dsPIC® DSC：DSP 的强大功能与 MCU 的简单性

Microchip 的 dsPIC ®数字信号控制器 (DSC) 已上市近 20 年。dsPIC DSC 一直专注于电机控制、数字电源、先进传感和控制、稳健触摸、嵌入式安全、功能安全以及各种其他高性能和稳健设计等应用。

dsPIC DSC 的设计主要目标是为微控制器 (MCU) 提供数字信号处理器 (DSP) 引擎的功能和功能以及所需的架构和指令集。这些DSC已经取得了长足的进步，现已适应主流的实时控制应用，并适用于各种应用。即将推出的 dsPIC33 DSC 将包含增强功能以支持新兴技术及其应用。

dsPIC33 DSC —不仅仅是一个 MCU

MCU 非常适合需要用户和传感器接口的应用。它们可以初始化和控制应用程序、监视输入、对中断做出反应并通过显示器和执行器驱动输出。但在处理实时信号时，MCU 需要更多功能。

DSC 是一种单芯片嵌入式控制器，它将 MCU 的控制属性与 DSP 的计算和吞吐量能力无缝集成在单个内核中。Microchip 的 dsPIC DSC 提供您对功能强大的控制器所期望的一切：加速数学运算、快速、复杂且灵活的中断处理，以及功能安全和安保功能。dsPIC DSC 在单个周期内执行大部分指令。将其与高指令吞吐量和真正的 DSP 功能（例如单周期乘法和零开销循环）相结合，您就可以为嵌入式控制设计提供非常强大的 MCU。dsPIC DSC 具有满足实际设计要求的快速确定性性能，并且包含一组丰富的专用外设，可帮助您开发实时控制系统。

• 高分辨率电机控制脉宽调制器 (PWM) 和非常快速、准确的 12 位模数转换器 (ADC) 与 DSP 引擎的组合使您能够实现高效率、高精度、可变的适用于各种电机控制应用的速度、恒扭矩、比例积分 (PI) 控制和磁场定向控制 (FOC)

• 开关模式电源 (SMPS) PWM、多个高速 ADC、可编程增益放大器 (PGA) 和具有快速且可预测中断的中央处理单元 (CPU) 能够执行严格的控制环路和强大的算法，从而最大限度地提高数字电源的效率所有负载条件下的转换应用

• dsPIC33 DSC 具有高水平的模拟集成度，非常适合高级传感器接口和稳健的触摸应用。这些 DSC 提供高性能中央处理单元 (CPU) 和 DSP 引擎，可实现确定性和实时响应

• 选择 DSC 提供 5V 工作电压，以实现更好的抗噪性和鲁棒性

• 这些 DSC 的工作温度为 −40°C 至 150°C（AEC-Q100 0 级资格），非常适合引擎盖下的汽车设计

• 我们广泛的功能安全就绪和功能安全兼容的 dsPIC33 DSC 产品组合提供集成的硬件安全功能、故障模式、影响和诊断分析 (FMEDA) 报告、安全手册和诊断软件库，用于开发符合 ISO 26262、IEC 的安全关键型应用61508 和 IEC 60730 要求

• 具有集成安全子系统的 dsPIC33 DSC 或任何 dsPIC33C DSC 可与 CryptoAuthentication 和 CryptoAutomotive 安全 IC 配合使用，以实现强大的系统级安全性

除了常规的 MCU 功能外，dsPIC DSC 中的 DSP 引擎还包括以下硬件设计功能，以优化 DSP 算法的执行，例如双地址生成单元、桶移位器、乘法器和加法器、双累加器和上下文寄存器。

• dsPIC 架构使用改进的哈佛总线架构集成了 MCU 和 DSP 功能。组合指令流水线支持最多具有三个操作数的 CPU 指令，以优化执行时间。

• DSP 引擎的核心是一个 40 位 ALU 以及两个 40 位饱和累加器。双向桶形移位器能够在一个周期内将 40 位值左移或右移最多 16 位。硬件乘法器支持高速算术和逻辑运算。

• 为了支持具有特定寻址模式的MAC指令和DSP算法，提供了双地址生成单元（AGU）来加速数据地址计算、访问和存储的过程。

• 定义良好的单周期 MAC 指令支持滤波器、FFT 和向量数学运算。优化的 DSP 例程可作为 XC-DSC 编译器中的库使用，以减少执行时间。

• 来自硬件核心的零开销循环指令消除了循环的软件依赖性并提高了代码执行速度。

• 上下文寄存器有助于以更快的速度切换 DSP 功能，同时利用快速确定性中断响应和灵活的软件堆栈溢出检测的优势。    

最新的 dsPIC DSC 旨在提供高达 100 MHz 的性能，具有丰富的外设功能，包括 CAN-FD、可配置逻辑单元 (CLC)、触摸控制器、安全子系统、运算放大器 (OP-AMP)、电流偏置发生器 (CBG) ）、外设触发发生器（PTG）等，通过高速外设总线连接。片上存储器范围为 32KB–1MB 闪存（用于程序存储器）和 8KB–128KB RAM（用于数据存储器）。

dsPIC 目标应用领域

电机控制

dsPIC33 DSC 具有高分辨率 PWM 输出、专用时基、快速且高精度的 12 位 ADC 以及丰富的其他模拟外设。这些外设专为需要恒扭矩变速和磁场定向控制 (FOC) 以获得最高能效的电机控制应用而设计。列出了 dsPIC33C DSC 的一些外设功能，这些功能使它们能够高效地旋转电机。

