來(lái)源：納芯微電子

在工業(yè)控制領(lǐng)域，產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力正由單一性能指標(biāo)，轉(zhuǎn)向?qū)π省⒕?、可靠性與智能化的系統(tǒng)級(jí)綜合考量。成本控制與小型化仍是長(zhǎng)期基礎(chǔ)，而高效節(jié)能、微秒級(jí)響應(yīng)、高可靠運(yùn)行及網(wǎng)絡(luò)化能力，正逐步成為PLC、多類型電機(jī)、伺服系統(tǒng)與機(jī)器人等核心應(yīng)用的關(guān)鍵發(fā)展方向。

圍繞應(yīng)用創(chuàng)新，納芯微在工業(yè)控制場(chǎng)景中，提供覆蓋信號(hào)感知、處理與接口、電源管理、驅(qū)動(dòng)、采樣及控制的全鏈路產(chǎn)品解決方案，直面系統(tǒng)在實(shí)時(shí)性、精度、能效與可靠性等方面的核心挑戰(zhàn)。下文將結(jié)合具體應(yīng)用場(chǎng)景，進(jìn)一步展開納芯微如何以場(chǎng)景定義芯片，支撐工業(yè)控制系統(tǒng)持續(xù)升級(jí)。

PLC 與信號(hào)采集高集成接口支撐多樣化系統(tǒng)需求

PLC 是工業(yè)控制系統(tǒng)中的集中信號(hào)處理單元，負(fù)責(zé)連接現(xiàn)場(chǎng)傳感器、執(zhí)行器與控制網(wǎng)絡(luò)，涉及模擬量、數(shù)字量及多種通信接口。隨著系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大與功能集成度提升，PLC 對(duì)接口密度、隔離性能以及信號(hào)處理一致性提出了更高要求。

在 PLC 相關(guān)應(yīng)用中，納芯微的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下方面：

一是同時(shí)覆蓋模擬與數(shù)字控制，能夠滿足多類型信號(hào)采集與處理需求；

二是數(shù)字隔離產(chǎn)品在集成度與速率性能上顯著優(yōu)于傳統(tǒng)光耦方案；

三是數(shù)字輸出芯片具備更高集成度，并可適配不同類型負(fù)載。

在一些PLC等小型化的場(chǎng)景中，納芯微推出了基于電容隔離技術(shù)的數(shù)字輸入隔離器NSI860x，包括四通道的NSI8604和八通道的NSI8608，具有高集成度和高穩(wěn)定性的特點(diǎn)。它將數(shù)字輸入/輸出融為一體，可接收-60V至60V數(shù)字輸入信號(hào)；兼容光耦的電流輸入形式，不需要現(xiàn)場(chǎng)側(cè)電源供電，并可提供隔離的數(shù)字輸出。

NSI8604：SSOP16（左） NSI8608：SSOP20（右）

此外，針對(duì)現(xiàn)在許多系統(tǒng)中仍在使用很多小光耦的情況，納芯微提供的NSI721x/722x系列隔離器可以對(duì)高速光耦進(jìn)行快速原位替代，這些器件具有CMTI大于100kV/μs、絕緣材料CTI水平大于600V、溫度范圍更寬的優(yōu)勢(shì)，能夠優(yōu)化成本、可靠性和速率，提升系統(tǒng)整體性能。其封裝包括SO-5、SOWW8、SOP8等常見(jiàn)封裝類型，支持4mm、8mm、15mm爬電距離。

NSI72xx選型表和功能框圖

針對(duì)系統(tǒng)毫秒級(jí)甚至微妙級(jí)數(shù)據(jù)處理與響應(yīng)需求，納芯微推出實(shí)時(shí)控制MCU NS800RT7377D。該芯片采用雙Cortex-M7內(nèi)核@400MHz，集成豐富外設(shè)與保護(hù)功能，配備40路PWM（含16路124ps高精度HRPWM、24路增強(qiáng)型EPWM），以超精細(xì)功率控制顯著提升系統(tǒng)控制精度與穩(wěn)定性，適配高精度應(yīng)用。

多類型電機(jī)控制中芯片適配與系統(tǒng)協(xié)同

在電機(jī)控制的多樣化應(yīng)用方面，工業(yè)控制系統(tǒng)中常見(jiàn)的步進(jìn)電機(jī)、變頻器和伺服電機(jī)在控制方式和應(yīng)用需求上各不相同。針對(duì)不同類型電機(jī)的特點(diǎn)，納芯微相關(guān)產(chǎn)品可在相應(yīng)的控制場(chǎng)景中發(fā)揮作用，滿足多樣化的應(yīng)用需求。

