目前用于馬達(dá)控制的IC大致可以分為三大類(lèi)：馬達(dá)控制專(zhuān)用芯片以及針對(duì)馬達(dá)控制應(yīng)用的MCU和DSP。近年來(lái)，隨著世界對(duì)高效、節(jié)能和低噪音的呼聲高漲，以及DSP價(jià)格的一路下跌，龐大的馬達(dá)控制市場(chǎng)向DSP展露出勃勃商機(jī)，DSP正由高檔工業(yè)馬達(dá)控制領(lǐng)域向整個(gè)馬達(dá)控制市場(chǎng)擴(kuò)張。根據(jù)來(lái)自Forward Concepts的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，去年用于馬達(dá)控制的DSP銷(xiāo)量為800萬(wàn)塊，2005年銷(xiāo)量預(yù)計(jì)將增至3億塊以上。美國(guó)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(chǎng)，紛紛推出針對(duì)馬達(dá)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(dá)控制模塊、閃存和外設(shè)等部件，向系統(tǒng)級(jí)芯片方向發(fā)展。

DSP更適用于高速和大量運(yùn)算的馬達(dá)控制

三類(lèi)馬達(dá)控制用IC的性能和應(yīng)用范圍各不相同。馬達(dá)控制專(zhuān)用IC在小功率的低端應(yīng)用中具有較大的優(yōu)勢(shì)和市場(chǎng)占有率，其特點(diǎn)是使用簡(jiǎn)便，開(kāi)發(fā)周期短，但往往在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性及性能等方面受到限制?！搬槍?duì)馬達(dá)控制應(yīng)用的MCU和DSP編程方便，非常適用于對(duì)控制性能和系統(tǒng)的靈活性有一定要求的場(chǎng)合。IC技術(shù)的發(fā)展使得MCU、尤其是DSP的成本快速下降，價(jià)格最低的可低至2美元，以往因?yàn)槌杀驹驘o(wú)法使用高性能控制的場(chǎng)合也開(kāi)始使用MCU和DSP。”德州儀器中國(guó)辦事處高級(jí)應(yīng)用工程師譚徽介紹道。

針對(duì)馬達(dá)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(chǔ)器的大小，所以MCU非常適用于有大量的I/O操作的場(chǎng)合。而DSP的特長(zhǎng)在于高速運(yùn)算，側(cè)重于運(yùn)算速度。與MCU相比，DSP具備更強(qiáng)的信號(hào)處理構(gòu)架。通過(guò)軟件編程，附加的函數(shù)功能和運(yùn)算法則等，DSP可實(shí)現(xiàn)高效率和高級(jí)控制過(guò)程。但DSP算法復(fù)雜，不易掌握。多年來(lái)，MCU已經(jīng)在馬達(dá)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(chǎng)部經(jīng)理Steven Marsh建議：一般MCU能勝任的馬達(dá)控制應(yīng)用，應(yīng)該使用MCU。但有些場(chǎng)合需要額外的性能和計(jì)算能力，只有DSP才能勝任時(shí)則建議使用DSP，如需要強(qiáng)大數(shù)字計(jì)算能力的無(wú)傳感器馬達(dá)控制和開(kāi)關(guān)磁阻馬達(dá)等。

在無(wú)刷直流馬達(dá)、無(wú)傳感器馬達(dá)控制等復(fù)雜應(yīng)用中，為實(shí)現(xiàn)良好的控制策略，通常要求較大的運(yùn)算量和實(shí)時(shí)運(yùn)算能力?！芭cMCU相比，DSP在這一方面具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。乘法和累加指令(MAC)的執(zhí)行速度是計(jì)算控制算法和過(guò)濾器算法的關(guān)鍵，DSP內(nèi)核可以在一個(gè)處理器時(shí)鐘周期中執(zhí)行一個(gè)MAC。MCU內(nèi)核的設(shè)計(jì)宗旨是實(shí)現(xiàn)邏輯功能，它需要花多個(gè)時(shí)鐘周期來(lái)完成一條乘法指令?；贛CU的馬達(dá)控制IC能控制直流馬達(dá)和帶霍爾傳感器的無(wú)刷馬達(dá)，但要實(shí)現(xiàn)無(wú)傳感器控制或正弦波變頻控制等復(fù)雜算法，則勢(shì)必需要DSP內(nèi)核。近年來(lái)，隨著DSP價(jià)格的進(jìn)一步降低，很多設(shè)計(jì)逐漸用DSP代替MCU實(shí)現(xiàn)馬達(dá)控制?！泵绹?guó)模擬器件公司馬達(dá)控制集團(tuán)產(chǎn)品線(xiàn)總監(jiān)Aegnus Murray解釋說(shuō)。