• 具有死区时间插入和补偿功能的高分辨率互补 PWM 输出，支持独立、边沿和中心对齐操作模式

• 多达 24 个通道的高分辨率 PWM，可为高压应用提供四电机控制和/或集成 PFC

• 多达 5 个极快 (3.5 MSPS) 12 位 ADC，支持多达 27 个模拟输入，具有高精度转换（典型值 10.5 ENOB），以及内置数字比较器、过采样滤波器和多个采样保持 (S&H) ）电路

• 差分高速 (15ns) 模拟比较器，集成 12 位数模转换器 (DAC)，支持在检测到过流时自动关闭 PWM

• 3 个高带宽 (20 MHz) 运算放大器，具有快速转换速率 (40V/s) 和低输入电压偏移（典型值为 1.5mV），或用于电机电流增益电路的可编程增益放大器 (PGA)

• 霍尔传感器和光学（增量）编码器转子位置反馈支持（QEI 模块）

• 紧密耦合的 PWM、ADC、运算放大器或 PGA 和比较器支持快速且可预测的控制环路，无需 CPU 参与

• 双核 DSC 可优化实时响应能力，并为多个开发团队或位于不同地点的团队提供轻松的软件集成

• 高水平的模拟集成可降低物料清单 (BOM) 成本

数字电源

dsPIC33 系列器件具有专用外设，包括先进的模拟和多个高分辨率 PWM 发生器，可提高在广泛变化的负载条件下运行的数字电源转换和照明应用的效率。

列出了 dsPIC33 DSC 的一些特性：

• 电源 PWM 模块

• 高开关频率设计的占空比、相移、周期和死区时间为 250ps

• 灵活控制多种电源拓扑

• 可配置 PWM 控制输入，用于硬件响应外部事件以减少控制延迟

• 多达 5 个高速 12 位、3.5 Msps ADC 可同时采样

• 复杂的触发功能，总体延迟低至 0.89 µs

• 用于信号调节的集成 PGA

• 多达四个响应时间为 15ns 的模拟比较器和具有波形生成功能的 12 位 DAC

• 简化 PWM、ADC 和 CPU 之间的互操作

• 16 位/32 位定时器、输入捕捉、电路、输出比较器和 PWM 发生器的附加通道

• 通信外设包括 UART、SPI、I 2 C、PMBus™ 和 CAN/CAN FD 接口

高性能和稳健的设计

dsPIC33 DSC 提供丰富的外设，旨在满足苛刻的高性能应用的各种需求。这些 DSC 提供加速的 CPU 性能和高水平的模拟集成，用于实时控制、强大的连接和先进的传感器接口应用。

以下是 dsPIC33 DSC 的一些特性，使它们能够执行高性能时间关键型应用。

• 具有 100 MHz 性能和确定性响应的增强型 CPU

• 用于加速实时信号处理的 DSP 引擎，例如 FIR 滤波器、IIR 滤波器、n-FFT、数据转换功能等

• 优化的 DSP 例程可作为 MPLAB ® XC16 编译器内的内置库使用

• 与典型的通用 MCU 相比，DSP 功能* 的执行速度快 15 倍

• 使用五组上下文寄存器和 DSP 累加器实现低中断切换延迟

• 精密高速内部振荡器无需外部晶体振荡器

• 实时固件升级的实时更新，服务器中使用的运行电源无需停机

• 多达五个独立的 3.5 Msps 12 位 ADC，用于高速同步信号采样

• ADC 控制器中的过采样滤波器和数字比较器用于过滤噪声

• 用于有源滤波、信号调节和减少功率干扰的高速运算放大器（单位增益缓冲器）

• 用于快速事件检测的快速模拟比较器

• ADC 的 DMA 减轻了 CPU 干预

• 外设引脚支持 (PPS) 允许重新映射 I/O 引脚，从而节省 PCB 空间并轻松布线

• 高速 12 位 DAC 为传感器提供精确的电压参考

• 电流偏置发生器 (CBG) 为外部电路或传感器提供偏置

• 精选 DSC 的 5V 操作可提供抗噪性和鲁棒性

• −40°C 至 150°C 运行，符合 AEC-Q100 0 级资格，适用于汽车引擎盖下设计

• 与 CAN FD、LIN、SENT 和其他协议的稳健通信

• 数据 EEPROM 仿真库可使用片上程序存储器来仿真高耐用性 EEPROM