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以己之长攻彼之短 FPGA在机器人市场如何突围

elecfans 来源:电子发烧友网 作者:李宁远 2021-11-11 09:51 次阅读

电子发烧友网报道(文/李宁远)上一期中,聊到MCU在机器人行业中的发展时提到,目前在工业机器人和服务机器人上用量最多的是MCU。随着工业领域每一步自动化升级,机器人所需的运算效能也同步增长,各种高效能要求,人机协同应用以及各类即时运算都要求机器人除了提供精准的电机控制外还能兼顾灵活性和拓展性。

显然,FPGA厂商是不会任由MCU靠着电机控制的红利大刀阔斧收割机器人市场的。目前工业机器人有多轴化和协同化的发展趋势,这种灵活性和拓展性要求都是为了机器人能够执行多种精密复杂的拟人动作。在这种发展趋势下工业机器人的电机及轴数都必须增加,当其中一个轴旋转到特定角度时,与其同处一个连动系统的轴也须旋转至相应的正确角度,这样的要求下,不同系统之间的搭配协调也变得格外重要。

FPGA可以应用在分散控制的小节点上,也可以在大节点上应用更高效能的FPGA SoC。通过FPGA控制的系统最明显的优势点就是驱动反应时间会大大缩短,对整个系统的运行速度而言会是一个大提升。复杂的多轴运算需求将FPGA的扩展性及运作效能优势凸显,在单一节点运作的MCU在应对这种高效能需求时会显得乏力。而DSP虽然有更高的处理效能,但在拓展性上仍给了FPGA一定的喘息空间。如何充分利用好高效能和高拓展性优势成了FPGA在和MCU,DSP三足鼎立的机器人市场中突围的关键点。

机器人FPGA高效能运控应用

像这种拥有全方位机器人控制的设计可以从赛灵思的基于Artix-7 FPGA和Zynq-7000 SoC设计的Versal AI Edge来看看该控制方式的优势。

单从Artix-7 FPGA来看提供了高性能的功耗比结构(约50%)、收发器线速、DSP处理能力以及AMS集成。215K的逻辑单元和 AXI IP以及模拟混合信号集成对给予了系统足够高的可编程集成性。

而Zynq-7000则是采用与 28nm Artix-7可编程逻辑配对的单核ARM Cortex-A9处理器,同时提供6.25Gb/s收发器,在电机控制与嵌入式视觉等工业应用上既能控制成本又能优化系统集成。

基于上述元件构成的机器人控制Versal AI Edge,可以从视觉和非视觉传感器进行元数据处理执行低时延电机控制和确定性联网,以实现整个系统的同步。对于需要移动功能的机器人,可加速动作规划满足导航需求。这种通过控制环路的并行处理,对可扩展的运动轴数量进行精确确定性控制,在多轴运动上具有很高的拓展性。

不仅是Xilinx,另一家FPGA大厂Altera也是用28/20nm FPGA打入机器人控制市场。基于FPGA以及FPGA SoC的设计,除了运动控制,传感器总线管理,摄像头总线管理包括HMI等等都被集成到一起。通过高层次的集成,缩小物理尺寸并降低功耗。这样的控制似乎更能体现机器人的智能性和适应性。

机器视觉FPGA可拓展性应用

具备强大平行运算功能的FPGA,不只能应付多轴机器人运动的需求,也能实现机器视觉系统高弹性的灵活配置。lattice就是这样的策略,lattice的FPGA虽然也涉及多轴电机控制,但主要应用放在了机器视觉上。

FPGA与生俱来的可编程优势使其能支援多种工业通讯协定,也让FPGA成为用来扩充通讯的不错选择。从ECP5处理器板上来看,它的输入和输出板之间能够组合和匹配,以连接到各类图像传感器和显示屏,最大限度的提供灵活的互连性。

写在最后

不难看出FPGA依靠高效能和拓展性在机器人行业已经有相当大的发挥。不管是依靠高效能处理能力从MCU手中夺取电机控制的份额,还是凭借拓展性大举进军机器视觉与DSP正面对垒,在机器人市场中FPGA与MCU,DSP可谓是互不相让,暗流涌动。毕竟谁都不愿意在这个大市场上被压一头。

