最近在开发一款产品的过程中用到了STM32G4系列的产品STM32G491,了解到该产品的一些优势,不仅其数字处理能力强大,更重要的是集成了丰富的模拟外设电路 - 多路模拟开关/比较器/运算放大器、ADC、DAC、温度传感器等,而且运算放大器的结构和增益都可以编程,非常灵活,能够满足大多数场景的应用,比如电机控制、工业设备、仪器仪表、数字电源等产品。
顺便讲一下,这颗芯片用在电赛中会非常合适 - 功能强大、产品指标较高,使用便捷。
虽然单颗器件的价格会高一些,但高集成度节省了板卡的面积,降低了BOM的整体成本,当然更重要的是其灵活性。
这颗器件的数字信号处理能力也非常强,比如带有FPU功能的Cortex M4内核能够运行到高达170MHz的时钟速度,并支持:
数学运算加速,比如Cordic - 非常适用于FOC电机控制
滤波数学加速(FMAC)- 数字电源、Sigma Delta调制、噪声成型,有FIR滤波器和IIR滤波器
以下是一个系统应用,充分利用了数字信号处理和模拟信号处理的混合能力,在一颗芯片中搞定所有的功能:
这个芯片的定位就是电机控制、数字电源等,有不同的系列,在我们的产品中出于性价比的考虑,选用了STM32G491系列。
其内部有3个12位/4Msps的ADC、4路12位,最高转换率可以达到15Msps的DAC(搭配能够产生各种信号的算法,做信号发生器非常方便)、还有4个可以灵活编程的运算放大器。
STM32G4系列内部运算放大器的结构如下:
可以通过寄存器的配置来设置内部的连接关系和放大器的增益
它的主要技术指标:
输入电压偏移:大约位+/-3mV(通过内部的校准以后能够达到的精度)
模拟带宽:大约13MHz
压摆率:正常模式大约为6.5 V/μs, 高速模式大约为45 V/μs.
输出饱和电压:低于100mV(轨到轨)
增益:
正:+1, +2, +4, +8, +16, +32, +64
负:-1, -3, -7, -15, -31, -63
开环增益:-95dB
唤醒时间:3 μs
配置为反相放大器:
反相放大器再并联反馈电阻
配置为同相放大器
同相放大器并联反馈电阻/电容
反相放大器的输入端通过模拟开关切换输入的信号源
在同相放大器的输入端通过模拟开关切换输入源
放大器的输出端也可以通过模拟开关切换,可以将信号输出到外面的管脚,也可以直接连接到内部ADC的输入端。
可以在芯片外部添加直流偏移:
同相放大器添加外部滤波器:
添加外部直流偏移 + 滤波器:
下面是几个应用示例:
用于光电检测的跨阻配置:
2. 用于驱动ADC的跟随器
3 同相放大配置中的内部增益可编程调节:
4 用于ADC输入端的抗混叠滤波器(AAF)的作用对比示意:
5. 采用了外部电容的可编程增益配置
6. 双电机控制应用中的STM32G4内部配置:
电机驱动的外部电路连接:
今天文章中的截图来自ST官网上的一篇应用指南,内容有43页,有兴趣的同学可以搜一下来细致阅读,该文章的名字为:
AN5306: Operational Amplifier (OPAMP) usage in STM32G4 Series
希望对大家有帮助。