步進(jìn)電機(jī)以專用驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、低噪與可靠運(yùn)行

步進(jìn)電機(jī)是一種將 MCU 輸出的電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移或線位移的電動(dòng)機(jī)。其可在開環(huán)控制模式下工作，每接收一個(gè)脈沖即可產(chǎn)生一個(gè)固定的位移增量，因此相較傳統(tǒng)直流控制系統(tǒng)，整體成本更低。步進(jìn)電機(jī)常見(jiàn)應(yīng)用包括數(shù)控機(jī)床、打印機(jī)等設(shè)備。

在步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)中，電機(jī)的運(yùn)行平順性、噪聲水平以及異常工況下的可靠性，很大程度上取決于專用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的電流調(diào)制、微步控制與診斷能力，這是體現(xiàn)步進(jìn)性能好壞的核心器件。

圍繞此類需求，納芯微提供高集成式雙相雙極步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 NSD8381，該芯片支持最大1.35A滿量程電流，包括電流斬波調(diào)節(jié)，內(nèi)部最高1/32微步轉(zhuǎn)換器和多種衰減模式選擇使步進(jìn)電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)，廣泛適用于汽車前照燈步進(jìn)控制（ADB/AFS）、HUD 位置調(diào)節(jié)電機(jī)、熱管理系統(tǒng)閥門中的步進(jìn)電機(jī)以及 BDC 電機(jī)驅(qū)動(dòng)等應(yīng)用。

NSD8381選型表及VQFN40引腳圖

變頻器以隔離驅(qū)動(dòng)提升系統(tǒng)一致性與使用壽命

變頻器廣泛應(yīng)用于工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)等場(chǎng)景，系統(tǒng)內(nèi)部涉及多種控制接口與信號(hào)形式，對(duì)功率器件驅(qū)動(dòng)的可靠性與一致性提出了較高要求。其中，功率器件的隔離驅(qū)動(dòng)是變頻器控制鏈路中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和長(zhǎng)期可靠性。

圍繞這一核心需求，納芯微提供電流型隔離驅(qū)動(dòng)器 NSI6801 系列，以及性能進(jìn)一步提升、兼顧成本優(yōu)勢(shì)的 NSI6801Ex、NSI6801xC 系列，與傳統(tǒng)光耦式柵極驅(qū)動(dòng)器引腳兼容，可在變頻器應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)對(duì)光耦驅(qū)動(dòng)方案的直接替代。相較傳統(tǒng)光耦方案，NSI6801 系列在可靠性、抗老化能力、工作溫度范圍、傳播延遲及脈沖寬度失真等方面具備明顯優(yōu)勢(shì)，有助于提升變頻器系統(tǒng)的一致性與使用壽命。

電流型隔離驅(qū)動(dòng)NSI6801功能框圖及選型表

此外，溫度傳感器 NST1002可用于大功率器件或電路板的溫度監(jiān)測(cè)，支持變頻器系統(tǒng)的熱管理需求。

溫度傳感器NST1002功能框圖及選型表

伺服系統(tǒng)以編碼器與高可靠驅(qū)動(dòng)支撐高精度閉環(huán)控制

伺服電機(jī)采用閉環(huán)控制，對(duì)電機(jī)運(yùn)行的精度要求較高，需依賴編碼器提供實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)速與位置信息。在此類應(yīng)用中，編碼器的精度、穩(wěn)定性與環(huán)境適應(yīng)性直接決定伺服系統(tǒng)的控制性能，磁編碼器因可靠性高、抗環(huán)境干擾能力強(qiáng)，已成為伺服系統(tǒng)中的重要選擇。在多軸控制場(chǎng)景中，一個(gè)主板往往需要同時(shí)連接多個(gè)伺服電機(jī)并實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作。

傳統(tǒng)磁編碼器通常由 AMR 磁頭、傳感器以及性能較高的 M4 MCU 或分立多通道 ADC 構(gòu)成，整體架構(gòu)較為復(fù)雜，成本相對(duì)較高。納芯微的 MT6835 本質(zhì)上是一顆角度傳感器，芯片內(nèi)置 DSP，可直接完成角度計(jì)算并輸出角度信息。納芯微新一代高速高精度角度編碼器芯片MT6826S，基于先進(jìn)的各向異性磁阻（AMR）技術(shù)，提供客戶端自校準(zhǔn)模式，可以補(bǔ)償由磁鐵的不理想、結(jié)構(gòu)安裝的偏差所帶來(lái)的各種非線性，大大提升INL特性。

