前言

在工業(yè)自動化控制、智能制造設(shè)備及新能源等領(lǐng)域?qū)苓\(yùn)動控制需求激增的背景下——2025年中國伺服系統(tǒng)市場規(guī)模將突破300億元，2030年更有望達(dá)到500億元，年復(fù)合增長率超10%——傳統(tǒng)的伺服控制解決方案面對精準(zhǔn)控制挑戰(zhàn)，往往需要復(fù)雜的軟硬件設(shè)計，使開發(fā)過程變得漫長而昂貴。面對這一痛點(diǎn)，Trinamic（現(xiàn)屬ADI）推出的TMC4671——完全集成伺服控制器，高動態(tài)響應(yīng)、低功耗、高集成度，成為簡化伺服系統(tǒng)設(shè)計的核心器件，為市場提供更優(yōu)的伺服控制解決方案。

一產(chǎn)品概述

TMC4671是一款專為多類型電機(jī)設(shè)計的全硬件集成伺服控制器，它將硬件級FOC（磁場定向控制）與靈活的接口集成于單一芯片，可實(shí)現(xiàn)對三相永磁同步電機(jī)（PMSM）/無刷直流電機(jī)（BLDC）、兩相步進(jìn)電機(jī)、單相直流電機(jī)及音圈電機(jī)的磁場定向控制（FOC）。所有控制功能均通過硬件固化實(shí)現(xiàn)，無需依賴軟件計算，同時集成?Σ-ADC、多類型位置傳感器接口與位置插值器，是一款覆蓋從消費(fèi)電子到工業(yè)自動化的全場景伺服核心器件。TMC4671采用76引腳QFN封裝（10.5mm×6.5mm），工作溫度范圍寬廣（-40℃至125℃），核心供電電壓為3.3V（范圍3.15V-3.45V），能夠適應(yīng)各種嚴(yán)苛的工作環(huán)境。無論是需要精確位置控制的工業(yè)機(jī)器人，還是要求平滑速度調(diào)節(jié)、靜音運(yùn)行的智能電子設(shè)備，TMC4671都能提供出色的性能表現(xiàn)。

TMC4671簡化框圖

二全集成伺服控制：重新定義系統(tǒng)設(shè)計

TMC4671的核心競爭力在于其高度集成的硬件架構(gòu)——純硬件實(shí)現(xiàn)FOC全鏈路，用硬件固化伺服控制全鏈路，替代傳統(tǒng)“MCU+分立器件”方案。它與傳統(tǒng)的基于軟件實(shí)現(xiàn)的伺服控制器不同，TMC4671將所有關(guān)鍵控制回路（包括扭矩、速度和位置控制）全部集成在芯片內(nèi)部，以純硬件方式實(shí)時執(zhí)行，而非依賴處理器的軟件計算。

這種高集成度帶來了多重優(yōu)勢。首先是極低的響應(yīng)延遲，硬件FOC算法能夠在微秒級別內(nèi)完成復(fù)雜計算，確保系統(tǒng)對動態(tài)負(fù)載變化做出即時反應(yīng)。其次是顯著的CPU負(fù)載降低，主處理器不再需要承擔(dān)繁重的實(shí)時控制任務(wù)，可以專注于更高層的應(yīng)用邏輯處理和系統(tǒng)管理。

且TMC4671還提供了豐富的接口選項，使其能夠靈活地適應(yīng)各種系統(tǒng)需求：主要通信接口包括SPI接口和S/D（步進(jìn)/方向）接口，方便與外部處理器通信并接收控制指令；且集成UART接口（調(diào)試/配置），并行訪問寄存器，支持實(shí)時監(jiān)控數(shù)據(jù)輸出，和RTMI（實(shí)時監(jiān)控）接口，支持高頻采樣（＞1MHz）與自動調(diào)參。



三技術(shù)優(yōu)勢：性能、精度與能效的完美平衡

在性能和精度上，TMC4671其最高可達(dá)100kHz的高速PWM引擎頻率確保了即使在最苛刻的高動態(tài)應(yīng)用中也能保持穩(wěn)定控制，而256微步插值技術(shù)（MicroPlyer）則提供了極其平滑的運(yùn)動軌跡，有效減少了振動和噪聲。TMC4671還集成了高分辨率ADC和多種編碼器接口，支持霍爾傳感器、模擬編碼器（如正弦/余弦）及數(shù)字編碼器（如ABN）。這種靈活性允許設(shè)計者根據(jù)具體應(yīng)用的精度要求和成本目標(biāo)選擇最適合的傳感器方案。

