目前用于馬達控制的IC大致可以分為三大類：馬達控制專用芯片以及針對馬達控制應(yīng)用的MCU和DSP。近年來，隨著世界對高效、節(jié)能和低噪音的呼聲高漲，以及DSP價格的一路下跌，龐大的馬達控制市場向DSP展露出勃勃商機，DSP正由高檔工業(yè)馬達控制領(lǐng)域向整個馬達控制市場擴張。根據(jù)來自Forward Concepts的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，去年用于馬達控制的DSP銷量為800萬塊，2005年銷量預(yù)計將增至3億塊以上。美國模擬器件、德州儀器、摩托羅拉半導(dǎo)體三大DSP巨頭都十分看重DSP的這一新興應(yīng)用市場，紛紛推出針對馬達控制優(yōu)化的DSP產(chǎn)品。這些DSP產(chǎn)品的共性是集成模擬電路、PWM馬達控制模塊、閃存和外設(shè)等部件，向系統(tǒng)級芯片方向發(fā)展。

DSP更適用于高速和大量運算的馬達控制

三類馬達控制用IC的性能和應(yīng)用范圍各不相同。馬達控制專用IC在小功率的低端應(yīng)用中具有較大的優(yōu)勢和市場占有率，其特點是使用簡便，開發(fā)周期短，但往往在系統(tǒng)設(shè)計的靈活性及性能等方面受到限制。“針對馬達控制應(yīng)用的MCU和DSP編程方便，非常適用于對控制性能和系統(tǒng)的靈活性有一定要求的場合。IC技術(shù)的發(fā)展使得MCU、尤其是DSP的成本快速下降，價格最低的可低至2美元，以往因為成本原因無法使用高性能控制的場合也開始使用MCU和DSP。”德州儀器中國辦事處高級應(yīng)用工程師譚徽介紹道。

針對馬達控制的MCU與DSP在特性上各有不同，MCU側(cè)重于I/O接口的數(shù)量和可編程存儲器的大小，所以MCU非常適用于有大量的I/O操作的場合。而DSP的特長在于高速運算，側(cè)重于運算速度。與MCU相比，DSP具備更強的信號處理構(gòu)架。通過軟件編程，附加的函數(shù)功能和運算法則等，DSP可實現(xiàn)高效率和高級控制過程。但DSP算法復(fù)雜，不易掌握。多年來，MCU已經(jīng)在馬達控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，工程師們習(xí)慣于MCU編程。為此，Microchip公司DSC市場部經(jīng)理Steven Marsh建議：一般MCU能勝任的馬達控制應(yīng)用，應(yīng)該使用MCU。但有些場合需要額外的性能和計算能力，只有DSP才能勝任時則建議使用DSP，如需要強大數(shù)字計算能力的無傳感器馬達控制和開關(guān)磁阻馬達等。

在無刷直流馬達、無傳感器馬達控制等復(fù)雜應(yīng)用中，為實現(xiàn)良好的控制策略，通常要求較大的運算量和實時運算能力。“與MCU相比，DSP在這一方面具有絕對優(yōu)勢。乘法和累加指令(MAC)的執(zhí)行速度是計算控制算法和過濾器算法的關(guān)鍵，DSP內(nèi)核可以在一個處理器時鐘周期中執(zhí)行一個MAC。MCU內(nèi)核的設(shè)計宗旨是實現(xiàn)邏輯功能，它需要花多個時鐘周期來完成一條乘法指令。基于MCU的馬達控制IC能控制直流馬達和帶霍爾傳感器的無刷馬達，但要實現(xiàn)無傳感器控制或正弦波變頻控制等復(fù)雜算法，則勢必需要DSP內(nèi)核。近年來，隨著DSP價格的進一步降低，很多設(shè)計逐漸用DSP代替MCU實現(xiàn)馬達控制。”美國模擬器件公司馬達控制集團產(chǎn)品線總監(jiān)Aegnus Murray解釋說。

馬達控制成為DSP新興應(yīng)用領(lǐng)域

多年來，通用DSP一直用于高檔工業(yè)馬達控制中，如伺服馬達控制。近年來，隨著人們不斷強調(diào)產(chǎn)品的高效、節(jié)能和低噪音等特性，無刷直流馬達和交流感應(yīng)馬達的應(yīng)用日益廣泛，需要DSP的新型應(yīng)用正迅速產(chǎn)生。根據(jù)來自Forward Concepts的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，去年用于馬達控制的DSP銷量為800萬塊，2005年銷量預(yù)計將增至3億塊以上。

