DesignDrive EVM板简介

大家好

欢迎大家参加TI工业研讨会

我是 Ti century FAE Igor An 主要负责电机控制

和数字电源解决方案

下面一部分由我来给大家介绍

TI在电机位置控制系统中

有哪些芯片 算法

和成套方案可供大家选择

帮助大家推进项目开发

TI为了帮助大家更快的学习 测评

TI的芯片和解决方案

设计了一块DegisnDRIVEEVM板

这块EVM板上的一个主要功能

也是我们设计这块EVM板的

一个主要目的

是为了给大家提供一个方便的

评估平台

让大家去了解和测试TI所提供的

这种不用专用解码芯片

去对各种不同通讯协议

不同类型的位置 绝对位置

编码器的这种解码

那这部分解码工作

我们是用TI的C2000

用一种类似于软件的方式

去实现的数字解码

从而为大家在硬件成本上做出了节省

这部分也就是我们称之为 Position Manager的这部分功能

这块DesignDRIVE的EVM版的 设计初衷

是尽量的考虑到工业界常用的主流的

电流采样的方式和位置传感的方式

因为我们发现在工业界的

电机位置控制系统中

有多种的电流采样的方式

比如说上测电阻采样 霍尔采样

以及最近新出来的Delta Sigma采样

隔离的非隔离的

以及电流采样点的不同

三个下管的对地采样

以及三个线上的线上电流采样

同时对于位置传感器来说

种类就更加繁多

那像我们常见的这个光电编码盘

磁电编码盘 霍尔传感器

以及位置 以及绝对位置传感器的

各种不同的协议和旋转编码器等等

尤其是这个绝对位置传感器

旋转编码器这种

需要高精度

高响应速的这种绝对位置传感器

往往需要一颗独立的单独的解码芯片

将位置速度信息先解码

然后再传送给MCU

供MCU环路控制使用

那如此众多的这种传感器类型

及传感器位置

在一个项目开始之初

我们根据客户提出的项目要求

就是电机最终的响应各种速率的要求

各种精度的要求

那么如何评估用哪种传感器类型

能够实现这种系统的响应要求

我们需要一定的评估 评审

那用DesignDRIVE这块EVM板

就会非常快速方便的帮助大家

去评审各种不同的方案

来比较各种不同方案的不同的表现

从而评估是否能够

实现自己的设计目标

这就是C2000的 DesignDRIVE EVM板

在这个EVM板上我们配置了各种

不同的接口

后面我们会详细介绍

各种不同的接口及传感器位置

那它的功率部分

具有八安培的最大能力

可以最大支持到一马力的电机驱动

这里向大家展示的是这块EVM板的

主要功能框图

在这个功能框图上

我们主要去分为两大部分

一块是强电功率部分

一部分是弱电控制部分

那在各个部分之间

我们设置了不同的隔离带

那这个隔离带大家可以通过跳频

把隔离变成供地

所以这也是给大家提供了不同的

隔离的方案选择

让大家对不同隔离方案进行评估

那同时我们可以看到

在这个电流采样方面上

我们设置了不同的电流采样点

有Delta Sigma的这种采样

以及位置的各种采样

后续我们会针对每个各个环节

给大家进行详细的介绍

下面我们让大家直观地

感受一下整块EVM板的布局

在这块EVM板上我们可以看到

每个功能块的区分

在做PCB布板的时候

我们着重考虑了每个功能块

把每个功能块放在固定的位置

大家可以看这张图

图片上的各个区分

无线电压 无线电压过来

无线电压部分其实就是AC交流进来

经过整流桥

还有一些EMIC

EMI的这个电路

高压调理过来之后

变成直流以后

我们经过一个低压调理电路

那就是把这个高压变成15伏

那之后是IPM

然后是我们的这个隔离

其实强电和弱电的这个隔离

然后第一个Control卡插槽

实际上是我们电机的

主控芯片的控制卡插槽

那它是完成电机控制算法的

主要MCU

然后就是各种不同的电流采样

第一个就是上侧电流采样

然后霍尔电流采样

Delta Sigma电流采样

那这几种电流采样

大家只要任选一种

就根据您的系统 配置

选一种电流采样作为反馈就可以了

然后上面这块的这个位置

就是我们的这个绝对位置编码器的

解码所需要的外围硬件电路的

各个硬件电路

然后最后就是我们两个

额外的这个Control卡插槽

主要是给大家

扩展用于功能安全以及通信使用

我们来更仔细地看position manager这一块电路

那其实每一个插槽

对应的就是一种协议的外围支持电路

我们可能会发现

每种协议对应的外围电路

好像支持电路很简单很少

而且貌似并没有独立的解码芯片

那其实这就是我们TI