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    74是一款单通道,低侧MOSFET驱动器,能够吸收和提供高达10A的电流。该驱动器可在米勒高原区域提供7A峰值电流,以克服切换期间MOSFET的米勒效应。分离输出配置允许调整开启和关闭转换速率。这些器件采用SOIC8和2mm x 2mm DFN封装。 特性 优势 高电流驱动能力 降低开关损耗 双输入设计 允许差分输入信号进行更多控制 应用 终端产品 隔离砖 电信和数据中心设备 工业电机 服务器,电信和数据中心设备的隔离电源 电机控制 辅助同步整流器 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-31 03:02 588次 阅读

    NCV5106 MOSFET / IGBT驱动器 高压 高压侧和低压侧

    6是一款高压栅极驱动器IC,提供两路输出,用于直接驱动2个N沟道功率MOSFET或IGBT,采用半桥配置版本B或任何其他高端+低端配置版本A. 它使用自举技术确保正确驱动高端电源开关。驱动程序使用2个独立输入。 NCP5109 = 200V NCP5106 = 600V 特性 高压范围:最高600 V dV / dt抗扰度±50 V / nsec 栅极驱动电源范围为10 V至20 V 高低驱动输出 输出源/灌电流电流能力250 mA / 500 mA 兼容3.3 V和5 V输入逻辑 输入引脚上的Vcc摆动 匹配传播两个渠道之间的延迟 输入阶段的输出 适应所有拓扑的独立逻辑输入(版本A) 交叉传导保护机智h 100 ns内部固定死区时间(版本B) 在两个通道的Vcc LockOut(UVLO)下 Pin-to-Pin与行业标准兼容 应用 终端产品 半桥电源转换器 全桥转换器 电动助力转向和电机控制 汽车动力转换 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-31 03:02 305次 阅读
    NCV5106 MOSFET / IGBT驱动器 高压 高压侧和低压侧

    LV8907UW 用于汽车的无传感器三相无刷直流电机控制器 带栅极驱动器

    是一款高性能,无传感器的三相BLDC电机控制器,带有集成栅极驱动器,用于驱动外部N-MOSFET。片上两级电荷泵为各种超低RDS(ON)型外部N-MOSFET提供所需的栅极电流。该器件提供丰富的系统保护和诊断功能,如过流,过压,短路,欠压,过温等等。它支持开环和闭环速度控制,具有用户可配置的启动,速度设置和比例/积分(PI)控制系数,适用于各种电机和负载组合。 LV8907内置线性稳压器,用于为外部电路,看门狗定时器和本地互连网络(LIN)收发器供电,提供最小的系统解决方案。提供SPI接口用于参数设置和监视系统运行状况。 LV8907具有高达175°C的工作结温耐受性和电气LIN兼容控制信号(PWM和使能),是独立的汽车BLDC电机控制系统的理想解决方案。 特性 优势 经营结温高达175°C 适用汽车应用 工作电压范围为5.5 V至20 V,容差范围为4.5 V至40 V 各种电机的广泛性能 嵌入式专有无传感器换向控制 BOM成本降低 内置LIN收发器和看门狗定时器 与汽车网络的连接系统 用于实时参数化和诊断的SPI接口 微处理器的可选功能 各种系统保护功能...
    发表于 07-31 03:02 667次 阅读
    LV8907UW 用于汽车的无传感器三相无刷直流电机控制器 带栅极驱动器

