TMS320F28P659DH-Q1 汽车级 C2000 32 位 MCU，600MIPS，2xC28x + 1xCLA + 锁步技术手册

科技绿洲 2025-04-15 830

描述

TMS320F28P65x （F28P65x）是 C2000™ 实时微控制器系列的一员，该系列可扩展、超低延迟器件专为提高电力电子器件的效率而设计，包括但不限于：高功率密度、高开关频率，并支持使用 IGBT、GaN 和 SiC 技术。
*附件：tms320f28p659dh-q1.pdf

这些应用包括：

实时控制子系统基于 TI 的 32 位 C28x DSP 内核，该内核在每个内核中提供 200MIPS 的信号处理性能，适用于从片上闪存或 SRAM 运行的浮点或定点代码。这相当于基于 Cortex-M7® 的设备上的 400MHz 处理能力（C28x DSP 内核提供的性能是 Cortex-M7® 内核的两倍）。三角数学单元（TMU）和 VCRC（循环冗余校验）扩展指令集进一步增强了 C28x CPU，加快了对实时控制系统至关重要的常见算法。扩展指令集支持 IEEE 双精度 64 位浮点数学运算。最后，控制律加速器（CLA）使每个内核的独立处理能力额外增加 200MIPS。这相当于基于 Cortex-M7® 的设备上的 280MHz 处理能力（CLA CPU 的性能比 Cortex-M7® 内核高 40%）。

在辅助 C28x CPU 中添加了锁步双 CPU 比较器选项，以及 ePIE 和 DMA，用于检测永久和瞬态故障。为了实现从现有固件到新固件的快速上下文切换，F28P65x 中添加了实时固件更新（LFU）的硬件增强功能。

高性能模拟模块与处理和控制单元紧密集成，以提供最佳的实时信号链性能。模数转换器（ADC）已得到增强，具有多达 40 个模拟通道，其中 22 个具有通用输入/输出（GPIO）功能。通过硬件改进，大大简化了过采样的实现。对于安全关键型 ADC 转换，增加了一个硬件冗余检查器，能够比较来自多个 ADC 模块的 ADC 转换结果，以实现一致性，而无需额外的 CPU 周期。36 个频率独立型 PWM 均具有高分辨率功能，可控制多个功率级，从三相逆变器到高级多电平电源拓扑。PWM 通过最小死区逻辑（MINDL）和非法组合逻辑（ICL）功能进行了增强。

包含可配置逻辑块（CLB）允许用户添加自定义逻辑，并可能将类似 FPGA 的功能集成到 C2000 实时 MCU 中。

此设备上提供 EtherCAT 子设备控制器和其他行业标准协议，如 CAN FD 和 USB 2.0。快速串行接口（FSI）可在隔离边界上实现高达 200Mbps 的稳健通信。

作为高度互联的设备，F28P65x 还提供了各种安全使能器，帮助设计人员实施其网络安全策略并支持硬件加密、安全 JTAG 和安全启动等功能。

从安全角度来看，F28P65x 支持众多安全使能器。有关更多详细信息，请参阅 C2000™ 实时微控制器的工业功能安全和 C2000™ 实时微控制器的汽车功能安全。
实时处理

包含多达三个 CPU：两个 32 位 C28x DSP CPU 和一个 CLA CPU，均以 200MHz 运行频率
基于实时信号链性能，提供相当于基于 Arm Cortex-M7 的 1000MHz 器件的总处理能力（请参阅展示 C2000™ 控制 MCU 优化信号链的实时基准测试应用说明)
C28x DSP 架构
- IEEE 754 双精度（64 位）浮点单元（FPU）
- 三角数学单元（TMU）
- 快速整数除法（FINTDIV）
- CRC 引擎和指令（VCRC）
控制律加速器（CLA） CPU
- IEEE 754 单精度浮点
- 独立于 C28x CPU 执行代码

记忆

1.28MB CPU 可映射闪存（ECC 保护），带 5 个闪存库
248KB RAM（增强型奇偶校验保护）
具有 ASRAM、SDRAM 支持或 ASIC/FPGA 的外部存储器接口（EMIF）

模拟子系统

三个模数转换器（ADC）
- 16 位模式，每个 1.19MSPS
- 12 位模式，每个 3.92MSPS
- 多达 40 个单端或 19 个差分输入
- 每个 ADC 上都有单独的采样保持（S/H），可实现同步测量
- 转换的硬件后处理
- 硬件过采样（高达 128 倍）和欠采样模式，具有累积、平均和异常值抑制功能
- 24 个冗余输入通道，灵活性高
- 自动比较功能安全应用的转换结果
11 个窗口式比较器，带 12 位数模转换器（DAC）基准
- 具有斜率补偿的 DAC – 支持峰值电流和谷值电流模式控制
- 内部温度传感器和 ADC 基准的连接选项
两个 12 位缓冲 DAC 输出

控制外设

36 个脉宽调制器（PWM）通道，均具有 150ps 高分辨率能力（HRPWM）
- 最小死区带逻辑（MINDB）、非法组合逻辑（ICL）和其他特殊功能（即二极管仿真 [DE]）支持
- 启用矩阵转换器、多电平转换器和谐振转换器支持，无需额外的外部逻辑
7 个增强型捕获（eCAP）模块
- 高分辨率捕获（HRCAP）可在 7 个 eCAP 模块中的 2 个上使用
- 两个新的监控单元，用于边沿、脉冲宽度和周期，可与 ePWM 选通和跳闸事件耦合
- 增加了 256 个输入，提供了更多捕获选项
- 新的 ADC SOC 生成功能
- eCAP 也可用于额外的 PWM
- 6 个增强型正交编码器脉冲（eQEP）模块
- 16 个 Σ-Δ 滤波器模块（SDFM）输入通道，每个通道 2 个独立滤波器
- 嵌入式图形发生器（EPG）
可配置逻辑块
- 六个逻辑块，用于增强现有外设功能或定义自定义逻辑以减少或移除外部 CPLD/FPGA
- 支持编码器接口，无需 FPGA
- 支持定制 PWM 生成以实现功率转换