为大家提供的一种低成本的解决方案

用低成本的外围支持电路

来支持每种芯片的解码单元

那其他复杂的解码算法

我们是通过

我们TI的C2000的芯片的

一些特性来实现的

下面我们为大家着重介绍

C2000的一些特性

帮助大家理解C2000如何去实现

多种不同绝对位置传感器的解码

并能够满足高速

高响应速度的这种系统要求

C2000芯片

我们都知道 它在电机控制领域

有着非常长的时间的应用

那从C2000的设计之初到现在

C2000一直专注于实时控制系统

简单的说也就是数字电源

和电机控制系统

那它的整个的设计

以及它的这个更新迭代

都是瞄准于这个

电机控制系统和数字电源系统的

各种应用和需求

那新一代的C2000它的这个升级

更加的贴切了

当今潮流以及

更先进的一代产品的这种

对MCU控制的这个要求

那现在我们介绍的这款C2000

它具有200兆的主频

那同时我们C2000

会有C28主核以及CLA的辅核

那我们最高的一个配置的芯片

是由两个C28的主核

两个CLA的辅核

那实际上相当于一个

4个200兆的计算单元

同时我们可以看到在C28组合里面

我们都会包含VCU

TMU FPU这个硬件加速单元

那我们对VCU和FPU

相对比较熟悉

之前用过C2000的朋友们

会比较熟悉

那这个TMU是我们新一代

C2000集成进去的

叫三角函数加速器

那这个三角函数加速器

我们后面会详细的给大家介绍一下

它的性能

它主要是为了三角函数计算的

一个加速

它对我们的计算效率

有了非常大的提升

同时我们可以发现C28和CLA

现在都是浮点型的

那后面未来我们的计算

就再也不用被定标所苦恼

OK 那在我们C2000上

一如既往的

我们的PWM 这个单元的性能是非常强的

那我们现在新型的C2000

是所有通道

都支持高精度PWM

而且是成对的

可以AB有死区互补

自动发生机制的这种高精度PWM

那最多我们是有12个PWM模块

就是24路的PWM输出

那这个是要看您具体的芯片型号选型

同时有这个Trip zone

另外我们这个新型的C2000里面

我们会有一个XBAR的功能

它会在内部通过我们的配置

把某些管脚和其他的一些管脚

在内部进行短接

比如您的PWM输出管脚

我可以配置成和一个

capture管脚短接

那这样我就可以利用

capture的采集功能去检测

或者是监视PWM输出是否是正常

然后我们有多达16位和12位的

不同配置的ADC

然后还有八组的 Delta Sigma采样单元

这个Delta Sigma 其实是一个解调单元

还有KVP

那在这里面提到的position manager

实际上它可以理解是一个

软件库的功能

我们通过不同的软件库

来支持不同的通讯协议

像EnDat Biss Hiperface

然后最近我们这个 Release的Tamagawa

还有Resolver SinCos等等

这些不同的解码的算法

我们是通过一个

软件库的形式来实现的

那以及非常丰富的通讯接口

以及我们的powerline communication 的这种支持

同时有一个我们需要

给大家着重讲的

就是我们有个高速的串口单元

那它的通讯速率可以达到

100MPS

所以它的通讯速度是非常快的

甚至可以去和一些

实时控制系统的采样单元去进行通讯

另外我们position manager 所在的单元

那实际上是我们一个叫CLB单元

它可以理解为一个类似于

FPGA的一部分功能

它实际上是一个纯硬件的一部分功能

是集成在我们C2000的MCU里面

那这部分

是我们用这一部分的功能

来实现了position manager的解码

这就是可以解释

可以打消大家的疑虑

或者是给大家解释这个问题

为什么我们可以做到

绝对位置编码器的解码

能满足它的实时特性

同时这部分我们还可以为客户

开发一部分这种客户的客户代码

那下面这一张就是给大家着重介绍

我们的TMU加速单元

那实际上这是我们的一个

测试比对表

因为我们知道在数字电源

和电机控制系统中

有非常多的三角函数运算

像我们经常用的FOC 里面的CLARK PARK

这种三角函数变换

那之前我们比较苦恼的就是

它的这个运算一般都需要非常多的

CPU指定周期

像我们这里看到的 Current FPU Cycles

就是目前没有TMU加速的这些

做这些相应运算需要的cycle

那最夸张的是

[indiscernible]53个和90个周期

那如果有了TMU这个加速单元

我们可以看到它的指令周期4到5个

