[테크월드=선연수 기자] 전압 램프 신호는 전압의 선형 변화가 필요한 회로에서 사용할 수 있다. 전압 램프 신호는 일반적으로 레퍼런스 신호, 슬로프 보상기, 전압 스위프 생성기 등으로 사용된다. 마이크로칩 PIC 마이크로컨트롤러에 많이 장착되는 PRG(Programmable Ramp Generator) 주변장치를 사용해 프로세스 오버헤드 없이 전압 램프 신호를 발생시킬 수도 있다. 또한, PRG는 여러 입력 소스로 하강 램프, 상승 램프, 교차(Alternating) 상승-하강 램프를 생성할 수 있다.
일례로, 하강 램프 모드의 PRG는 연속 전류 모드에서 동작하는 DC-DC 컨버터의 슬로프 보상기로 사용할 수 있다. PRG에서 생성된 감쇠 램프는 저조파 발진을 방지하고, 동작 주기가 50%를 초과할 경우 출력 안정에 도움 된다.
[그림 1]은 PRG 램프 생성 기능을 통해 내부 캐패시터에서 정전류를 구동함으로써 PRG가 동작하는 것을 보여준다. 내부 캐패시터의 전압이 전압 입력 소스에 가감되며, 램프 출력의 동작 모드는 주로 내장 아날로그 스위치 컨트롤에 기반해 작동한다. 램프 시작 시점에서 정지 시점까지의 시간은 입력 타이밍 소스에 의해 결정된다.
입력 타이밍 소스
PRG는 선택할 수 있는 두가지의 독립형 타이밍 소스를 결합해 램프 출력의 컨트롤 타이밍을 만들어낸다. 타이밍 소스는 PRGxR 핀과 PRGxF 핀에서 들어오는 외부 입력이거나 다른 주변장치로부터 나오는 출력일 수 있다. 세트 상승 입력은 RTSS 레지스터 내 세트 상승 타이밍 소스 선택 비트 설정에 따라 선택할 수 있고, 반대로 세트 하강 입력은 FTSS 레지스터 내 세트 하강 타이밍 소스 선택 비트 설정에 따라 선택된다.
타이밍 소스의 극성은 CON1 레지스터 내 하강 이벤트 극성(FPOL)과 상승 이벤트 극성(RPOL) 선택 비트에 의해 선택된다.
선택권이 제공되는 타이밍 입력 소스와 극성 이벤트뿐만 아니라 입력 타이밍 소스 감지 방식도 선택할 수 있다. PRG 이벤트 입력 감지 방식은 레벨 민감형(Level Sensitive)과 엣지 민감형(Edge Sensitive) 두 가지로 분류된다. 세트 상승·하강 입력 감지는 CON0 레지스터의 세트 상승 입력 모드(REDG)와 세트 하강 입력 모드(FEDG) 선택 비트를 설정해 선택한다.
일반적으로 엣지 민감형 동작 방식은 타이밍 입력이 주기적인 소스에서 파생될 때 유용하며, 레벨 민감형 방식은 타이밍 입력이 전압 임계값에서 얻어질 때 유용하다. PRG 타이밍 소스는 기기마다 차이를 보일 수 있다. 시장에 출시된 주변장치 중 PRG 타이밍 소스로 사용할 수 있는 장치로는 비교기, 펄스 폭 변조(PWM)와 CCP(Capture, Compare, PWM) 출력 등이 있다. 선택 작업을 위해서는 PRG 타이밍 소스로 장치를 사전 설정 해놓아야 한다.
전압 입력 소스
PRG 전압 입력 소스는 선형 램프 출력에 대한 전압 레퍼런스로 동작한다. PRG의 IN0 핀이나 IN1 핀에서 들어오는 외부 소스, 내부 고정 전압 레퍼런스(FVR)의 버퍼형 출력, 내장 디지털-아날로그 컨버터(DAC) 중 하나가 입력 소스가 될 수 있다.
연산 증폭기 출력은 IN0 핀과 IN1핀을 공유하고 연산 증폭기를 활성화해, 해당 IN 핀을 선택함으로써 레퍼런스 신호를 연산 증폭기로 버퍼링할 수 있다. 레퍼런스 소스는 INS 레지스터에 전압 입력 선택 비트를 설정해 선택한다.
전류 소스/싱크
PRG 상에서 프로그램할 수 있는 전류로는 원하는 PRG 출력 슬로프 속도를 설정할 수 있는 다양한 소스-싱크(Source-sink) 전류가 있다. PRG 출력에서 급격한 전압 슬로프를 요구하는 애플리케이션은 반드시 고전류 설정을 선택해야 한다. 램프 정전류는 CON2 레지스터의 소스-싱크 세트 비트로 선택한다.
모드 선택 ①
PRG는 하강 램프 생성기(슬로프 보상), 상승 램프 생성기, 교차 하강-상승 램프 생성기 등 세 가지 전압 램프 생성기 모드 중 하나에서 동작할 수 있다.
이 모드는 CON0의 PRG 모드 선택 비트를 설정해 선택한다. 각 모드별 PRG 출력은 SW1, SW2, SW3 등의 내장 아날로그 스위치로 컨트롤한다. SW1은 스위치가 닫히면 내장 캐패시터를 방전시키고 SW2와 SW3는 프로그램할 수 있는 전류 소스와 전류 싱크에 캐패시터의 다른 쪽을 각각 연결한다.
SW2와 SW3 스위칭은 내장 캐패시터의 전하 흐름을 결정한다. 스위치는 설정된 모드에 따라 토글 상태가 되는데 이때, 하강 램프 모드에서 SW2는 열린 상태로, SW3는 닫힌 상태로, SW1은 ON/OFF를 반복하는 토글 상태가 된다. SW1이 열린 동안 SW3은 닫혀 있어 내장 캐패시터가 전류 싱크로 충전된다. 캐패시터 전체에 흐르는 전압은 전압 입력 소스에서 차감되고, 설정된 슬로프 속도로 하강 램프 출력을 발생시킨다.
상승 램프 모드는 SW2와 SW3 스위칭 상태를 제외하고는 동일하게 동작한다. 이 모드에서 SW2는 닫혀 있고 SW3는 열려 있다. SW1이 열린 동안 SW2가 닫혀 내장 캐패시터는 전류 소스로 충전되고 상승 램프 출력을 발생시킨다.
상승 램프와 하강 램프가 교대로 발생하는 교차 모드에서는 SW1는 열린 상태를 유지하고 SW2와 SW3는 교대로 토글 상태가 된다. 즉, SW2가 닫히면 SW3가 열리고, 반대로 SW3이 닫히면 SW2가 열리는 것이다. 이 모드는 SW1이 계속 열린 상태로써 레퍼런스 전압에 이를 수 있는 방전 상태가 되지 않아, 레퍼런스 전압은 PRG 출력에 아무런 영향을 주지 못한다. 교대로 토글되는 SW2와 SW3는 캐패시터를 한 방향에서 다른 방향으로 충전하기 위해 내장 캐패시터를 소스나 싱크 전류로 연결한다. 이로 인해 PRG 출력 상에서 상승 램프와 하강 램프가 교차하는 램프가 발생한다.
'PRG 주변장치를 이용한 전압 램프 신호 생성 ②'로 이어집니다.
글: 크리스틴 앤젤리카 슈마그(Kristine Angelica Sumague) 마이크로칩테크놀로지 애플리케이션 엔지니어
자료제공: 마이크로칩
- 이 글은 테크월드가 발행하는 월간 <EPNC 電子部品> 2020년 2월 호에 게재된 기사입니다.
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