通信外围设备

EtherCAT 从属设备（或子设备）控制器（ESC）
USB 2.0 (MAC + PHY)
快速串行接口（FSI）支持高达 200Mbps 的隔离数据交换
4 个高速（高达 50MHz）SPI 端口
两个串行通信接口（SCI）（支持 UART）
两个高速（25Mbps）通用异步接收器/发射器（UART）
两个 I2C 接口（400Kbps）
通过 SPI/SCI/I2C 的外部启动选项
两个兼容 UART 的本地互连网络（LIN）模块（支持 SCI）
电源管理总线（PMBus）接口（支持 I2C）
一个控制器局域网（CAN/DCAN）
两个具有灵活数据速率的 CAN FD/MCAN 控制器局域网

系统外设

两个 6 通道直接内存访问（DMA）控制器
185 个可单独编程的多路复用通用输入/输出（GPIO）引脚
扩展外设中断控制器（ePIE）
低功耗模式（LPM）支持
嵌入式实时分析和诊断（ERAD）
背景 CRC （BGCRC）

安全外围设备

高级加密标准（AES-128、192、256）加速器
安全
- JTAGLOCK 锁
- 零引脚启动
- 双区安全
唯一标识（UID）号

安全外围设备

通过倒数比较更容易实现
C28x CPU 2 上的锁步
内存开机自检（MPOST）
硬件内置自检（HWBIST）
符合功能安全标准
- 专为功能安全应用而开发
- 提供有助于 ISO 26262 和 IEC 61508 系统设计的文档
- 系统能力高达 ASIL D 和 SIL 3
- 硬件完整性高达 ASIL B 和 SIL 2
安全相关认证
- TÜV SÜD 的 ISO 26262 认证，最高可达 ASIL B
- TÜV SÜD 的 IEC 61508 认证高达 SIL 2

时钟和系统控制

两个内部 10MHz 振荡器
片上晶体振荡器
2*APLL、BOR、冗余中断向量 RAM
窗口式看门狗定时器模块
缺少时钟检测电路
双时钟比较器（DCC）
实时固件更新（LFU）
- 从旧固件到新固件的快速上下文切换，有或没有重启
1.2V 内核，3.3V I/O 设计
- 用于产生 1.2V 的内部 VREG
- 掉电复位（BOR）电路

套餐选项：

无铅、绿色包装
256 焊球新型细间距球栅阵列（nFBGA） [ZEJ 后缀]，13mm × 13mm/0.8mm 间距
176 引脚 PowerPAD™ 散热增强型扁平扁平封装（HLQFP） [PTP 后缀]，26mm × 26mm/0.5mm 间距
169 焊球新型细间距球栅阵列（nFBGA） [后缀]，9mm × 9mm/0.65mm 间距
100 引脚 PowerPAD™ 散热增强型薄型四方扁平封装（HTQFP） [后缀 PZP]，16mm × 16mm/0.5mm 间距

温度

环境温度（TA）：–40°C 至 125°C（符合工业和汽车标准）

参数
IGBT

方框图

IGBT

1. 主要特性

‌高性能CPU‌：采用C28x DSP核心，每个核心提供200MIPS的浮点或定点运算能力，相当于400MHz Cortex®-M7的处理性能。
‌双核锁步架构‌：支持双核锁步操作，增强系统可靠性。
‌丰富的外设‌：包括多达36个ePWM通道、7个eCAP模块、6个eQEP模块、2个MCAN模块、2个I2C模块、2个SCI模块等。
‌高速接口‌：支持EtherCAT、USB 2.0、CAN FD等高速通信接口。
‌安全特性‌：集成硬件加密标准（AES）加速器、安全JTAG、安全启动等功能。

2. 应用领域

适用于需要高精度控制和实时处理的应用，如工业电机驱动、太阳能逆变器、数字电源、电动汽车（EV）充电基础设施、能源存储系统等。

3. 功能框图

功能框图展示了TMS320F28P659DH-Q1的核心架构，包括C28x CPU、CLA、存储器、外设接口、时钟模块等。

4. 引脚配置与功能

提供了详细的引脚图、引脚属性表、信号描述表，以及未使用引脚的连接指南。

5. 规格参数

‌绝对最大额定值‌：规定了电源电压、电流、温度等参数的最大值。
‌推荐工作条件‌：详细列出了正常工作所需的电压、温度等条件。
‌电源消耗‌：提供了不同工作模式下的电源消耗数据。
‌电气特性‌：包括ADC、DAC、GPIO、比较器、PWM等外设的电气特性。
‌热特性‌：提供了热阻等热特性参数。
‌时序特性‌：详细说明了各种外设的时序要求。

6. 详细描述

对CPU子系统、CLA、存储器、外设、中断管理、引导ROM、安全特性、AES加速器、EMIF、GPIO等模块进行了详细描述。

7. 应用、实现与布局

提供了典型应用示例，如伺服驱动控制模块、太阳能微逆变器、电动汽车充电站功率模块等。
详细描述了这些应用的系统框图、资源参考和设计考虑。

8. 设备与文档支持

提供了设备命名规则、工具和软件（如C2000Ware、CCS集成开发环境）、文档支持（如技术参考手册、用户指南）、支持资源（如TI E2E支持论坛）等信息。

9. 修订历史

记录了文档的修订历史和变更内容。

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