工业机器人驱动芯片：内核性能再拔高，功能覆盖再扩充

电子发烧友网报道（文/李宁远）系列报道继续，关于工业机器人驱动芯片的话题仍在延续。尽管我们已经介绍过不少工业机器人驱动芯片，但面对国内庞大的工业机器人需求，这些仍然只是冰山一角。随着国内工业机器人领域的竞争日益激烈，机器人厂商，特别是国内协作机器人厂商，正在积极寻找最适合自己的主控芯片。他们不再单一考虑某一决定因素，而是要兼顾拓展机器人功能以及把控整机成本。

上一期的重点放在了具有强大工业通讯能力的机器人驱动芯片上，而这一期我们将目光投向那些市场占有率高性能同样出色的驱动芯片。

让我们聚焦Microchip的SAM S7x/E7x系列。Microchip的产品组合相当丰富，包括PIC、AVR、SAM系列，以及用于控制不同电机外设的FPGA。国内多家机器人公司都选用了这些系列产品。在谈及多轴运动控制时，SAM系列的高性能MCU表现尤为突出。

（图源：Microchip）

这种独特性体现在SAM S70和E70的硬件配置上。它们采用了高达300MHz的Arm Cortex-M7内核，这在多轴控制领域是相对少见的选择。采用DSP数据处理指令的M4内核已经足够应对大多数工业机器人的多轴运动控制需求。但如果考虑到功能拓展和更高的性能要求，选择M7内核就变得理所当然。

S70和E70的性能表现堪称出色。S70不仅拥有高主频，还配备了高达64KB的紧耦合内核内存，可以快速驱动FOC控制。它还拥有一对2Msps双采样12bit ADC引擎，以及先进的模拟外设、16bit PWM和16bit Timers。这些硬件配置使得S70能够轻松实现高性能的多轴控制和双电机控制。

而E70则更加注重工业通讯功能。它继承了S70的所有高端性能，并在此基础上增加了IEEE-1588以太网和CAN FD连接选项，为工业机器人的通讯能力提供了强大的支持。这两款芯片都是国内机器人厂商在追求高性能、多功能工业机器人时的理想选择。在应对最复杂的实时控制挑战时，E70通过利用QSPI接口添加LAN9252EtherCAT从控制器，轻松实现了高性能的EtherCAT电机控制。这一表现，充分展示了其卓越的技术实力。

Layerscape多核通信处理器系列是NXP的明星产品，其在运动控制和机器人领域拥有丰富的实践经验。该系列处理器具备出色的计算性能、强大的内置连通性和低延迟特性，为复杂的多轴运动控制和机器人应用提供了强大的支持。无论是双核还是四核SoC，这些处理器都展现了出色的性能，并且具备多种连接选项，确保运动控制和机器人应用所需的低延迟和低抖动。

（图源：NXP）

该系列中的LS1046A和LS1026A是两个杰出的代表。它们集成了高性能的Arm Cortex-A72内核，并配备了数据包处理加速和高速外设。这四个CPU内核作为一个集群协同工作，共享高速缓存，拥有卓越的主频性能。其中，分层互连技术的工作频率高达700MHz，进一步提升了处理效率。

LS1046A的性能令人印象深刻，它获得了超过32000 CoreMarks的高评分，可与多种高速接口配对，包括10Gb以太网、第三代PCIe、SATA 3.0、USB 3.0和QSPI接口。NXP还提供了基于Xenomai Linux的实时开源操作系统，进一步增强了机器人运动的确定性和实时性。

而在运动控制领域，ADI的CM4系列同样表现出色。这一系列的限时同步运动系统以其卓越的位置控制精度和低延迟特性，为机器人驱动提供了出色的实际体验。对于需要更高自由度的机器人和更大机器吞吐量的应用，具备更快伺服驱动器响应时间和更精确轴同步的驱控芯片无疑是一大优势。这一系列的出色性能，使其成为机器人驱动领域的理想选择。（图源：ADI）

在当今工业机器人运动控制领域，从简单的开/关定速电机到复杂的多轴伺服驱动技术的转变日新月异。为了满足这些高性能需求，ADI带来了一系列强大的混合信号控制处理器——ADSP-CM4系列。这款处理器基于ARM-Cortex M4处理器内核，集成了高精度ADC、数字加速器和滤波器、SRAM和闪存以及一系列外设。这一切的集成都是为了适应那些需要高性能实时控制和模拟转换的机器人多轴控制应用。除了这个系列，ADI还有众多其他产品可以适配工业机器人的运动控制，如MCU和DSP等。

在CM4系列中，CM407F-A无疑是一个亮眼的存在。这款混合信号控制处理器配备了双通道高精度16 bit ADC和一个高达240MHz的M4处理器内核。除此之外，它还集成了384KB SRAM存储器、2MB闪存，以及针对光伏逆变器控制、电机控制和其他嵌入式控制应用优化的加速器和外设。

该内核集成的浮点运算能力可以支持复杂的编程模型和算法。而双通道的16 bit ADC则用于实现高精度的电机闭环控制。值得一提的是，ADI的ADC模块性能强大，无需过多描述。其无失码、高达11+ ENOB的转换速率以及380ns的转换速度已经足以证明其卓越性能。

为了进一步优化智能控制问题，CM407F-A还增加了高级PWM和定时器功能，这些功能可以有效提高转矩波动和电机性能。为了方便日后的机器人应用拓展，该系列还提供了16位异步存储器，可以连接外置SRAM或FPGA。无论是性能的提升还是功能的扩展，都为工业机器人的智能驱动能力提供了强有力的支持。

在下一期的内容中，我们将详细探讨那些在大显身手的国产芯片，看看它们在工业机器人运动控制领域中的表现如何。让我们期待更多的技术突破和创新！