很多工業(yè)逆變器和伺服器驅(qū)動(dòng)廠商在很長(zhǎng)一段實(shí)現(xiàn)內(nèi)依賴現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 (FPGA) 或ASIC技術(shù)來(lái)完成商用現(xiàn)貨 (COTS) 產(chǎn)品，比如說(shuō)32位微控制器 (MCU) 所不支持的功能。然而，為了支持位置傳感器反饋或增量-累加濾波而將FPGA或ASIC添加到軟件可編程控制器中，將增加系統(tǒng)成本和開發(fā)復(fù)雜度。

在這一博客系列中，我們將看一看工業(yè)驅(qū)動(dòng)和伺服機(jī)控制架構(gòu)的發(fā)展歷史，將FPGA引入到這些架構(gòu)中是所面臨的挑戰(zhàn)，以及工業(yè)驅(qū)動(dòng)控制SoC (COTS MCU) 的全新功能如何改變成本效益模型，使今天的工業(yè)驅(qū)動(dòng)不再使用FPGA。

那么FPGA是如何成為逆變器驅(qū)動(dòng)和伺服機(jī)控制架構(gòu)中的通常做法的呢？例如，當(dāng)現(xiàn)貨供應(yīng)產(chǎn)品無(wú)法在當(dāng)時(shí)實(shí)現(xiàn)全新系統(tǒng)功能時(shí)，很多開發(fā)人員不得不在MCU外部執(zhí)行他們特定的PWM/IGBT保護(hù)機(jī)制。其他人也許感覺(jué)到他們當(dāng)前的環(huán)路定時(shí)太短，無(wú)法由一個(gè)可編程MCU進(jìn)行處理，而只能通過(guò)邏輯門與軟件間的配合完成。一旦在系統(tǒng)中使用一個(gè)FPGA，那么這個(gè)器件將成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)輔助工具，盡管是一個(gè)邏輯輔助工具，但是對(duì)于那些由不斷發(fā)展的驅(qū)動(dòng)和伺服機(jī)市場(chǎng)所引入的新技術(shù)來(lái)說(shuō)，它能夠?qū)?duì)于這些技術(shù)的支持集成在內(nèi)。例如，F(xiàn)PGA的功能已經(jīng)被擴(kuò)展，將與PLC和運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行通信的順時(shí)針/逆時(shí)針 (CW/CCW) 和脈沖串 (PTO) 端口集成在內(nèi)。除此之外，F(xiàn)PGA成為了系統(tǒng)內(nèi)支持新出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)和EnDat和BiSS等專有位置傳感器接口的目的器件。進(jìn)而，到隔離式增量-累加ADC已調(diào)制輸出的接口（通常情況下基于正弦濾波器），也集成在了FPGA器件內(nèi)部。此外，有幾個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)也在FPGA門上提供MAC控制器。所有這些不同功能很快使門的數(shù)量累積到數(shù)十萬(wàn)，使得FPGA的價(jià)格十分昂貴。

圖1：SoC與MCU在加上FPGA架構(gòu)時(shí)的對(duì)比

雖然這個(gè)驅(qū)動(dòng)功能的擴(kuò)展已經(jīng)被FPGA吸收在內(nèi)，一個(gè)有意思的全新市場(chǎng)動(dòng)態(tài)正在出現(xiàn)。目錄控制器開始將這些功能在芯片上提供，從而將現(xiàn)成可用的功能供驅(qū)動(dòng)開發(fā)人員使用。這里面的差異是有其實(shí)質(zhì)意義的：片上功能可供開發(fā)人員立即使用—也就是說(shuō)，購(gòu)買產(chǎn)品目錄中的MCU，而無(wú)需用FPGA來(lái)構(gòu)造這些解決方案。這直接與降低系統(tǒng)成本、節(jié)省電路板空間相關(guān)，而這是FPGA解決方案無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。隨著全新驅(qū)動(dòng)控制SoC的問(wèn)世，比如說(shuō)支持DesignDRIVE位置管理器技術(shù)的C2000™ F28379 MCU，開發(fā)人員現(xiàn)在可以避免上文提到的很多缺點(diǎn)。

在本系列的下一部分中，我們進(jìn)一步研究將FPGA引入到驅(qū)動(dòng)和伺服機(jī)控制架構(gòu)中時(shí)所遇到的其它挑戰(zhàn)。