    NCP51530 高频700 V- 2 A高端和低端驱动器

    30是一款700 V高侧和低侧驱动器,具有高驱动能力,适用于AC-DC电源和逆变器。 NCP51530在高工作频率下提供同类最佳的传播延迟,低静态电流和低开关电流。因此,该器件可为高频工作的电源提供高效设计。 NCP51530采用SOIC8和DFN10封装。 特性 优势 高压范围:高达700 V AC / DC设计的设计余量 传播延迟非常快(B版本为25 ns) ) 适合高频操作 匹配传播延迟(最大7 ns) 提高效率&安培;允许并联 高达50 V / ns的高dv / dt抗扰度和负瞬态抗扰度 非常稳健的设计 DFN10封装,具有优化的引脚输出 小PCB占位面积,改善的爬电距离和寄生 快速上升和下降时间(最长15 ns) 适合重载 应用 终端产品 半满和满-bridge Converters 有源钳位反激式适配器 电机控制电源 服务器,电信和工业用电源 电动助力转向 太阳能逆变器 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-31 01:02 2744次 阅读

    MC33153 单IGBT驱动器

    3专门设计用作高功率应用的IGBT驱动器,包括交流感应电机控制,无刷直流电机控制和不间断电源。虽然设计用于驱动分立和模块IGBT,但该器件为驱动功率MOSFET和双极晶体管提供了经济高效的解决方案。器件保护功能包括选择去饱和或过流检测和欠压检测。这些器件采用双列直插和表面贴装封装,包括以下特性: 特性 高电流输出级:1.0 A源/ 2.0 A接收器 常规和感测IGBT的保护电路 可编程故障消隐时间 防止过电流和短路 针对IGBT优化的欠压锁定 负栅极驱动能力 成本有效地驱动功率MOSFET和双极晶体管 无铅封装可用 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-31 01:02 2047次 阅读
    MC33153 单IGBT驱动器

    NCP5104 单输入高侧和低侧功率MOSFET驱动器

    4是一款高压电源栅极驱动器,提供两路输出,用于直接驱动2个N沟道功率MOSFET或以半桥配置排列的IGBT。它使用自举技术确保正确驱动高端电源开关。 特性 优势 高压范围:高达600 V 坚固灵活的设计 dV / dt Immunity 50 V / nsec 稳健的设计 栅极驱动电源范围为10 V至20 V 供电范围广 高低驱动输出 适用于半桥转换器拓扑 输出源/吸电流电流能力y:250 mA / 500 mA 适用于中低功率应用 兼容3.3 V和5 V输入逻辑 微控制器操作的低电平输入 输入引脚上的Vcc摆幅 灵活的输入等级直至Vcc 在两个渠道的Vcc LockOut(UVLO)下 稳健的设计 引脚与行业标准兼容 减少设计工作 两个通道之间的匹配传播延迟 内部固定死区时间的1输入( 520 ns) 应用 终端产品 半桥电源转换器:中低功率 照明镇流器 白色商品 电机控制 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-31 00:02 427次 阅读
    NCP5104 单输入高侧和低侧功率MOSFET驱动器

    NCV7547 用于电机控制应用的七通道半桥MOSFET预驱动器

    7可编程七通道半桥MOSFET预驱动器是用于驱动逻辑电平NMOS FET的FLEXMOS汽车级产品系列之一。该产品可通过串行SPI和CMOS兼容并行输入的组合进行控制。预驱动器提供先进的MOSFET控制和保护。设备和应用程序诊断数据通过SPI进行通信。 特性 优势 7个半桥前驱动器 最多可并联控制三台电机或两台电机独立控制 集成电荷泵 N沟道MOSFET可用于高侧级和开关反向电池保护 打开负载保护 检测未连接的负载 过载保护 外部MOSFET和负载保护 可编程摆动速率控制 灵活控制MOSFET的开关损耗并提高EMC Per形成 QFN包装 小板占地面积和良好的散热性能 应用 终端产品 座椅电机执行器 门锁执行器 行李箱升降执行器 天窗执行器 升降机执行器 汽车市场的有刷直流电机控制 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-31 00:02 273次 阅读

