三大电机控制方案之FPGA篇：Actel Fusion

变，因此具有中子引发的固件错误免疫力。

　　融合技术及其优势

　　单芯片提供所有功能

直至融合技术问世前，系统设计人员被迫采用成本高、占位空间多的分立模拟组件和可编程逻辑或混合信号 ASIC 方案来执行一般的系统。固定的架构及其它技术障碍都阻止各个组件集成到一个低成本的单芯片中，以满足所有设计需求。

外部高电压接口

Fusion 器件具有真正的外部高电压接口;拥有多达 30 个耐高压模拟输入，可与 -12V 到 +12V 的信号直接连接，因此无需信号预调节电路。基于融合技术的模数转换器 ADC 可以配置，并支持高达 12 位的信号采样率，采样速度达 600 ksps 。Fusion 器件还具备额外的功能，包括多个差分输入电流监控功能块，每个均内置放大器，能增加灵敏度和效率。Fusion 器件还集成了温度监控电路，只需外接二极管便可远程监控多项温度。Fusion 器件具有多达 10 个大电流驱动输出，最适用于 MOSFET 控制和/或脉冲宽度调制 (PWM) 功能，如直接风扇控制。

　　功率管理和热管理

Fusion 器件具有 0 级上电即用 (LAPU) 功能，只需 3.3V 单电源便可运行。由于启动要求不高，Fusion 器件可充当终极的系统管理器，能够监视和控制板上各个电源的上电顺序。各个电源的电压上升速率可通过Fusion 器件进行编程。结合其温度监控功能和 MOSFET/PWM 性能，Fusion 器件能轻易集成系统控制板的热管理能力。

　　动态系统配置

Fusion 器件可将多项系统级功能集成在一个单芯片中，因而成为许多前沿系统管理协议的理想载体。

　　低功耗

基于采用低功耗、高性能的Flash内存工艺，Fusion 器件提供业界领先的低静态和动态功耗。Fusion 器件还具有多项睡眠和待机工作模式，进一步延长便携式设备的电池寿命。Fusion 器件的实时计数器(RTC) 能实现各种功能，如睡眠、待机、定期唤醒、低速或低功耗运行。此外，它还配有 1% RC 振荡器和双引脚晶体振荡器电路，能够省去昂贵的外部时钟源。

　　重新配置系统

Fusion 器件架构继承了 Microsemi 成功的 ProASIC?3 系列 Flash PGA的可配置性和现场可编程性优势，能在制造过程中或制造完成后在现场安全地进行编程。由于Fusion 器件可以在单一硬件平台支持多种项目和产品，因此能让设计人员享有批量采购器件的优势，并同时针对不同市场进行产品的定制设计。而固件 (Flash 内存) 和硬件的更新都能在一个步骤中完成。

　　Actel Fusion FPGA的无刷电机(BLDC)控制

　　1 前言

无刷直流电机(BLDC)具有体积小，无机械触点，寿命长，安装方便的优点，一直都是电机应用的研究热点。目前无刷电机控制基本上都是采用霍尔传感器作为转子位置反馈元件，但位置传感器的存在不仅增加了电机的体积和成本，很大程度上还成为电机的故障源之一，使系统可靠性降低。所以无位置传感器的无刷电机控制方案业已成为当前的研究热点。

近年来，采用数字控制的无位置传感器控制技术，已逐渐成为今后无刷电机控制的发展趋势。在此采用Actel公司的Fusion系列混合信号 FPGA为控制器核心，设计了一款无位置传感器无刷电机控制器。采用Fusion内部特有的12位多路高速A/D转换器，实现电机反电动势检测，使用内嵌的51软核实现速度闭环控制算法，成功实现无刷电机无位置传感器控制方案，具有系统硬件方案简单，集成度高，可靠性好，调速精度高等优点。

　　2 系统方案设计

　　2.1 Fusion FPGA简介

Actel Fusion系列器件是业界首款也是唯一具有模拟功能的Flash架构的FPGA，融合了FPGA数字内核、A/D转换器、Flash存储器、模拟的I /0、RTC等数字和模拟器件。Fusion器件内部具有2～8 Mbit不等的用户可用Flash存储器和30通道、最高12位精度、最高600 Ks/s采样率的A/D转换器，片内100 MHz的RC振荡器与PLL(锁相环)一起共同为FPGA提供时钟，以节省外部时钟的开销。这些特点极大地提高了该系列FPGA器件的功能，简化了系统设计，大幅度减少了电路板面积和系统总成本。当Fusion系列FPGA器件结合8051，CortexMl，ARM7等软件MCU核时，还可以实现真正的 SoC系统。Actel Fusion系列FPGA器件是迄今为止最全面的单芯片模拟与数字可编程逻辑系统的解决方案。

　　2.2 控制器方案设计

根据无刷电机反电动势检测法原理，结合Actel FusionFPGA的内部功能特性，设计了图1所示的无刷电机控制方案。

在该设计方案中，Fusion AFS600作为控制器核心，用内嵌的软核8051 MCU实现控制算法，高速12位A/D转换器分别检测三相绕组的反电动势和外部电位器设定电压。电位器设定电压用于确定电机的转动方向和转速。通过 FPGA逻辑实现LCD液晶屏接口，用于显