一种闭环控制电路的制作方法

本发明涉及电机驱动控制，特别是涉及一种闭环控制电路。

背景技术：

1、在电机驱动领域中，通常需要利用反馈信号来实时调整各相的控制信号。以两相步进电机为例，步进电机包括a相和b相绕组，数字控制模块通过驱动电路与电机连接。在对a相和b相绕组中的电流进行闭环控制的过程中，数字控制模块基于目标电流数字量对驱动电路的工作状态进行调整，以调整a相和b相绕组中的电流。具体的，数字控制模块将目标电流数字量输出至数模转换器（digital-to-analog converter，dac），以将目标电流数字量转换为相应的模拟参考电压，随后，通过比较器将模拟参考电压与电机绕组上的实际反馈电压进行比较，再根据比较结果调整驱动电路的工作状态，使a相和b相两相绕组中的实际电流跟随目标电流变化，从而实现闭环控制。

2、为了维持各相连续的闭环调节，现有技术通常针对不同的控制通道分别设置独立的转换和比较路径。例如，针对a相和b相配置两个相互独立的dac和两个比较器。其中，两个dac分别持续接收a相和b相的目标电流数字量，并对应输出连续的a相参考电压和b相参考电压，两个比较器则分别将对应参考电压与a相、b相的实际反馈电压进行持续比较。然而，在芯片版图设计中，dac属于模拟电路，其占用的芯片面积通常明显大于普通数字逻辑电路和比较器。上述方案中为了维持多通道的参考电压而必须配置多个独立dac，大幅增加了芯片的整体版图面积，导致制造成本显著上升。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种闭环控制电路，用于解决现有技术在维持多相负载连续闭环调节时，因需要为各相独立配置模拟dac而导致芯片整体版图面积过大、制造成本显著上升的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种电机的闭环控制电路，包括dac、三个比较器、采样保持电路、输出选择电路和状态机；

3、dac连接状态机，用于分时接收第一相的目标电流数字量和第二相的目标电流数字量，并转换为对应的第一参考电压和第二参考电压；

4、采样保持电路分别连接dac的输出端、电机的绕组电流反馈电压输入端、状态机以及三个比较器的输入端，用于在状态机的控制下，获取dac输出的参考电压以及与参考电压对应的实际反馈电压并保持，并发送至三个比较器中与当前轮次对应的两个目标比较器，以使目标比较器对保持的参考电压和实际反馈电压进行比较；

5、三个比较器用于在状态机的控制下轮换进行第一相的比较、第二相的比较以及等待执行下一轮次的对应相的比较；其中，在任一轮次下，两个比较器作为目标比较器，分别用于执行当前轮次的第一相和第二相的比较，另一比较器用于等待执行下一轮次的对应相的比较；

6、输出选择电路分别连接状态机和三个比较器的输出端，用于在状态机的控制下，根据两个目标比较器的比较结果分别确定第一相的当前有效比较结果和第二相的当前有效比较结果，并输出第一相的第一比较反馈电压和第二相的第二比较反馈电压至状态机。

7、可选的，还包括：

8、输入选择电路，输入选择电路的第一输入端用于接收第一相的目标电流数字量，第二输入端用于接收第二相的目标电流数字量，输出端连接dac，控制端连接状态机，用于在状态机的控制下，将第一相的目标电流数字量、第二相的目标电流数字量分时输出至dac。

9、可选的，采样保持电路包括与各比较器一一对应设置的参考采样保持支路和反馈采样保持支路；

10、参考采样保持支路包括参考采样开关和参考保持电容：

11、参考采样开关的第一端连接dac的输出端，第二端连接参考保持电容的第一端，控制端连接状态机，用于在状态机的控制下导通时，将dac输出的参考电压输入参考保持电容；

12、参考保持电容的第一端连接参考采样开关的第二端，第二端连接对应的比较器的第一输入端，用于在参考采样开关关断后保持采样得到的参考电压；

13、反馈采样保持支路包括第一反馈采样开关、第二反馈采样开关和反馈保持电容：

14、第一反馈采样开关的第一端连接电机的第一相的绕组电流反馈电压输入端，第二端连接反馈保持电容的第一端，控制端连接状态机，用于在状态机的控制下导通时，将第一相的实际反馈电压输入反馈保持电容；

15、第二反馈采样开关的第一端连接电机的第二相的绕组电流反馈电压输入端，第二端连接反馈保持电容的第一端，控制端连接状态机，用于在状态机的控制下导通时，将第二相的实际反馈电压输入反馈保持电容；

