工业驱动和伺服机控制架构：第1部分

很多工业逆变器和伺服器驱动厂商在很长一段实现内依赖现场可编程门阵列 (FPGA) 或ASIC技术来完成商用现货 (COTS) 产品，比如说32位微控制器 (MCU) 所不支持的功能。然而，为了支持位置传感器反馈或增量-累加滤波而将FPGA或ASIC添加到软件可编程控制器中，将增加系统成本和开发复杂度。

在这一博客系列中，我们将看一看工业驱动和伺服机控制架构的发展历史，将FPGA引入到这些架构中是所面临的挑战，以及工业驱动控制SoC (COTS MCU) 的全新功能如何改变成本效益模型，使今天的工业驱动不再使用FPGA。

那么FPGA是如何成为逆变器驱动和伺服机控制架构中的通常做法的呢？例如，当现货供应产品无法在当时实现全新系统功能时，很多开发人员不得不在MCU外部执行他们特定的PWM/IGBT保护机制。其他人也许感觉到他们当前的环路定时太短，无法由一个可编程MCU进行处理，而只能通过逻辑门与软件间的配合完成。一旦在系统中使用一个FPGA，那么这个器件将成为系统设计的一个辅助工具，尽管是一个逻辑辅助工具，但是对于那些由不断发展的驱动和伺服机市场所引入的新技术来说，它能够将对于这些技术的支持集成在内。例如，FPGA的功能已经被扩展，将与PLC和运动控制器进行通信的顺时针/逆时针 (CW/CCW) 和脉冲串 (PTO) 端口集成在内。除此之外，FPGA成为了系统内支持新出现标准和EnDat和BiSS等专有位置传感器接口的目的器件。进而，到隔离式增量-累加ADC已调制输出的接口（通常情况下基于正弦滤波器），也集成在了FPGA器件内部。此外，有几个工业以太网标准也在FPGA门上提供MAC控制器。所有这些不同功能很快使门的数量累积到数十万，使得FPGA的价格十分昂贵。

 

 

图1：SoC与MCU在加上FPGA架构时的对比

虽然这个驱动功能的扩展已经被FPGA吸收在内，一个有意思的全新市场动态正在出现。目录控制器开始将这些功能在芯片上提供，从而将现成可用的功能供驱动开发人员使用。这里面的差异是有其实质意义的：片上功能可供开发人员立即使用—也就是说，购买产品目录中的MCU，而无需用FPGA来构造这些解决方案。这直接与降低系统成本、节省电路板空间相关，而这是FPGA解决方案无法实现的。随着全新驱动控制SoC的问世，比如说支持DesignDRIVE位置管理器技术的C2000™ F28379 MCU，开发人员现在可以避免上文提到的很多缺点。

在本系列的下一部分中，我们进一步研究将FPGA引入到驱动和伺服机控制架构中时所遇到的其它挑战。