加速的非常明显

大家好

欢迎大家参加TI工业研讨会

我是 Ti century FAE Igor An 主要负责电机控制

和数字电源解决方案

下面一部分由我来给大家介绍

TI在电机位置控制系统中

有哪些芯片 算法

和成套方案可供大家选择

帮助大家推进项目开发

TI为了帮助大家更快的学习 测评

TI的芯片和解决方案

设计了一块DegisnDRIVEEVM板

这块EVM板上的一个主要功能

也是我们设计这块EVM板的

一个主要目的

是为了给大家提供一个方便的

评估平台

让大家去了解和测试TI所提供的

这种不用专用解码芯片

去对各种不同通讯协议

不同类型的位置 绝对位置

编码器的这种解码

那这部分解码工作

我们是用TI的C2000

用一种类似于软件的方式

去实现的数字解码

从而为大家在硬件成本上做出了节省

这部分也就是我们称之为 Position Manager的这部分功能

这块DesignDRIVE的EVM版的 设计初衷

是尽量的考虑到工业界常用的主流的

电流采样的方式和位置传感的方式

因为我们发现在工业界的

电机位置控制系统中

有多种的电流采样的方式

比如说上测电阻采样 霍尔采样

以及最近新出来的Delta Sigma采样

隔离的非隔离的

以及电流采样点的不同

三个下管的对地采样

以及三个线上的线上电流采样

同时对于位置传感器来说

种类就更加繁多

那像我们常见的这个光电编码盘

磁电编码盘 霍尔传感器

以及位置 以及绝对位置传感器的

各种不同的协议和旋转编码器等等

尤其是这个绝对位置传感器

旋转编码器这种

需要高精度

高响应速的这种绝对位置传感器

往往需要一颗独立的单独的解码芯片

将位置速度信息先解码

然后再传送给MCU

供MCU环路控制使用

那如此众多的这种传感器类型

及传感器位置

在一个项目开始之初

我们根据客户提出的项目要求

就是电机最终的响应各种速率的要求

各种精度的要求

那么如何评估用哪种传感器类型

能够实现这种系统的响应要求

我们需要一定的评估 评审

那用DesignDRIVE这块EVM板

就会非常快速方便的帮助大家

去评审各种不同的方案

来比较各种不同方案的不同的表现

从而评估是否能够

实现自己的设计目标

这就是C2000的 DesignDRIVE EVM板

在这个EVM板上我们配置了各种

不同的接口

后面我们会详细介绍

各种不同的接口及传感器位置

那它的功率部分

具有八安培的最大能力

可以最大支持到一马力的电机驱动

这里向大家展示的是这块EVM板的

主要功能框图

在这个功能框图上

我们主要去分为两大部分

一块是强电功率部分

一部分是弱电控制部分

那在各个部分之间

我们设置了不同的隔离带

那这个隔离带大家可以通过跳频

把隔离变成供地

所以这也是给大家提供了不同的

隔离的方案选择

让大家对不同隔离方案进行评估

那同时我们可以看到

在这个电流采样方面上

我们设置了不同的电流采样点

有Delta Sigma的这种采样

以及位置的各种采样

后续我们会针对每个各个环节

给大家进行详细的介绍

下面我们让大家直观地

感受一下整块EVM板的布局

在这块EVM板上我们可以看到

每个功能块的区分

在做PCB布板的时候

我们着重考虑了每个功能块

把每个功能块放在固定的位置

大家可以看这张图

图片上的各个区分

无线电压 无线电压过来

无线电压部分其实就是AC交流进来

经过整流桥

还有一些EMIC

EMI的这个电路

高压调理过来之后

变成直流以后

我们经过一个低压调理电路

那就是把这个高压变成15伏

那之后是IPM

然后是我们的这个隔离

其实强电和弱电的这个隔离

然后第一个Control卡插槽

实际上是我们电机的

主控芯片的控制卡插槽

那它是完成电机控制算法的

主要MCU

然后就是各种不同的电流采样

第一个就是上侧电流采样

然后霍尔电流采样

Delta Sigma电流采样

那这几种电流采样

大家只要任选一种

就根据您的系统 配置

选一种电流采样作为反馈就可以了

然后上面这块的这个位置

就是我们的这个绝对位置编码器的

解码所需要的外围硬件电路的

各个硬件电路

然后最后就是我们两个

额外的这个Control卡插槽

主要是给大家

扩展用于功能安全以及通信使用

我们来更仔细地看position manager这一块电路

那其实每一个插槽

对应的就是一种协议的外围支持电路

我们可能会发现

每种协议对应的外围电路

好像支持电路很简单很少

而且貌似并没有独立的解码芯片

那其实这就是我们TI

为大家提供的一种低成本的解决方案