能效是TMC4671的一大亮點(diǎn)。首先是靜態(tài)待機(jī)功耗低——VCCIO無負(fù)載且時鐘關(guān)閉時≤3mA，V5電流≤25mA（25MHz時鐘下）；其次制動節(jié)能——Brake Chopper功能通過ADC_VM監(jiān)測母線電壓，超過閾值（ADC_VM_LIMIT_HIGH）時激活外部制動電阻，避免能量回饋導(dǎo)致的電壓擊穿。再結(jié)合全面的過流、過溫保護(hù)等機(jī)制，TMC4671在提供卓越性能的同時也確保了系統(tǒng)的低功耗和高可靠性保障。

四

應(yīng)用場景：從工業(yè)自動化到精密儀器

在工業(yè)自動化領(lǐng)域，TMC4671正重新定義機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動的可能性。傳統(tǒng)的機(jī)器人伺服驅(qū)動通常需要多個芯片和復(fù)雜的軟件調(diào)試，而TMC4671通過硬件集成大幅簡化了這一過程。

對于電動交通應(yīng)用，TMC4671-LEV-REF參考設(shè)計提供了完整的解決方案，滿足電動汽車泵控系統(tǒng)對可靠性和效率的嚴(yán)格要求。其硬件FOC架構(gòu)確保了在惡劣溫度和振動環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行，這一點(diǎn)對汽車應(yīng)用至關(guān)重要。

在消費(fèi)電子應(yīng)用方面，如智能窗簾電機(jī)，TMC4671能提供靜音平滑運(yùn)行，解決日常窗簾電機(jī)運(yùn)行存在的噪音痛點(diǎn)。

以及，在實(shí)驗室自動化和醫(yī)療設(shè)備等高精密度要求領(lǐng)域中，TMC4671的高精度和可靠性確保了實(shí)驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和醫(yī)療操作的安全性。如在輸液泵、胰島素泵等醫(yī)療設(shè)備中，TMC4671的嵌入式運(yùn)動控制技術(shù)能夠提供更高的準(zhǔn)確性、便利性和安全性。從自動取樣系統(tǒng)到精密輸液泵，TMC4671為這些關(guān)鍵應(yīng)用提供了值得信賴的控制核心。

五

開發(fā)支持：加速從概念到產(chǎn)品的過程

域發(fā)揮價值

正所謂先進(jìn)的芯片需要配置完善的開發(fā)工具，Trinamic也為TMC4671提供了全面的生態(tài)系統(tǒng)支持，幫助使用者快速開發(fā)。TMC4671-EVAL全功能評估板允許工程師快速驗證設(shè)計概念，實(shí)時監(jiān)控和調(diào)整控制參數(shù)。對于高壓大電流應(yīng)用，TMC4671+TMC6100-BOB原型設(shè)計套件提供了完整的解決方案，大幅縮短了開發(fā)周期。

軟件工具方面，圖形化的TMCL-IDE配置環(huán)境使工程師能夠通過簡單的點(diǎn)擊操作完成復(fù)雜參數(shù)調(diào)優(yōu)，無需深入掌握底層算法的每個細(xì)節(jié)。同時，豐富的開源固件庫為有特殊需求的用戶提供了定制基礎(chǔ)，平衡了易用性和靈活性。

這種全方位的開發(fā)支持顯著降低了運(yùn)動控制系統(tǒng)的設(shè)計門檻，幫助工程師在短時間內(nèi)構(gòu)建出高性能的解決方案，加速產(chǎn)品上市進(jìn)程。

六結(jié)語

TMC4671通過“硬件FOC+高集成度”的設(shè)計，解決了傳統(tǒng)伺服方案“開發(fā)周期長、可靠性低、體積大”的痛點(diǎn)——相比傳統(tǒng)“MCU+分立FOC”方案，外部元件減少約30%，開發(fā)周期縮短約50%，同時實(shí)現(xiàn)≤0.1°的位置精度與＞98%的驅(qū)動效率。隨著各行各業(yè)對運(yùn)動控制需求的增長，TMC4671這樣的集成化伺服控制器將成為推動技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品差異化的重要力量，它通過將復(fù)雜的控制算法硬件化，為工程師們提供了“設(shè)計簡單化、性能最大化”的解決方案。