step3：縮放因子初始化MEP_ScaleFactor Initialization:

while(status == SFO_INCOMPLETE)

{

status = SFO();

if(status == SFO_ERROR)

{

//

// SFO function returns 2 if an error occurs & # of MEP

// steps/coarse step exceeds maximum of 255.

//

error();

}

}

Step4：增加用戶代碼并配置對應的寄存器如CMPAHR

void main ()

{

int status;

// User code

// ePWM1, 2, 3, 4 are running in HRPWM mode

// The status variable returns 1 once a new MEP_ScaleFactor has been

// calculated by the MEP Calibration Module running SFO

// diagnostics.

status = SFO ();

for(;;)

{

if(test_ctr < 256)

{

HRPWM_setCounterCompareValue(ePWM[1], HRPWM_COUNTER_COMPARE_A, (0x2000 + test_ctr));

test_ctr++;

}

else

{

test_ctr = 0;

}

if(status == SFO_ERROR)

{

//

// SFO function returns 2 if an error occurs & # of

// MEP steps/coarse step exceeds maximum of 255.

//

error();

}

}

}

2)Bit-field按寄存器創建的工程

Step1：添加 "Include" Files: #include "sfo_v8.h"以及所對應的庫文件SFO_lib

Step2：聲明Variable Declarations:

Uint16 status = SFO_INCOMPLETE;

int MEP_ScaleFactor = 0; //scale factor value

volatile struct EPWM_REGS *ePWM[] = {0, &EPwm1Regs, &EPwm2Regs};

Step3：縮放因子初始化MEP_ScaleFactor Initialization:

同上。

Step4：增加用戶代碼并配置對應的寄存器如CMPAHR

同上。

1.5 測試工程與PWM波形

2. 高精度PWM的注意事項

2.1 高精度PWM的Dead Band半個TBCLK計數周期生效

如下Note提示, 死區的高精度模式控制僅在半個TBCLK計數周期生效, 如下計算公式可知, 若CPU主頻直接分頻給到EPWM時鐘，即TBCLK 為100MHz，也就是10ns, 此時DBREDHR和DBFEDHR寄存器僅在5ns計數周期生效, 這也是為了進一步保證高精度死區的生成。

2.2 高精度PWM的Dead Band高精度僅在雙邊計數Up-Down模式生效

如下Note提示, 死區的高精度模式控制僅在Up-Down計數模式下生效, 這主要是由于HRPWM的Duty占空比高精度模式控制限制所造成的。HRPWM在前三拍和后三拍是無效的，此時若想生成0%占空比可由普通PWM生成。硬件上不允許單邊計數模式下實現占空比的高精度模式控制。

2.3 Up-Down模式下高精度PWM的寄存器加載時刻僅Zero-Period生效

如下Note提示, 雙邊計數Up-Down模式下高精度控制影子寄存器加載僅在ZERO AND PERIOD生效, HRPWM模塊在過周期處用于內部特殊邏輯計算而不進行加載。單邊計數Up模式無此限制要求。此外單邊Down模式下是不支持高精度HRPWM操作。

3.結論

高精度模式的控制實現與普通PWM配置有差異，總結來說有以下幾點：1.CMPAHR負責Channel A上的高精度控制, CMPBHR負責Channel B上的高精度控制;2. HRPWM寄存器的生效時刻需要注意；3. 死區和占空比高精度實現的模式會對計數方式有要求；4. 單獨某一個Channel A上實現高精度會造成另外Channel B上的影響，不過僅±1 TBCLK；5. HRPWM高精度模式控制最高分辨率150ps, 可實現占空比Duty、死區DBREDHR和DBFEDHR、相移TBPHSHR和周期值TBPRDHR的高精度模式控制。找元器件現貨上唯樣商城以上不限于為高精度模式的使用與注意事項。

來源：TI

作者：Ke, Shaoxing

審核編輯：湯梓紅