馬達(dá)控制成為DSP新興應(yīng)用領(lǐng)域

多年來(lái)，通用DSP一直用于高檔工業(yè)馬達(dá)控制中，如伺服馬達(dá)控制。近年來(lái)，隨著人們不斷強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的高效、節(jié)能和低噪音等特性，無(wú)刷直流馬達(dá)和交流感應(yīng)馬達(dá)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(lái)自Forward Concepts的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，去年用于馬達(dá)控制的DSP銷(xiāo)量為800萬(wàn)塊，2005年銷(xiāo)量預(yù)計(jì)將增至3億塊以上。

隨著馬達(dá)控制用DSP的日漸面市和價(jià)格的一路下降，DSP正日漸滲透進(jìn)了整個(gè)馬達(dá)控制市場(chǎng)，特別是一些綠色家電領(lǐng)域。一些領(lǐng)先的家電制造商開(kāi)始銷(xiāo)售采用DSP的電器，例如在日本市場(chǎng)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(lèi)產(chǎn)品總銷(xiāo)量的90%?！霸诳照{(diào)和冰箱產(chǎn)品中，永磁交流馬達(dá)是最高效的解決方案，在該類(lèi)應(yīng)用中采用基于DSP的無(wú)感應(yīng)器馬達(dá)控制算法。在洗衣機(jī)領(lǐng)域，三相交流感應(yīng)馬達(dá)的運(yùn)行速度比直流馬達(dá)或是單向馬達(dá)高得多?；贒SP的控制系統(tǒng)除了實(shí)現(xiàn)該類(lèi)馬達(dá)控制外，還可以利用DSP的多余運(yùn)算能力實(shí)現(xiàn)均衡檢測(cè)和洗滌周期控制等增值功能。風(fēng)扇也是DSP馬達(dá)控制占據(jù)優(yōu)勢(shì)的應(yīng)用，在這些應(yīng)用中無(wú)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?！泵绹?guó)模擬器件公司Murray稱(chēng)。

德州儀器、美國(guó)模擬器件公司以及摩托羅拉等傳統(tǒng)DSP巨頭正將馬達(dá)控制市場(chǎng)作為DSP的新興應(yīng)用領(lǐng)域。美國(guó)模擬器件公司和德州儀器進(jìn)軍馬達(dá)控制市場(chǎng)已經(jīng)有五、六年的歷史了。面對(duì)DSP需求的飛速增長(zhǎng)，以往更加專(zhuān)注于馬達(dá)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(dá)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(lái)幾個(gè)月，摩托羅拉將推出幾款基于該內(nèi)核的馬達(dá)控制用DSP?！?摩托羅拉運(yùn)輸和標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品集團(tuán)DSP標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品分部市場(chǎng)經(jīng)理Victor Kwong稱(chēng)。近期，Microchip也對(duì)外宣布了一種集RSIC和DSP的混合架構(gòu)dsPIC，“該架構(gòu)是一個(gè)16位非流水線(xiàn)式改進(jìn)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(shì)與DSP的高運(yùn)算速度相結(jié)合，采用與MCU相似的單一指令流。馬達(dá)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)?！盡icrochip公司Marsh透露。

主流馬達(dá)控制用DSP芯片及其特性

目前活躍在中國(guó)馬達(dá)控制IC市場(chǎng)的DSP供應(yīng)商主要有三家：美國(guó)模擬器件、德州儀器及摩托羅拉半導(dǎo)體公司。針對(duì)高低檔不同應(yīng)用，不同DSP產(chǎn)品價(jià)格從2美元起不等。馬達(dá)控制用DSP的共性是集成度高，最新的馬達(dá)控制DSP向系統(tǒng)級(jí)芯片發(fā)展，集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換等模擬電路、PWM馬達(dá)控制模塊、閃存和外設(shè)集等部件，從而減少了整機(jī)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(hù)的設(shè)計(jì)更加靈活。由于系統(tǒng)的復(fù)雜性，OEM通?；ㄙM(fèi)很多時(shí)間進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，另一方面激烈的競(jìng)爭(zhēng)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(shì)所在，它省去了ROM產(chǎn)品的發(fā)貨期和掩膜費(fèi)用；開(kāi)發(fā)過(guò)程可以延伸到生產(chǎn)階段，通過(guò)升級(jí)閃存中程序，無(wú)形中延長(zhǎng)了整機(jī)產(chǎn)品的壽命。

*美國(guó)模擬器件公司

美國(guó)模擬器件公司的DSP馬達(dá)控制系統(tǒng)主要分高低端兩個(gè)領(lǐng)域。高性能馬達(dá)控制DSP包括ADMC300和ADMC401。在1萬(wàn)件時(shí)ADMC401價(jià)格為18美元，ADMC300為13.5美元。低價(jià)馬達(dá)控制DSP包括ADMC331和DashDSP系列(ADMCF32x和ADMC32x)。ADMC328(帶ROM)在50萬(wàn)件時(shí)單價(jià)為2.95美元。