用低成本的外围支持电路

来支持每种芯片的解码单元

那其他复杂的解码算法

我们是通过

我们TI的C2000的芯片的

一些特性来实现的

下面我们为大家着重介绍

C2000的一些特性

帮助大家理解C2000如何去实现

多种不同绝对位置传感器的解码

并能够满足高速

高响应速度的这种系统要求

C2000芯片

我们都知道 它在电机控制领域

有着非常长的时间的应用

那从C2000的设计之初到现在

C2000一直专注于实时控制系统

简单的说也就是数字电源

和电机控制系统

那它的整个的设计

以及它的这个更新迭代

都是瞄准于这个

电机控制系统和数字电源系统的

各种应用和需求

那新一代的C2000它的这个升级

更加的贴切了

当今潮流以及

更先进的一代产品的这种

对MCU控制的这个要求

那现在我们介绍的这款C2000

它具有200兆的主频

那同时我们C2000

会有C28主核以及CLA的辅核

那我们最高的一个配置的芯片

是由两个C28的主核

两个CLA的辅核

那实际上相当于一个

4个200兆的计算单元

同时我们可以看到在C28组合里面

我们都会包含VCU

TMU FPU这个硬件加速单元

那我们对VCU和FPU

相对比较熟悉

之前用过C2000的朋友们

会比较熟悉

那这个TMU是我们新一代

C2000集成进去的

叫三角函数加速器

那这个三角函数加速器

我们后面会详细的给大家介绍一下

它的性能

它主要是为了三角函数计算的

一个加速

它对我们的计算效率

有了非常大的提升

同时我们可以发现C28和CLA

现在都是浮点型的

那后面未来我们的计算

就再也不用被定标所苦恼

OK 那在我们C2000上

一如既往的

我们的PWM 这个单元的性能是非常强的

那我们现在新型的C2000

是所有通道

都支持高精度PWM

而且是成对的

可以AB有死区互补

自动发生机制的这种高精度PWM

那最多我们是有12个PWM模块

就是24路的PWM输出

那这个是要看您具体的芯片型号选型

同时有这个Trip zone

另外我们这个新型的C2000里面

我们会有一个XBAR的功能

它会在内部通过我们的配置

把某些管脚和其他的一些管脚

在内部进行短接

比如您的PWM输出管脚

我可以配置成和一个

capture管脚短接

那这样我就可以利用

capture的采集功能去检测

或者是监视PWM输出是否是正常

然后我们有多达16位和12位的

不同配置的ADC

然后还有八组的 Delta Sigma采样单元

这个Delta Sigma 其实是一个解调单元

还有KVP

那在这里面提到的position manager

实际上它可以理解是一个

软件库的功能

我们通过不同的软件库

来支持不同的通讯协议

像EnDat Biss Hiperface

然后最近我们这个 Release的Tamagawa

还有Resolver SinCos等等

这些不同的解码的算法

我们是通过一个

软件库的形式来实现的

那以及非常丰富的通讯接口

以及我们的powerline communication 的这种支持

同时有一个我们需要

给大家着重讲的

就是我们有个高速的串口单元

那它的通讯速率可以达到

100MPS

所以它的通讯速度是非常快的

甚至可以去和一些

实时控制系统的采样单元去进行通讯

另外我们position manager 所在的单元

那实际上是我们一个叫CLB单元

它可以理解为一个类似于

FPGA的一部分功能

它实际上是一个纯硬件的一部分功能

是集成在我们C2000的MCU里面

那这部分

是我们用这一部分的功能

来实现了position manager的解码

这就是可以解释

可以打消大家的疑虑

或者是给大家解释这个问题

为什么我们可以做到

绝对位置编码器的解码

能满足它的实时特性

同时这部分我们还可以为客户

开发一部分这种客户的客户代码

那下面这一张就是给大家着重介绍

我们的TMU加速单元

那实际上这是我们的一个

测试比对表

因为我们知道在数字电源

和电机控制系统中

有非常多的三角函数运算

像我们经常用的FOC 里面的CLARK PARK

这种三角函数变换

那之前我们比较苦恼的就是

它的这个运算一般都需要非常多的

CPU指定周期

像我们这里看到的 Current FPU Cycles

就是目前没有TMU加速的这些

做这些相应运算需要的cycle

那最夸张的是

[indiscernible]53个和90个周期

那如果有了TMU这个加速单元

我们可以看到它的指令周期4到5个

加速的非常明显