    NCV7544 用于电机控制应用的四通道半桥MOSFET预驱动器

    4可编程四通道半桥MOSFET预驱动器是用于驱动逻辑电平NMOS FET的FLEXMOS汽车级产品系列之一。该产品可通过串行SPI和CMOS兼容并行输入的组合进行控制。预驱动器提供先进的MOSFET控制和保护。设备和应用程序诊断数据通过SPI进行通信。 特性 优势 4个半桥预驱动器 最多可并联控制三台电机或两台电机独立控制 集成电荷泵 N沟道MOSFET可用于高侧级和开关反向电池保护 打开负载保护 检测未连接的负载 过载保护 外部MOSFET和负载保护 可编程摆动速率控制 灵活控制MOSFET的开关损耗并提高EMC Per形成 QFN包装 小板占地面积和良好的散热性能 应用 终端产品 座椅电机执行器 门锁执行器 行李箱升降执行器 天窗执行器 升降机执行器 汽车市场的有刷直流电机控制 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 22:02 448次 阅读

    AMIS-30422 用于外部FET的步进电机驱动器/控制器

    0422是一款微步进步进电机桥控制器,适用于大电流范围双极应用。芯片通过SPI接口与外部控制器连接,以控制两个外部功率NMOS H桥。它具有片上稳压器,电流检测,自适应PWM控制器和具有智能斜率控制开关的预驱动器,使该器件符合EMC标准,适用于工业和汽车应用。它使用专有的PWM算法进行可靠的电流控制。 特性 两相步进电机的双H桥预驱动器 通过SPI编程可编程电流 片上电流转换器 SPI接口 速度和负载角度输出 9步模式从完整步长到128微步 通过两个外部检测电阻的电流检测 自动选择快速和慢速衰减的PWM电流控制 具有可选电压斜率的低EMC PWM 全输出保护和诊断 热警告和关机 与3.3 V微控制器兼容 集成3.3 V稳压器为外部微控制器供电 用于复位外部微控制器的集成复位功能 综合监察功能 应用 终端产品 电机控制 HVAC 工业控制系统 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 19:02 435次 阅读

    NUD3105D 继电器驱动器 5.0 V 双通道

    备用于切换感应负载,如继电器,螺线管白炽灯和小型直流电机,无需使用空转二极管。该器件集成了所有必需的产品,如MOSFET开关,ESD保护和齐纳钳位。它接受逻辑电平输入,因此允许它由各种设备驱动,包括逻辑门,反相器和微控制器。 特性 在DC之间提供强大的驱动程序接口继电器线圈和敏感逻辑电路 优化开关继电器从3.0 V到5.0 V电压轨 能够驱动额定功率高达2.5 W,5.0 V 的继电器线圈 内部齐纳二极管消除了对续流二极管的需求 内部齐纳钳位路由引起的电流接地以实现更安静的系统操作 低VDS(on)降低系统电流排水 应用 电信:线路卡,调制解调器,答录机和传真 计算机和办公室:复印机,打印机和台式电脑 消费者:电视和录像机,立体声接收器,CD播放器,盒式录音机 工业:小家电,安全系统,自动测试设备,车库门开启器 汽车:5.0V驱动继电器,电机控制,电源锁和灯驱动器 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 12:02 330次 阅读
    NUD3105D 继电器驱动器 5.0 V 双通道

    NUD3105 继电器驱动器 5.0 V 单路

    备用于切换电感负载,如继电器,螺线管白炽灯和小型直流电机,无需使用续流二极管。该器件集成了所有必需的产品,如MOSFET开关,ESD保护和齐纳钳位。它接受逻辑电平输入,因此允许它由各种设备驱动,包括逻辑门,反相器和微控制器。 特性 在DC之间提供强大的驱动程序接口继电器线圈和敏感逻辑电路 优化开关继电器从3.0 V到5.0 V电压轨 能够在5.0 V下驱动额定功率高达2.5 W的继电器线圈 内部齐纳二极管消除了对续流二极管的需求 内部齐纳钳位路径感应电流接地更安静系统操作 低V DS(on)减少系统电流消耗 应用 终端产品 继电器Switchi ng 感性负载切换 线路卡,调制解调器,应答机,传真 复印机,打印机,台式电脑 电视和录像机,立体声接收器,CD播放机,盒式录像机 小家电,安全系统,自动测试设备,车库门开启器 5.0 V驱动继电器,电机控制,电源锁,灯驱动器 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 11:02 328次 阅读
    NUD3105 继电器驱动器 5.0 V 单路

