探索 AMD Kria KD240 驱动入门套件：开启电机控制与电源转换新征程

在电子工程师的日常工作中，不断探索和评估新的硬件平台对于开发创新产品至关重要。今天，我们将深入研究 AMD Kria KD240 驱动入门套件，看看它在电机控制和电源转换应用领域能为我们带来哪些惊喜。

文件下载：AMD ， Xilinx Kria™ KD240驱动器入门套件.pdf

套件概述

AMD Kria KD240 驱动入门套件由 K24 系统级模块（SOM）的非生产版本、载板和散热解决方案组成。SOM 非常紧凑，仅包含关键组件，如基于 AMD Zynq UltraScale+ MPSoC 的硅器件、内存、启动和安全模块。载板则集成了电源解决方案、三个网络接口、一个 microSD 卡、三相电源逆变器和多个模数转换通道。散热解决方案采用了被动式散热片。

这个套件的设计初衷是为客户提供一个评估目标应用的平台，并最终使用 AMD K24 SOM 设计自己的载板。虽然 SOM 本身在各个市场和应用中具有广泛的适用性，但 Kria KD240 驱动入门套件的目标应用主要集中在电力驱动领域。

产品细节

评估平台优势

Kria KD240 驱动入门套件是一个专注于电机控制和电源转换应用的 K24 SOM 评估平台。它将基于 Zynq UltraScale+ MPSoC 的 SOM 与外设集和预构建的加速应用相结合，专注于电机控制。通过 AMD Vitis 平台、可定制的加速覆盖层和 AMD Vivado 工具硬件板文件，KD240 及其基础 K24 SOM 支持用户进行全面的自定义。这种硬件、平台和软件的集成组合为开发者提供了快速的开箱即用体验，可用于产品设计。

具体规格参数

规格	描述
散热解决方案	被动式
重量	237g
外形尺寸	SOM + 载板
KD240 入门套件尺寸	124mm x 142mm x 37mm
带散热解决方案的 K24 SOM 尺寸	60mm x 41.3mm x 30mm
载板尺寸	124mm x 142mm x 34mm
系统逻辑单元	154K
块 RAM 块	216
UltraRAM 块	0
DSP 切片	360
以太网接口	x1 PS（GEM1）Gb RGMII 以太网，x2 PL Gb RGMII 以太网，支持时间敏感网络（TSN）和以太网控制自动化技术（EtherCAT）
LPDDR4 内存	2GB（2 通道 x 256 Mb x 16 位/通道）
主启动内存	512 Mb QSPI
辅助启动内存	microSD 卡
设备安全	Zynq UltraScale+ MPSoC 硬件信任根（RoT）支持安全启动，英飞凌 TPM2.0 支持测量启动
USB3.0 接口	USB 3.0 下游（主机），有 2 个用户物理端口
PMOD 12 针接口	x1，支持多种接口
CAN 连接器	x1 基于 PS 的 CAN
扭矩传感器连接器	×1
QEI 连接器	x1 单端和 x1 差分，板载 2 针插头用于选择
三相电机连接器	×1
DC 链路连接器	×1
RS485 连接器	x1 基于 PS 的 RS485
制动控制连接器	×1
1 线接口	×1

大家在实际设计中，这些规格参数将如何影响您的应用呢？可以思考一下。

订购信息

目前，该套件的产品 SKU 为 SK - KD240 - G，对应的设备是 XCK24 - C，温度等级为商业级，并且该套件启用了加密功能。

电源与电气特性

电源要求

KD240 入门套件的直流输入电源为 +12V，3A，推荐使用 CUI Inc. 的 SMI36 - 12 - V - P6 适配器，通过中心针正极桶形连接器（2.5 mm 内径，5.5 mm 外径）连接。SOM 电源为 +5V，3A（Vcc_som），通过 I2C 总线地址 ax40 上的电流检测设备（INA260）可监控 Vcc_SoM 上的电流。

各组件电源参数

组件	参数
USB 3.0	5V，每个端口 900 mA（总限制为 2.1A）
microSD 卡	3.3V，200mA
Pmod 接口	3.3V，100 mA
1 线温度传感器 I/O	3.3V
1 线温度传感器电源	3.3V，100 mA
单端编码器 I/O	VIH = 3.3V 至 5.5V，VL = 0 至 1.8V
单端编码器电源	5V，0.1A
差分编码器 I/O	VIH = 2V 至 5.5V，ViL = 0 至 0.8V
差分编码器电源	5V，0.1A
扭矩传感器模拟输入	0.3V 至 3.4V
扭矩传感器电源	4.5V，400 mA，可支持 3500 和 120Ω 无源应变计
逆变器电源域	DC 链路：标称 33V 20A，绝对最大 36.7V 30A。DC 链路电压和电流测量可通过 12 位 AD7352 ADC 回读。
接口电压	由 DC_LINK 输入设置
接口电流	基于 MOSFET 的安全工作区（SOA），CSD18512 SOA < 40V，DC_LINK 最大 36.7V
制动连接器电压	DC_LINK
制动连接器电流	基于 MOSFET 的 SOA，CSD18512 SOA < 40V，DC_LINK 最大 36.7V
三相逆变器遥测	三相电压和电流检测可通过 12 位 AD7352 ADC 回读，三个 ADC 并联连接，每个相一个 ADC，AD7352 具有双路、同时采样功能，可同时回读所有三相的电压和电流。

