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细说56F81xxx:这款大家都喜欢的入门级DSC,到底强在哪儿?

2020-11-20 14:00:02 浏览 1056 点赞 45 收藏 9

自恩智浦56F81xxx数字信号控制器(DSC)系列发布以来,就以其极高的性价比而收获了大量用户和代理商的关注。目前,56F81xxx系列终于正式量产啦!

56F81xxx系列在产品配置提升的同时,依然保持了非常有竞争力的价格,并提供了很多的差异化设计,可以说是对32位DSC产品线的一次重要补强。

恩智浦32位DSC产品系列

延续DSC产品一贯的特点,56F81xxx系列采用恩智浦自有的32位DSP内核,并在存储和外设的配置上相对于已量产的56F82xxx、83xxx和84xxx系列做了很多差异化处理和提升。

56F81xxx系列的配置如下

  • 主频100MHz的32位DSP内核
  • 最高128KB的Flash存储, 最高20KB的RAM存储
  • 内部32KB的Boot ROM,支持通过UART和I2C进行代码升级
  • 两个独立12位ADC,每个ADC采样频率高达1.6M次采样每秒,并支持两个ADC并行采样
  • 四个模拟比较器,每个比较器自带8位内置DAC提供参考源
  • 一个12位DAC,支持自动波形生成
  • 两个独立运放,支持外部增益模式或内部PGA模式,PGA模式下最高16倍增益
  • 8通道高精度PWM波输出,精度可高达312皮秒
  • 数字签名算法安全子系统(Digital Signature Algorithm Security Subsystem, DSASS)
  • 温度范围-40℃至105℃(-40℃至125℃的型号正在开发中)
  • 64LQFP和48LQFP封装

这里,56F81xxx系列是第一个集成了运放和安全子系统的DSC产品,可以说56F81xxx系列将DSC产品的集成度和安全性都提升到了新的高度。

此外,56F81xxx系列也将是第一个配备MCUXpresso SDK和Config tools图形化配置工具的DSC产品(同时支持56F83xxx系列)。MCUXpresso SDK和Config tools是恩智浦自有的SDK软件包和GUI配置工具,目前已经广泛应用在Kinetis、LPC和i.MX RT等基于Arm内核的产品上,使用起来非常的方便、快捷,受到了很多用户的好评。这些工具对DSC的支持将大幅度提升DSC产品的易用度、便捷性和可移植性。

目前56F81xxx系列已经正式量产,官网已开放样片申请,详细信息请访问nxp.com/MC56F81xxx。

56F81xxx系列产品框图

配置和可选型号

下表将56F81xxx系列产品与目前已经量产的56F82xxx、83xxx和84xxx系列做了一个横向对比。其中,红色字体表示相对于56F82xxx系列所做的增强。

可以看到,相对于已经量产的56F82xxx系列,56F81xxx系列可提供更大的Flash和RAM选项,提供了更快的ADC速度,并集成了一些新的外设如运算放大器和安全机密子模块。此外,需要注意的一个差异是56F81xxx系列不提供CAN接口以及不支持5V耐压IO,因此,需要这两项特性的用户就需要在其它DSC产品上进行选型了。

恩智浦32位DSC产品对比

下表列举了56F81xxx系列的所有可选型号。注意,这里仅列举了已经量产的-40℃至105℃温度范围的料号,目前-40℃至125℃温度范围的产品正在开发中,预计明年上市。

56F81xxx系列可选型号和配置(注:恩智浦根据用户具体需求,还可以提供32LQFP以及32QFN封装料号)

目标应用

一直以来,DSC产品在电机控制和电源转换领域的应用都非常广泛,56F81xxx系列的出现进一步完善了DSC产品线,为电机和电源用户提供了更多的选择。

56F81xxx系列的目标应用有很多。在电机领域,常见的如大家电电机,包括洗衣机电机、冰箱压缩机和空调外机等都可以通过56F81xxx系列进行驱动;在工业电机领域,很多工业步进和伺服电机都可以通过56F81xxx系列进行驱动;一些常见的水/油泵、电动工具和风机等也可以通过56F81xxx系列进行控制;常见的电机类型涵盖了BLDC电机、永磁同步电机、交流异步电机和磁阻电机等等,其100MHz的主频以及DSP内核的强大性能可完美支持方波控制、正弦波控制、无感控制等常见控制算法。