    MDC3105 继电器驱动器 5.0 V

    电器驱动器旨在用集成的SMT部件替换三到六个分立元件的阵列。它可用于切换3至6 Vdc感应负载,如继电器,螺线管,白炽灯和小型直流电机,无需使用续流二极管。 特性 在直流继电器线圈和敏感逻辑电路之间提供稳健的驱动器接口 优化从3开关继电器V至5 V导轨 能够在5 V下驱动额定功率高达2.5 W的继电器线圈 具有低输入驱动电流和良好的背对背瞬态隔离功能 内部齐纳二极管消除了对自由二极管的需求 内部齐纳钳位路径感应电流接地以实现更安静的系统操作 保证关闭状态,无输入连接 支持Larg具有最小断态泄漏的系统 符合1C类人体模型的抗ESD能力 低饱和电压允许使用更高电阻的继电器线圈,从而减少系统电流漏极 应用 电信:线路卡,调制解调器,应答机,传真机,功能手机电子Hook Switch 计算机和办公室:复印机,打印机,台式电脑 消费者:电视和录像机,立体声接收器,CD播放器,盒式录像机,电视机顶盒 工业:小家电,白色家电,安全系统,自动测试设备,车库门开启器 汽车:5.0 V驱动继电器,电机控制,电源锁,灯驱动器 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 11:02 409次 阅读
    MDC3105 继电器驱动器 5.0 V

    AMIS-30512 微步电机驱动器

    0512是一款用于双极步进电机的微步进步进电机驱动器。芯片通过I / O引脚和SPI接口与外部微控制器连接。它具有片上稳压器,复位输出和看门狗复位功能,能够为外围设备供电。 AMIS-30512包含一个电流转换表,根据NXT输入引脚上的时钟信号和DIR(方向)寄存器或输入引脚的状态,进行下一个微步。该芯片提供所谓的速度和负载角输出。这允许基于负载角度创建失速检测算法和控制回路以调节扭矩和速度。它采用专有的PWM算法实现可靠的电流控制。 AMIS-30512采用I2T100技术,可在同一芯片上实现高压模拟电路和数字功能。该芯片完全兼容汽车电压要求。 AMIS-30512非常适用于汽车,工业,医疗和海洋环境中的通用步进电机应用。 特性 用于两相步进电机的双H桥 可编程峰值电流上升使用5位电流DAC达到800 mA 片上电流转换器 SPI接口 速度和负载角度输出 从全步到32步的七步模式 完全集成的电流检测 自动选择快速和慢速衰减的PWM电流控制 低EMC PWM可选择的电压斜率 有源反激二极管 完整输出保护和诊断 热警告和关机 兼容3.3 V微控制器,5.0 V...
    发表于 07-30 11:02 291次 阅读
    AMIS-30512 微步电机驱动器

    NCP715 LDO稳压器 50 mA 超低Iq

    是50 mA LDO线性稳压器。它是一款非常稳定和精确的器件,具有超低的接地电流消耗(在整个输出负载范围内为4.7 uA)和宽输入电压范围(最高24 V)。稳压器具有多种保护功能,如热关断和限流。 类似产品: NCP715 NCP716 NCP716B NCP718 输出电流(A) 0.05 0.08 0.15 0.30 PSRR f = 1 kHz(dB) 52 60 53 52 压差电压(V) 0.230 0.310 0.600 0.275 特性 优势 工作输入电压范围:2.5 V至24 V 宽VIN也适合电池供应 1.2 V,1.5 V,1.8 V,2.5 V,3.0 V,3.3 V,5 V Fixe d输出电压选项 设计灵活性 低4.7 uA典型静态电流 延长电池寿命 PSRR在1 kHz时为54 dB 适用于噪声敏感电路 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 提供XDFN6 1.5 x 1.5 mm,TSOP-5和SC-70封装 满足设计和制造需求的多种包装选项 应用 终端产品 便携式设备 通信系统 超低功耗微控制器 智能手机充电器 工业电机控制 恒温器 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-29 22:02 503次 阅读