英飞凌TC3xx之一起认识DSADC系列（七）应用实战项目二（生成旋变激励信号，读回旋变数据）

本文写一篇关于DSADC的resover的载波信号生成的应用，刚刚接触DSADC的开发者很容易被手册中简短的文字描述弄的迷惑，它到底在说些什么呢？笔者通过本文中详细的图文解说，帮大家将这一块的知识点梳理清楚。
后续部分，我们会进一步详细解说，如何使用EDSADC生成激励信号，并读回旋变数据进行解码操作，进而得到旋变角度数据。

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1 项目要求

• 使用DSADC给出resolver激励信号
  总线时钟f_ADC=160MHz
• 使用DSADC测量resolver返回信号

2 项目实现

2.1 内部时钟配置

给出时钟配置的结构图，供大家回想。

• 如果使用DSADC生成激励信号，并通过DSADC读回旋变的正弦和余弦数据，那么从上图可知这里涉及到两个时钟信号的配置：载波发生器的时钟信号，以及片上调制器的时钟信号。
• 具体的配置可以根据各自项目的实际情况考虑，在本例中，我们配置载波发生器的时钟为10MHz，所以由下图可知，配置寄存器DIVCG为f_CG = f_CLK /16；配置片上调制器时钟为20MHz，所以配置寄存器DIVM为f_MOD = f_CLK /8.
  
• 来自外部总线的时钟f_ADC 经过DIVCG分频后得到载波发生器的时钟，频率为10MHz，再经过PWM Counter后进入Pattern Counter。
• 这里配置SIGPOL为0，从正半周开始输出波形，同时给出符号信息Sign供后续采样处理使用；再配置CGMOD为11_B (sine wave)，输出正弦波形；配置BREV为0，正常输出bits，不进行翻转；经过Comparator后给出载波PWM波，频率为f_PWM = 10M/32 = 312.5kHz。
• 该PWM波信号从AURIX选定的管脚输出，具体可通过配置管脚的输出选项来选定。该PWM波频率为312.5kHz的，周期相同，占空比不同，32个周期的该PWM波构成一个载波周期，所以载波频率为f_carrier = 312.5kHz/32 = 9.765625kHz。
• 含有高频信息的载波信号再经过硬件电路的一系列处理后，主要是低通滤波电路的处理后，得到基波信号，该基波为平滑的正弦波，频率为312.5kHz，也就是我们所期待的由DSADC生成的激励信号，再将该激励信号接入到旋变设备。

为了方便读者便于理解，这里给出两个图形示例：
（1）频率为312.5kHz的PWM波信号

（2）频率为9.765625kHz的正弦波激励信号

由上文可知， f_MOD = 20MHz，f_carrier = 9.765625kHz，所以一个载波周期内共被采集数据2048个，又知道CIC抽取率为32，所以一个CG周期内得到2048/32=64个数据，半个周波32。
所以配置载波发生器同步信号：
CGSYNCx.SDPOS为1F(32)，CGSYNCx.SDNEG为3F(64)。

2.2 输入信号配置

旋变给出的实时测量数据反馈到AURIX，通过两路差分信号来实现，正余弦各有一路差分信号。这里以正弦信号为例，假设从旋变给出的差分SIN信号的名字为SIN_P和SIN_N，下图给出示例：

SIN_P和SIN_N经过板上电路的处理后，假设给到EDS0PA管脚作为输入信号，所以寄存器INCFGP和INCFGN都选择Input pin；配置INMUX = Input pin position A，INSEL = A；配置INMAC = Preset mode；调制器增益选择1，GAINSEL=0，从而得到持续的数据流，该数据流进入滤波器链路。

2.3 调制器配置

根据项目设计，使用片上调制器，即调制器不使用外部门电路控制，而是由软件控制，所以配置DSS=On chip；对外部总线时钟八分频，所以配置DIVM为8，即调制器时钟频率f_MOD = f_ADC /8 = 20MHz；数据采样时钟使用内部时钟，所以配置CSRCEx=Internal；同时，由于数据来源于外部输入管脚，所以配置DSRCEx = External A direct；在触发信号高电平和低电平的时候都给出结果值，所以配置SRGM=Always；触发信号使用ITR0A（通过GTM模块的INSEL寄存器配置），所以配置TRSEL = 0；同时使用触发信号的上升沿和下降沿都作为触发时刻，所以配置ITRMODE=Permanent；输入正弦信号也是低频信号，为了保证良好的信噪比，打开内部抖动功能，所以配置DITHEN=1；其它配置TSTRMODE\INMODE\APC都是用默认值。

关于解调器部分的配置如下：
结果值作为有符号数存储，每个寄存器存储一个值在低位，高位填0，所以配置RDM = signed mode，DRM = 01。
转换结果存储部分：