16、反馈保持电容的第一端分别连接第一反馈采样开关的第二端和第二反馈采样开关的第二端，第二端连接对应的比较器的第二输入端，用于在对应的反馈采样开关关断后保持采样得到的实际反馈电压。

17、可选的，参考采样开关、第一反馈采样开关和第二反馈采样开关均为cmos门；

18、cmos门包括同相控制端和反相控制端，同相控制端和反相控制端均连接状态机，分别用于接收状态机输出的同相控制电压和反相控制电压，以在同相控制电压和反相控制电压的驱动下导通或关断。

19、可选的，还包括第一反相器和第二反相器；

20、第一反相器的输入端连接状态机，用于输出反相控制电压；

21、第二反相器的输入端连接第一反相器的输出端，用于输出同相控制电压。

22、可选的，三个比较器均包括运算放大器、第一cmos门以及与门；

23、运算放大器的同相输入端连接对应的参考保持电容的第二端，反相输入端连接对应的反馈保持电容的第二端；

24、第一cmos门连接在运算放大器的反相输入端与输出端之间，控制端连接状态机，用于在状态机的控制下导通，以对运算放大器进行复位；

25、与门的第一输入端连接运算放大器的输出端，第二输入端连接状态机，输出端连接输出选择电路，用于在状态机的控制下，在第一cmos门导通期间屏蔽运算放大器的输出，以防止向输出选择电路输出无效的比较结果。

26、可选的，参考采样保持支路还包括第二cmos门、第三cmos门和稳压电容；

27、第二cmos门的第一端接入模拟基准电压，第二端连接参考保持电容的第一端，控制端连接状态机；

28、第三cmos门的第一端接入模拟基准电压，第二端连接参考保持电容的第二端，控制端连接状态机；第二cmos门和第三cmos门用于在状态机的控制下导通，以将参考保持电容的两端电压钳位至模拟基准电压；

29、稳压电容的第一端连接参考保持电容的第二端，第二端接地。

30、可选的，反馈采样保持支路还包括第四cmos门和第五cmos门；

31、第四cmos门的第一端连接反馈保持电容的第一端，第二端接地，控制端连接状态机，用于在状态机的控制下导通，以对反馈保持电容的第一端进行放电清零；

32、第五cmos门的第一端连接第一反馈采样开关和第二反馈采样开关的公共输出端，第二端连接反馈保持电容的第一端，控制端连接状态机，用于在状态机的控制下导通或关断，以控制采样得到的实际反馈电压至反馈保持电容的输入回路的通断。

33、可选的，输出选择电路包括第一多路选择器和第二多路选择器：

34、第一多路选择器的多个输入端分别连接三个比较器的输出端，控制端连接状态机，用于在状态机的控制下，从三个比较器的比较结果中选择第一相的当前有效比较结果，并基于第一相的当前有效比较结果输出第一比较反馈电压；

35、第二多路选择器的多个输入端分别连接三个比较器的输出端，控制端连接状态机，用于在状态机的控制下，从三个比较器的比较结果中选择第二相的当前有效比较结果，并基于第二相的当前有效比较结果输出第二比较反馈电压。

36、可选的，还包括：

37、数字斩波电路，数字斩波电路的输入端连接输出选择电路的输出端，用于分别接收第一比较反馈电压和第二比较反馈电压，并输出对应相的斩波驱动电压；

38、驱动电路，驱动电路的输入端连接数字斩波电路的输出端，输出端分别连接电机的第一相的绕组和第二相的绕组；驱动电路内部包含多个开关管，开关管用于在斩波驱动电压的作用下导通或关断，以分别调节第一相的绕组和第二相的绕组中的电流。

39、本发明提供了一种闭环控制电路，包括状态机、dac、采样保持电路、三个比较器和输出选择电路。其中，通过状态机的时序控制，使单一dac分时接收第一相和第二相的目标电流数字量，并转换为对应的第一参考电压和第二参考电压。进一步的，利用采样保持电路将分时输出的参考电压及对应的实际反馈电压物理保持至目标比较器，并由三个比较器建立轮换工作状态，使得在任意时刻均由两个比较器分别持续提供第一相和第二相的当前有效比较结果，同时由另一比较器等待执行下一轮次的对应相的比较。最终由输出选择电路确定有效比较结果，以向状态机输出连续的第一比较反馈电压和第二比较反馈电压，从而克服单dac复用导致的调节不连续的问题，保证闭环控制的稳定性和可靠性。可见，本发明提供的闭环控制电路通过引入占用芯片版图面积较小的采样保持电路和额外的比较器，结合单个dac即可替代传统方案中各相独立的多个模拟dac，在不影响闭环控制精度的前提下有效减小了芯片的整体版图面积，显著降低了芯片的制造成本。