MT6835 TSSOP-16封裝外觀圖和功能框圖

MT6826S QFN4x4-24L 封裝外觀圖和功能框圖

在變頻及高端伺服應(yīng)用中，功率器件長(zhǎng)期運(yùn)行于高電壓、高電流工況下，驅(qū)動(dòng)級(jí)的可靠性與保護(hù)能力是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。圍繞這一需求，納芯微提供集成 DESAT 保護(hù)的低邊驅(qū)動(dòng) NSD1015MT/T，以及與光耦驅(qū)動(dòng)引腳兼容的智能隔離單管驅(qū)動(dòng)器 NSI68515，覆蓋隔離與非隔離兩種實(shí)現(xiàn)方式，在降低系統(tǒng)成本和布板面積的同時(shí)提升整體可靠性。

智能單通道非隔離柵極驅(qū)動(dòng)器NSD1015T（左）NSD1015MT（右）功能框圖

面向人形機(jī)器人高集成控制與位置感知方案

在人形機(jī)器人中，電機(jī)與減速器在整機(jī)成本構(gòu)成及競(jìng)爭(zhēng)力塑造中占據(jù)重要位置。關(guān)節(jié)與靈巧手等關(guān)鍵部位通常采用伺服電機(jī)，以滿足對(duì)運(yùn)動(dòng)精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)的要求；而在頭部、眼部等對(duì)精度要求相對(duì)較低、但對(duì)成本更敏感的部位，則可采用步進(jìn)電機(jī)方案。

從系統(tǒng)層面看，人形機(jī)器人對(duì)控制精度、響應(yīng)速度以及集成度提出了更高要求。無(wú)框電機(jī)在該類應(yīng)用中較為常見(jiàn)，其控制方式本質(zhì)上與無(wú)刷電機(jī)相似，差異主要體現(xiàn)在電機(jī)結(jié)構(gòu)層面。在靈巧手等空間受限、集成度要求較高的場(chǎng)景中，通常采用 SoC 方案實(shí)現(xiàn)高度集成。例如，納芯微 NSUC1610 將 MCU、反饋與驅(qū)動(dòng)功能集成于單芯片中，可在緊湊空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效控制。

集成了4路半橋驅(qū)動(dòng)器專用處理器芯片NSUC1610功能框圖

在電機(jī)軸位置檢測(cè)方面，磁編碼器因具備更強(qiáng)的抗振動(dòng)和抗環(huán)境干擾能力，在工業(yè)與機(jī)器人應(yīng)用中逐漸替代傳統(tǒng)光電編碼器。相較由磁頭、傳感器及高性能 MCU 或分立 ADC 構(gòu)成的傳統(tǒng)磁編碼器方案，納芯微 MT6835 通過(guò)集成角度解算與信號(hào)處理功能，顯著簡(jiǎn)化系統(tǒng)架構(gòu)。結(jié)合 NS300K214 及霍爾器件，可構(gòu)成完整的磁編碼器解決方案，在保證性能的同時(shí)有效降低系統(tǒng)成本，適用于對(duì)空間與成本敏感的人形機(jī)器人電機(jī)位置檢測(cè)場(chǎng)景。

聯(lián)系我們

工業(yè)控制技術(shù)正向高效節(jié)能、高精度、高可靠及智能化演進(jìn)，推動(dòng)高集成度芯片成為系統(tǒng)核心。圍繞PLC、電機(jī)控制、變頻器、磁編碼器與人形機(jī)器人等場(chǎng)景，芯片方案持續(xù)朝著更高集成、更快響應(yīng)與更強(qiáng)適配能力發(fā)展。

針對(duì)本文提及納芯微產(chǎn)品，可訪問(wèn) www.novosns.com 進(jìn)行樣片申請(qǐng)；如需進(jìn)一步咨詢，可郵件至 sales@novosns.com。

納芯微電子（簡(jiǎn)稱納芯微，科創(chuàng)板股票代碼：688052；香港聯(lián)交所股票代碼：02676.HK）是高性能高可靠性模擬及混合信號(hào)芯片公司。自2013年成立以來(lái)，公司聚焦傳感器、信號(hào)鏈、電源管理三大方向，為汽車、工業(yè)、信息通訊及消費(fèi)電子等領(lǐng)域提供豐富的半導(dǎo)體產(chǎn)品及解決方案。

納芯微以『“感知”“驅(qū)動(dòng)”未來(lái)，共建綠色、智能、互聯(lián)互通的“芯”世界』為使命，致力于為數(shù)字世界和現(xiàn)實(shí)世界的連接提供芯片級(jí)解決方案。