电源开启序列

1. 外部电源适配器提供 12V 电源。
2. 板载稳压器生成 5V 电源，并为其他电压稳压器供电。
3. SOM 电源轨（VCC_SOM）由 5V 电源供电。
4. 当 5V 稳压器输出电压在指定范围内，且电源良好信号被断言，载板释放 POWER_OFF_C2M_L 信号。
5. SOM 板载电源开启排序开始。
6. SOM 断言 VCCOEN_PS_M2C 和 VCCOEN_PL_M2C 信号后，载板提供 PS 和 PL Vcco 电压轨。

电源开启复位

1. SOM 复位信号（PS_POR_L）保持复位状态，直到 PS_PGOOD 信号被断言。
2. 要对 SOM 进行硬复位，可使用载板上的复位按钮断言 PS_POR_L 信号。
3. 载板上所有 PS 和 PL I/O 设备复位信号保持复位状态，直到 PS 和 PL 电源域上电并稳定 25 ms 后。

在设计电源电路时，这些电源要求和序列需要我们仔细考虑，以确保套件的稳定运行。大家在以往的项目中，有没有遇到过电源相关的问题呢？

机械规格

KD240 入门套件的尺寸为 124mm x 142mm x 37mm，带散热解决方案的 K24 SOM 尺寸为 60mm x 41.3mm x 30mm，载板尺寸为 124mm x 142mm x 34mm。这些机械规格在进行产品集成和外壳设计时非常重要。

固件与软件

套件在制造时预装了一套支持启动和平台恢复的固件。启动固件保存在 QSPI 非易失性存储设备中，载板将 Zynq UltraScale+ MPSoC 设备的启动模式固定为 QSPI32。操作系统（OS）和应用程序软件在 microSD 卡辅助启动设备中管理。Linux 是 AMD 示例应用的默认操作系统，在入门网页和 Kria SOM Wiki 上为 KD240 入门套件提供了预构建的 Linux 映像。

散热特性

工作和存储温度湿度条件

规格	条件
工作温度	0°C 至 35°C（连续运行时最大）
存储温度	-40°C 至 75°C
工作湿度（非冷凝）	8% 至 90%，露点 -12°C
存储湿度（非冷凝）	5% 至 95%

需要注意的是，Kria KD240 驱动入门套件仅用于评估目的，工作温度范围未经过全面测试，仅为一般指导，建议在典型实验室环境中使用，不要超过室温。

冷却解决方案

KD240 入门套件使用被动冷却解决方案，可在 35°C 环境温度下支持最大 6.5W 的基础 K24 SOM 热功耗。通过基于 FPGA 的 PWM 风扇控制器可实现可变风扇速度控制，风扇门控信号连接到 FPGA HD I/O 银行引脚进行控制。具体引脚分配可参考相应的 KD240 入门套件载板原理图，最新的散热解决方案选项可参考 Kria SOM Wiki。

支持工具

Kria KD240 驱动入门套件在 AMD Vivado 和 AMD Vitis 工具中可用。有关套件入门的详细信息，请参阅 Kria KD240 驱动入门套件用户指南（UG1093）。

可靠性与合规性

可靠性

Kria SOM 入门套件并非为生产使用而设计或认证。这些套件经过基本的测试和可靠性验证，应通过评估套件所需的所有认证要求（如 RoHS 和 CE）。要基于此入门套件开发和部署生产级产品，需要设计自己的（兼容）载板，并根据最终应用的适当和必要认证标准进行测试。

合规性

该套件符合多项安全、电磁兼容性（EMC）和环保法规标准，包括 IEC 62368 - 1、FCC Part 15、CAN ICES - 3(A)/NMB - 3(A)、CISPR 32 等。同时，在不同地区（如美国、加拿大、欧洲、日本、台湾、韩国等）也有相应的合规声明和注意事项。例如，Class A 产品在家庭环境中可能会引起无线电干扰，用户可能需要采取适当措施。

总之，AMD Kria KD240 驱动入门套件为电子工程师在电机控制和电源转换应用领域提供了一个强大而灵活的评估平台。通过深入了解其产品细节、电源电气特性、机械规格、固件软件以及合规性等方面，我们可以更好地利用这个套件进行产品开发和创新。大家在使用类似套件时，有没有什么独特的经验或技巧呢？欢迎在评论区分享。