联网风吹起，FPGA SoC显优势 - 抢攻工业马达控制商机 DSP/FPGA精锐尽出

　　为了符合伺服控制系统对于降低功耗、减少转矩波动和提高速度控制精准以及类比转换准确度等需求，亚德诺推出了混合讯号处理器--ADSP-CM40x。据了解，ADSP-CM40x搭载一颗240MHz Cortex-M4处理器核心，是业界唯一一款嵌入双通道16位元类比数位转换器（ADC）的混合讯号处理器。

　　于常涛强调，ADSP-CM40x不但具有出色的类比转换性能，同时具备多种其他特性，例如透过SINC滤波器支援，使其可以直接与用于分流电阻式电流检测系统架构中的隔离式Σ-Δ型ADC调变器顺利介接。他进一步解释，SINC滤波器的功能等同于是将滤波演算法「实体化」；过去，开发商往往须要外挂一颗现场可编程闸阵列（FPGA）来置入软体演算法以实现此功能，如今透过SINC滤波器，则可节省以FPGA实现同一功能所需要的成本和工程资源。

　　此外，闭环式电路的伺服控制系统，对于电流环採样准确度及噪声、强电流、模拟讯号等各种外力的抗杂讯能力要求都极为严苛，因此除了混合讯号处理器之外，半导体元件商还须提供完整的隔离式产品（如闸极驱动器（Gate Driver）、ADC和收发器）、同步取样类比数位转换器、旋变数位转换器和功率因数校正控制器，以和控制核心完整搭配。

　　于常涛认为，虽然工业马达市场的数量规模远不如消费性家电市场的规模，不过工业马达市场因对成本较不敏感，如何提高马达效率、减少耗能/耗电往往被摆在优先位置，因此节能潜力更为庞大，这也是何以亚德诺选择抢攻工业伺服控制市场的主因；他透露，亚德诺今年在亚太地区（不包含日本）马达控制市场的营收预计将突破2，000万美元，较2013年成长13-15% 。

　　值得注意的是，因应工业自动化需求，工业设备除了智能化化之外，马达控制网络的建置也至关重要，工业马达也因而吹起联网风潮。工业自动化下的马达不只诉求高效运算，亦须同步具备联网通讯功能，而相较于微控制器（MCU）或数位讯号处理器（DSP）方案，具备平行运算优势且能扩充多种通讯界面的FPGA系统单芯片（SoC），将在此波风潮中占尽优势。

　　工业马达吹联网风　FPGA SoC占尽优势

　　图4　赛灵思亚太区Zynq业务开发经理罗霖指出，工业自动化系统的马达须同时具备高效运算与联网通讯功能，适合采用具备平行运算能力且具扩充弹性的FPGA SoC进行设计。

　　赛灵思（Xilinx）亚太区Zynq业务开发经理罗霖（图4）表示，白色家电通常只需要MCU做为马达控制核心即已足够，不过高阶工业马达的控制系统中枢则多採分离式设计，方能应付复杂的运作机制；如由DSP负责演算法、MCU负责人机界面控制、FPGA则专责高速输入/输出（I/O）通讯界面等。

　　罗霖进一步指出，随着工业自动化风潮兴起，未来工业马达不只须专注于效能的提升，包括输送带、伺服控制系统、生产线等工厂内的所有运作机制皆诉求智能化化发展，这也连带影响内部的工业马达设计。

　　罗霖举例，「制造业智能化化」、「生产线定制化」让愈来愈多的工厂设备讲求联网与设备互联，这也让工程人员倾向採用「分散式」网络来设计工业马达控制系统；亦即许多工业马达彼此之间也须具备互联通讯的功能，如此一来，马达的温度、湿度、电流、电压等监测数据与故障诊断等参数，皆可透过云端中心回报给工程人员，进一步实现完整的工业自动化愿景。而工业马达的联网需求，也让传统工业马达内採分离式设计的控制中枢不敷使用，必须透过更高效能且具备平行运算功能的 FPGA SoC方能进一步实现。

　　以赛灵思的Zynq-7000 All Programmable SoC为例，该嵌入式处理平台，因同时具有FPGA、ARM Cortex-A9双核心、DSP功能，故能同步实现演算法、通讯界面、人机界面等运算需求，且运作速度也会更快。

　　罗霖补充，工业马达对于高效率、高成本的PMSM马达接受度较高，因此除了联网、通讯控制外，高效能的变频控制设计亦是FPGA SoC须关注的焦点。有鉴于此，赛灵思亦推出以Zynq-7000 FPGA SoC为核心的Zynq-7000 AP SoC Intelligent Drives Platform，该平台除了提供功率半导体元件的支援外，亦聚焦于磁场定向控制（FOC）演算法、工业乙太网通讯协议的布局。

　　此外，于常涛发现，模型化基础设计（Model-based Design）概念以往在欧洲地区较为流行，不过随着马达控制议题热烧，亚洲地区的马达开发商亦开始接受这种新型态的设计概念。因此包括亚德诺、赛灵思等半导体元件商都开始以系统建模工具如MathWorks的工具为基础，推出以自家方案为核心的马达开发工具。罗霖指出，MathWorks甚至于今年3月特别针对Zynq-7000 FPGA SoC推出新的设计方法，可让工业马达开发时程从几个月缩短至几个星期。

　　简而言之，在电动马达市场中，工业马达数量规模虽远不及消费性家电市场，不过因其耗能远高于其他马达终端产品应用，蕴藏着无穷的节能潜力，加上工业自动化风潮推波助澜，让工业市场更愿意快速导入高效率马达，遂成消费性家电市场之外，半导体元件商的另一战场。