By Don Alfano
Silicon Laboratories Inc

数字控制可以大幅提升系统效能，因为它能支持许多复杂又很难以模拟方式实作的控制算法。数字控制还能减少零件误差的影响，例如数字滤波器就能精确设定极点和零点的位置，使其不超出系统时钟频率的误差范围；相形之下，模拟控制器的极点和零点却可能因为零件误差而出现10%以上的变化。多相位电源供应则是另一个例子，数字脉冲调变控制器(Digital Pulse Width Modulator，DPWM)可为这类电源供应装置精确设定各个相位的负载周期。数字控制的其它优点包括可编程能力、缩短研发时间、减少零件数目、更不容易受到零件老化和工作环境的影响、生产物流更方便以及成本更低。

数字控制和模拟控制不同，它会因为反馈参数的量化和计算时间而出现延迟。为了将延迟时间减至最少，数字控制功能会提供很高的数据吞吐量和很小的延迟时间，其中又以环路补偿和DPWM调制算法更是如此。数字控制器虽有不同设计方式，但最常见的实作方法可分为三大类：可编程讯号处理器 (通常是数字讯号处理器)、定制硬件或两者的组合。

数字讯号处理器(DSP)可以实时计算离散时间的控制变量值，某些供货商还提供内置闪存的DSP，让使用者能以同一套处理器平台支持多种系统架构和控制策略。这种做法的缺点在于它会受到DSP产出的限制，由于DSP产出会受到时钟频率和内存资源的影响，因此当系统必须使用较高的DPWM频率时，这些因素就会对成本、体积、供应电流和延展性造成负面冲击。

以专属硬件为基础的设计则是利用固定架构的状态机器来执行控制算法，由于硬件可以针对成本和效能最佳化，这种方法的工作效率和成本都可能胜过DSP。尽管如此，这种方法的应用弹性却很糟，因为控制硬件一旦制造完成就无法进行重大修改，所以这类硬件只能支持特定应用，这会增加产品的非重现工程费用和上市时间，设计风险也变得更大。

本文提出一种新方法，它会把处理器和固定硬件架构结合在一起，让它们各自发挥最大长处。这套架构包含多颗专属的可编程讯号处理器，它们会在另一颗内置闪存的可编程微控制器监督下执行高速控制计算。这些讯号处理器将计算过程的延迟时间减至最少，晶粒面积的使用效率也很高。整合式微控制器让控制组件变得极有弹性，它能透过用户软件来精确设定和修改系统属性(例如频率补偿和系统保护)，并利用低频控制最佳化来增强系统效能，例如控制停滞时间(dead time)以提高效率。由于微控制器不必执行高频宽运算，程序设计将比DSP更简单和成本更低，使它很容易在市场上获得成功。

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