隨著馬達控制用DSP的日漸面市和價格的一路下降，DSP正日漸滲透進了整個馬達控制市場，特別是一些綠色家電領(lǐng)域。一些領(lǐng)先的家電制造商開始銷售采用DSP的電器，例如在日本市場上，具有低噪聲和節(jié)能特性的變頻冰箱和空調(diào)占該兩類產(chǎn)品總銷量的90%。“在空調(diào)和冰箱產(chǎn)品中，永磁交流馬達是最高效的解決方案，在該類應(yīng)用中采用基于DSP的無感應(yīng)器馬達控制算法。在洗衣機領(lǐng)域，三相交流感應(yīng)馬達的運行速度比直流馬達或是單向馬達高得多。基于DSP的控制系統(tǒng)除了實現(xiàn)該類馬達控制外，還可以利用DSP的多余運算能力實現(xiàn)均衡檢測和洗滌周期控制等增值功能。風(fēng)扇也是DSP馬達控制占據(jù)優(yōu)勢的應(yīng)用，在這些應(yīng)用中無傳感器控制算法可以提供更為平滑的轉(zhuǎn)矩和更低的噪音。”美國模擬器件公司Murray稱。

德州儀器、美國模擬器件公司以及摩托羅拉等傳統(tǒng)DSP巨頭正將馬達控制市場作為DSP的新興應(yīng)用領(lǐng)域。美國模擬器件公司和德州儀器進軍馬達控制市場已經(jīng)有五、六年的歷史了。面對DSP需求的飛速增長，以往更加專注于馬達控制用MCU業(yè)務(wù)的摩托羅拉也于去年推出了一系列馬達控制用DSP器件。“為優(yōu)化程序和提高編碼效率，近期該公司還推出了一種新型集傳統(tǒng)DSP的性能與微控制器的功能的新型內(nèi)核構(gòu)架DSP56800E。未來幾個月，摩托羅拉將推出幾款基于該內(nèi)核的馬達控制用DSP。” 摩托羅拉運輸和標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品集團DSP標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品分部市場經(jīng)理Victor Kwong稱。近期，Microchip也對外宣布了一種集RSIC和DSP的混合架構(gòu)dsPIC，“該架構(gòu)是一個16位非流水線式改進型哈佛結(jié)構(gòu)RISC處理器，它將高性能16位微控制器的控制優(yōu)勢與DSP的高運算速度相結(jié)合，采用與MCU相似的單一指令流。馬達控制是該構(gòu)架的目標(biāo)應(yīng)用之一，具體產(chǎn)品將于明年第一季度批量生產(chǎn)。”Microchip公司Marsh透露。

主流馬達控制用DSP芯片及其特性

目前活躍在中國馬達控制IC市場的DSP供應(yīng)商主要有三家：美國模擬器件、德州儀器及摩托羅拉半導(dǎo)體公司。針對高低檔不同應(yīng)用，不同DSP產(chǎn)品價格從2美元起不等。馬達控制用DSP的共性是集成度高，最新的馬達控制DSP向系統(tǒng)級芯片發(fā)展，集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換等模擬電路、PWM馬達控制模塊、閃存和外設(shè)集等部件，從而減少了整機系統(tǒng)的元件數(shù)和板尺寸，降低了系統(tǒng)的整體成本。

另外，集成有片上閃存的DSP可使用戶的設(shè)計更加靈活。由于系統(tǒng)的復(fù)雜性，OEM通常花費很多時間進行產(chǎn)品開發(fā)，另一方面激烈的競爭迫使OEM不斷推出新產(chǎn)品。這也是基于閃存的DSP芯片的優(yōu)勢所在，它省去了ROM產(chǎn)品的發(fā)貨期和掩膜費用；開發(fā)過程可以延伸到生產(chǎn)階段，通過升級閃存中程序，無形中延長了整機產(chǎn)品的壽命。

*美國模擬器件公司

美國模擬器件公司的DSP馬達控制系統(tǒng)主要分高低端兩個領(lǐng)域。高性能馬達控制DSP包括ADMC300和ADMC401。在1萬件時ADMC401價格為18美元，ADMC300為13.5美元。低價馬達控制DSP包括ADMC331和DashDSP系列(ADMCF32x和ADMC32x)。ADMC328(帶ROM)在50萬件時單價為2.95美元。

Aegnus Murray介紹稱：該公司所有的DSP馬達控制IC都集成有一系列針對三相馬達控制優(yōu)化的外設(shè)。三相PWM單元易于編程，經(jīng)配置可用于三相交流馬達、無刷直流馬達或是開關(guān)磁阻馬達。在高性能應(yīng)用領(lǐng)域，ADMC401是唯一帶有12位A/D轉(zhuǎn)換器的DSP。這個器件可以同步采樣兩路模擬信號，這是交流馬達控制的基本要求。在低端應(yīng)用領(lǐng)域，ADMC328是唯一采用28引腳封裝的DSP馬達控制IC。該器件集成了實現(xiàn)無刷直流馬達所需的所有模擬和數(shù)字功能，并為OEM提供ADMC328的多種參考設(shè)計，已在家電業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。該產(chǎn)品系列中的下一個器件ADMC340將集成模擬放大器電路，該電路利用直流鏈路中的單一分流，測量三相中的各相電流。