Aegnus Murray介紹稱(chēng)：該公司所有的DSP馬達(dá)控制IC都集成有一系列針對(duì)三相馬達(dá)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(dá)、無(wú)刷直流馬達(dá)或是開(kāi)關(guān)磁阻馬達(dá)。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(gè)器件可以同步采樣兩路模擬信號(hào)，這是交流馬達(dá)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(dá)控制IC。該器件集成了實(shí)現(xiàn)無(wú)刷直流馬達(dá)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(jì)，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(gè)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(cè)量三相中的各相電流。

*德州儀器公司

在馬達(dá)控制用DSP中，德州儀器的優(yōu)勢(shì)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(gè)馬達(dá)的控制到多個(gè)馬達(dá)的控制；從價(jià)格最低的2美元到運(yùn)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(shí)現(xiàn)。同時(shí)，德州儀器的DSP軟件集成開(kāi)發(fā)環(huán)境Code Composer功能強(qiáng)大，可以支持實(shí)時(shí)調(diào)試，使用方便。更為重要的是，這一系列平臺(tái)上的應(yīng)用軟件完全兼容，系統(tǒng)升級(jí)非常方便?！?

德州儀器相關(guān)主要產(chǎn)品是針對(duì)于馬達(dá)控制優(yōu)化的TMS320C24xx系列，其第一代為T(mén)MS320F/C240，第二代為T(mén)MS320C/F241、242和243。譚徽介紹道：這兩代產(chǎn)品的運(yùn)算速度均為20MIPS，其中的241、242已被國(guó)內(nèi)外眾多的家電廠商所采用。目前的第三代TMS320LF/C240x系列運(yùn)算速度已達(dá)到40MIPS，片內(nèi)用于馬達(dá)控制的事件管理器可以多達(dá)兩組，能夠?qū)嵭卸鄠€(gè)馬達(dá)的控制；同時(shí)，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(yùn)算速度高達(dá)400MIPS，是用于馬達(dá)控制中運(yùn)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(shì)之一是長(zhǎng)期以來(lái)累積的經(jīng)驗(yàn)。摩托羅拉供應(yīng)大量馬達(dá)控制產(chǎn)品，以往我們的MCU產(chǎn)品廣泛應(yīng)用在汽車(chē)、工業(yè)和消費(fèi)電子領(lǐng)域的馬達(dá)控制系統(tǒng)中?！蹦ν辛_拉的Victor Kwong稱(chēng)。該公司目前已經(jīng)推出一系列基于DSP56800構(gòu)架的馬達(dá)控制IC，未來(lái)幾個(gè)月，摩托羅拉將推出幾款基于其新型DSP56800E內(nèi)核的馬達(dá)控制用DSP。

摩托羅拉的馬達(dá)控制用DSP在單芯片上集成了一系列針對(duì)馬達(dá)系統(tǒng)優(yōu)化的特性：集成閃存和先進(jìn)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(hào)外設(shè)；具有ADC PWM同步等特性?！按送?，摩托羅拉還提供靈活的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具以及各式簡(jiǎn)單但靈活的解決方案，它支持馬達(dá)控制專(zhuān)用硬件、軟件和參考設(shè)計(jì)，使客戶(hù)可以集中精力進(jìn)行個(gè)性化的增值IP設(shè)計(jì)?！盞wong稱(chēng)。

如何選擇馬達(dá)控制用DSP

在選擇馬達(dá)控制用IC時(shí)，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?！霸诠I(yè)應(yīng)用中，A/D性能和核心的運(yùn)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?！泵绹?guó)模擬器件公司的Murray稱(chēng)。

第二，軟件開(kāi)發(fā)工具是一個(gè)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(jìng)爭(zhēng)非常激烈，客戶(hù)在考慮DSP平臺(tái)時(shí)應(yīng)當(dāng)選擇具有市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)和可以長(zhǎng)期穩(wěn)定供貨能力的供應(yīng)商；同時(shí)要考查IC供應(yīng)商的產(chǎn)品發(fā)展策略，這對(duì)OEM構(gòu)建下一代應(yīng)用很有幫助。因?yàn)檫@涉及軟件的可重用性，即客戶(hù)現(xiàn)在使用的軟件將來(lái)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(duì)縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間和產(chǎn)品的面市時(shí)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(duì)高速處理器缺乏經(jīng)驗(yàn)，因此還必須考查供應(yīng)商是否提供強(qiáng)有力的應(yīng)用支持。