2.4 滤波器链路配置

• 滤波器链路只使用CIC滤波器，CIC为CIC3模式，所以配置CICMODE = CIC3；关闭CIC预滤波器，所以配置PFEN = Disable的；关闭FIR滤波器，所以配置FIR0EN = Disabled，FIR1EN = Disabled；关闭过冲补偿，所以配置OVCEN = Disabled；关闭偏移补偿功能，所以配置OCEN = Disabled；关闭辅助滤波器，所以SRGA = Disabled。
• 积分器配置REPVAL为1；对64个数据进行积分，所以配置NVALINIT为0x3F；舍弃0个值，所以配置NVALDIS为0；内部控制积分结束，所以配置IWS = 0；当INTEN=1，积分开始启动时，重启滤波器链路，所以配置FRC = 0；通过计算可以得到ISC = 25:9，即积分值IIVAL的第9:25bits移位到FIFO中。

（1）滤波器链接结构：

（2）运行时校正部分

（3）FIR滤波器部分：

（4）积分器部分
ISC的配置用于控制积分器窗口在何时关闭，而ITR0A决定了积分器窗口何时启动。

• 增益计算部分
  CIC滤波器运行时使用抽取率32，校正时使用抽取率512，所以配置GAINCTRL.CICDEC=3.
  此处再次提醒抽取率的配置计算公式：

  N = 2^(CICDEC+3) = 8 × 2^CICDEC

下面给出相关计算:

（1）在运行期间，使用GAINCORRx这个寄存器的配置，配置CFMDF为1F，即N=32，通过计算得到如下数据：
For N = 32, on-chip modulator:
N³ × 4 × 0.6945 = 91,029.504 [CICSHIFT] =
roundup(14 - ld(2 × 25 000 / 91,029.504)) = roundup(14 - (-0.864)) =
15 (0F_H)
校准系数是：
(2 × 25 000 / 91,029.504) × 2^(15-14) = 1.0985
截断后这个位域的值是
[GAINFACTOR] = truncate(1.
09854096)=truncate(4499.6400)=4499=1193_H
（2) 在校准期间，使用GAINCTRx这个寄存器，此时CICDEC使用配置的寄存器数值是6，对应的抽取率为2⁽⁶⁺³⁾=512，即N=512，通过计算得到如下数据：
For N = 512, on-chip modulator:
N³ × 4 × 0.6945 = 372,856,848.384
[CICSHIFT] = roundup(14 - ld(2 × 25 000 / 372,856,848.384)) =
roundup(14 - (-12.864)) = 27(1B_H)
校准系数是：
(2 × 25 000 / 372,856,848.384) × 2^(27-14) = 1.0985
截断后这个位域的值是[GAINFACTOR] = truncate(1. 09854096)=truncate(4499.6400)=4499=1193_H
所以配置GAINCTRL.GAINFACTOR为1193H，配置GAINCTRL.CICSHIFT为43:27，配置GAINCTRL.CICDEC为6.
同时配置GAINCORR.CICSHIFT为31:15，配置GAINCORR.CICSHIFT为1193_H，配置CFMDF为001F(抽取率32).
设置主滤波器链路结果值满量程为25000，所以配置CALTARGET为61A8_H，

计算滤波器链路的组延迟如下：

首先计算数据输出周期：
f_MOD = 20 MHz -> t_MOD = 50 ns
前提：预滤波器关闭，OSR(CIC3) = 32，FIR0 关闭，FIR1 关闭，OC 关闭，对(64×1)个值进行积分。
所以数据输出速率为：
f_D = f_MOD /(PreFIR_OSR * CIC3_OSR * FIR0_OSR * FIR1_OSR * (<NVALINT+1> × <REPVAL+1>))
= f_MOD / (1 × 32 × 1 × 1 × (64×1) = 9.765625 kHz
t_D = 1 / f_D = 102.4 us，即输出一个结果数据需要102.4us。
组延迟为：
[1 + 0 + (3 × 2⁰ ×(32-1) / 2) + 0 + 0 + 0 + (63×2⁰×32×2⁰×2⁰ / 2)]× t_MOD
= (1 + 46.5 + 1008) × t_MOD = 1055.5×50 ns = 52.775 μs
在给定的过采样率为 1×32×1×1×64 = 2048 时，这相当于 0.52 × t_D （数据输出速率周期）的延迟。也就是说从启动该路采样后，到第一个有效值输出之间需要有53us的延迟时间。

2.5 整流器配置

• 配置RFEN为Enable，使用片上的载波发生器，配置SSRC为On-chip；SSCH按照各自的sign符号来源配置，比如对于SIN数据，通过EDS0PA采样，SSCH配置为从0通道获取sign信息，对于COS数据从EDS1PA采样，SSCH配置为1；之后DSADC会按照所配置的信息，自己完成一系列的计算，使用者只需要从RESMx及时取数据就可以了。
• 注意，这里从RESMx中读取到的数据就是旋变的SIN和COS的结果值了，由前文可知，对应的满量程区间为25000，后续应用可继续处理。
  

3 总结

本文给出了使用DSADC生成载波信号，并进一步读回载波数据的过程，开发者可以从结果值寄存器得到一个采样点的值，进而用于后续计算和控制。