*德州儀器公司

在馬達控制用DSP中，德州儀器的優(yōu)勢在于系列品種齊全，涵蓋從低端到高端的一系列應(yīng)用。譚徽例舉道：“從單個馬達的控制到多個馬達的控制；從價格最低的2美元到運算速度最快的400MIPS；芯片引腳從最少的32腳到132腳，系統(tǒng)控制單元完全可以用單片DSP實現(xiàn)。同時，德州儀器的DSP軟件集成開發(fā)環(huán)境Code Composer功能強大，可以支持實時調(diào)試，使用方便。更為重要的是，這一系列平臺上的應(yīng)用軟件完全兼容，系統(tǒng)升級非常方便。”

德州儀器相關(guān)主要產(chǎn)品是針對于馬達控制優(yōu)化的TMS320C24xx系列，其第一代為TMS320F/C240，第二代為TMS320C/F241、242和243。譚徽介紹道：這兩代產(chǎn)品的運算速度均為20MIPS，其中的241、242已被國內(nèi)外眾多的家電廠商所采用。目前的第三代TMS320LF/C240x系列運算速度已達到40MIPS，片內(nèi)用于馬達控制的事件管理器可以多達兩組，能夠?qū)嵭卸鄠€馬達的控制；同時，模塊封裝形式也非常多樣化，其中TMS320LF2401的尺寸為7mm X 7mm，是目前業(yè)界最小的封裝。而第四代TMS320C28x的運算速度高達400MIPS，是用于馬達控制中運算速度最快的DSP。

*摩托羅拉半導(dǎo)體公司

“摩托羅拉的領(lǐng)先優(yōu)勢之一是長期以來累積的經(jīng)驗。摩托羅拉供應(yīng)大量馬達控制產(chǎn)品，以往我們的MCU產(chǎn)品廣泛應(yīng)用在汽車、工業(yè)和消費電子領(lǐng)域的馬達控制系統(tǒng)中。”摩托羅拉的Victor Kwong稱。該公司目前已經(jīng)推出一系列基于DSP56800構(gòu)架的馬達控制IC，未來幾個月，摩托羅拉將推出幾款基于其新型DSP56800E內(nèi)核的馬達控制用DSP。

摩托羅拉的馬達控制用DSP在單芯片上集成了一系列針對馬達系統(tǒng)優(yōu)化的特性：集成閃存和先進的PWM模塊；集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器、板上電壓調(diào)整、CAN 2.0 A/B模塊、異步串行通信接口(SCI)、高速同步串行接口(SPI)等混合信號外設(shè)；具有ADC PWM同步等特性。“此外，摩托羅拉還提供靈活的系統(tǒng)設(shè)計工具以及各式簡單但靈活的解決方案，它支持馬達控制專用硬件、軟件和參考設(shè)計，使客戶可以集中精力進行個性化的增值IP設(shè)計。”Kwong稱。

如何選擇馬達控制用DSP

在選擇馬達控制用IC時，首先要考慮的是產(chǎn)品的性能和成本要求，這在很大程度上取決于系統(tǒng)的需求。“在工業(yè)應(yīng)用中，A/D性能和核心的運算速度(MIPS)應(yīng)是最主要的考慮因素。在低檔應(yīng)用中，總的系統(tǒng)成本是關(guān)鍵因素。因此，需要綜合考慮到DSP和所有的外部器件的整體成本。”美國模擬器件公司的Murray稱。

第二，軟件開發(fā)工具是一個重要的因素，它關(guān)系到易編程性和編程的效率。第三，由于IC行業(yè)競爭非常激烈，客戶在考慮DSP平臺時應(yīng)當(dāng)選擇具有市場優(yōu)勢和可以長期穩(wěn)定供貨能力的供應(yīng)商；同時要考查IC供應(yīng)商的產(chǎn)品發(fā)展策略，這對OEM構(gòu)建下一代應(yīng)用很有幫助。因為這涉及軟件的可重用性，即客戶現(xiàn)在使用的軟件將來是否可以在IC供應(yīng)商的下一代產(chǎn)品中適用，軟件的可重用性對縮短開發(fā)時間和產(chǎn)品的面市時間有影響。此外，在低端應(yīng)用中，由于很多電器工程師往往對高速處理器缺乏經(jīng)驗，因此還必須考查供應(yīng)商是否提供強有力的應(yīng)用支持。