赛灵思展示基于PFM算法的高性能马达控制单芯片方案

一直以来，马达控制系统对性能的要求与日俱增，更低的噪音、更少的震动、更低的EMI、更高的精度以及更少的能源消耗是众多厂商追求的目标。针对不同应用的差异化需求，目前市场上基于MCU/DSP/FPGA的马达控制方案数不胜数。鉴于此，赛灵思亦重兵部署马达控制，自去年宣布推出业内第一个PFM马达控制方案后，再度在2013工业计算机及嵌入式系统展会上展示其基于PFM算法的高性能马达控制单芯片方案，在能效和EMI上优势尽显，充分凸显其在高性能马达控制市场的独特地位。

马达控制向来是各大厂商的必争之地，然而业界不同的马达控制方案均有其差异化优势及特定应用领域。譬如，飞思卡尔提供目前市面上最完备的汽车恆磁同步马达(PMSM)或无刷直流(BLDC)马达的控制解决方案;德州仪器的AC感应马达 (ACIM) 是消费电子类应用和工业应用中最受欢迎的马达;赛普拉斯的PSoC 4专门针对马达控制等应用进行优化，致力于低成本消费类和工业等应用;业界赛灵思老对手A公司的马达控制方案亦因其系统集成度、可扩展性和灵活性在中低端市场占据一席之地。

相比而言，针对成本敏感型应用，赛灵思基于Spartan-6 FPGA的马达控制方案大放异彩;基于Zynq-7000的马达控制方案更趋向于高性能应用领域，在高端市场可谓是所向披靡。赛灵思ISM市场营销经理林逸芳表示，赛灵思搭载PFM算法的单芯片(Zynq-7000)马达控制方案能大大地满足高性能马达控制的需求，主要应用于机器人、电子汽车、机器人辅助外科手术和工厂自动化(制造和组装)等对精度要求和性能要求极高的领域。

图 赛灵思ISM市场营销经理林逸芳

如下图所示，基于微控制器的ASSP方案的环路带宽约为 55 微秒，而赛灵思基于FPGA的磁场定向控制可以轻松实现 2.5 微秒以下的响应时间。毫无疑问，赛灵思的电机控制方案能助力将性能提高15 倍。更加重要的是，由于MCU和DSP都是串行运算机制，如果用它们来控制4或8个电机时，最长时延就会增加4倍或8倍;而FPGA是并行计算机制，不管用它控制多少个电机，每个电机的时延都是一样的，都可做到2.5us。如此一来，双方在性能上的对比只会越发明显，性能上的提升为客户带来的是更高的精准度、更高的效率以及更低的成本。对于多电机控制而言，FPGA是最优选择。

图1 相比MCU方案而言，赛灵思的电机控制方案能助力将性能提高15 倍

由于现有的基于PWM算法的马达控制方案会带来EMI问题和时延较长的不足。通过使用PFM算法，赛灵思实现了更高的能效和更低的EMI。标准PWM调制算法和PFM调制算法的对比如图2所示。相比其他FPGA厂商基于PWM算法的马达控制方案，赛灵思的方案在EMI和时延上的优势是无可匹敌的。无疑，这也就造就了其他FPGA厂商的马达控制方案更偏向于中低端应用，而赛灵思的方案更适合高性能、高灵敏需求的高端应用的局面了。当然，这也是我们消费者喜于乐见的，厂商的差异化发展给整个市场带来了良好的竞争态势，也为用户提供了更多差异化的选择。

图2 标准的SVM-PWM 脉冲宽度调制和赛灵思 RPFM 技术脉冲频率调制对比

林逸芳表示，除了提升性能和减少EMI，赛灵思Zynq-7000 器件在单个芯片上集成Cortex-A9双核处理器、USB / CAN / UART / SPI / I2C接口以及XADC等硬硅片IP，马达控制算法、PWM / PFM、安全IP以及用户可定制的MAC等可编程IP。通过提高片上系统组件集成度，不仅能提升DSP功能、提高可靠性，还能通过软件编程结构实现可定制化设计以降低整体成本。据林逸芳介绍，赛灵思单芯片马达控制方案还满足IEC61508等安全标准。毫无疑问，Zynq-7000创新器件搭载PFM算法是赛灵思在马达控制应用领域攻城掠地的有利优势。