在电源领域,56F81xxx系列可广泛应用在多种电源应用中,常见的如服务器电源、通信4G/5G电源、充电桩、车载充电器、各种类型的太阳能逆变器、UPS等应用;其100MHz的主频和高精度PWM脉冲可完美支持多种多样的一次侧和二次侧应用。DSC控制器的另一个优势是可以实现灵活的拓扑结构,高性能DSC可灵活支持客户所需的拓扑结构。

56F81xxx系列典型应用

集成运放

如前文所述,56F81xxx系列是第一个集成了运算放大器的DSC产品。参考56F81xxx系列数据手册可以看到,该运放支持最大8MHz的增益带宽,典型条件下的输入偏置仅为1.5mV,可以说满足了大部分电机和电源应用中的电压和电流采样需求,因此,用户可以通过集成运放来代替目前PCB上的分立运放芯片,降低BOM成本。

此外,集成运放还支持低功耗模式,当运放不需要高速运行时,可以将运放配置在低功耗模式来节省功耗,低功耗模式下运放仅消耗0.1mA的电流。

同时,集成运放也支持多种工作模式,在外部增益模式下,运放在芯片内部处于开环模式,外围电路需要用户自己来搭建,该模式的优势是用户可以灵活的实现各种增益和各种拓扑的运放电路,缺点是比较费管脚。

在PGA模式下,运放的内部增益电路被启用,可配置成为2/4/8/16倍增益,该模式的优点是节省管脚,输入仅需一个引脚,缺点是不够灵活。

再有,集成运放也支持电压跟随模式,可应用于一些板载电压隔离需求。用户可根据自己应用的实际情况来选择需要采用的运放模式。

集成运放工作模式

安全加密子模块

56F81xxx系列也是第一个集成了安全加密子模块DSASS的DSC产品,该安全加密子模块集成了常见数字签名应用中所需的硬件模块,包括硬件哈希、硬件椭圆曲线加密(ECC)以及真随机数发生器(TRNG),通过这些硬件加密模块可以有效地在应用中实现数据的安全验证,常见的应用包括数字签名、安全启动以及安全固件升级等。

下图所示是一个常见的数字签名和验证的流程,一般情况下,关键数据在签名方通过哈希运算来提取摘要,然后通过加密算法和私钥生成签名,在验证方通过公钥和加密算法进行验证,并通过解哈希运算对数据进行验证。56F81xxx系列通过DSASS模块既可以作为签名方加密引擎,也可作为验证方加密引擎。

该加密模块可通过调用ROM API来使用,具体信息需参考模块参考手册。

典型数字签名流程

开发工具

在开发板方面,56F81xxx系列与56F83xxx系列一致,也采用了双开发板配置,即低压板MC56F81000-EVK和高压板HVP-56F81768。

其中,MC56F81000-EVK自带OpenSDA板载调试器,用户仅需要一台PC和USB线即可调试板子。该EVK板可与FRDM系列BLDC或者PMSM的电机驱动板进行搭配使用,来进行电机控制的原型设计。

MC56F81000-EVK开发板和配套硬件

HVP-56F81768控制子卡可以与HVP高压驱动板配合使用,对高压应用进行原型设计,可支持PMSM、BLDC和ACIM电机控制和PFC等原型设计。

同时,56F81xxx系列也是第一个获得MCUXpresso SDK和Config tools工具支持的DSC产品。其中SDK采用了多层次设计,最底层包括低层驱动和外设驱动模块,中间为协议栈和Middleware和EVK板支持,最上层为应用层代码和样例。对于56F81xxx系列,SDK支持的开发板为MC56F81000-EVK。

Middleware包含了丰富的中间件模块,包括电机和电源算法库、FreeMaster调用API、功能安全库,以及协议栈等。

Config tools则支持图形化配置时钟、管脚分配、系统配置和外设配置的功能,通过Config tools工具可快速直观的完成系统配置并生成初始化代码,便于用户快速上手。

此外,对于56F81系列恩智浦也提供了典型应用的参考设计,并提供完整的应用笔记和参考代码。

来源:NXP客栈

*本文仅代表作者观点,不代表易百纳技术社区立场。系作者授权易百纳技术社区发表,未经许可不得转载。

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