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DSP诞生40周年,25岁的C2000™如何持续演绎经典(过去 & 现在篇)

作者:昂科技术发布日期:2022-01-07浏览人数:542

今年,是数字信号处理器 (DSP) 诞生 40 周年,如果找出 TI MCU 的一个代表作,那势必离不开 C2000™。该产品作为 TI 乃至业界最为悠久的 MCU 产品线之一,至今已有 25 年历史,从高铁到电动汽车、从数控机床到机械臂、从逆变器到服务器,哪里都有 C2000 的身影。


在摩尔定律不断演进,架构不断变化,竞争白热化的数十年中,C2000 的发展确实也并不是一帆风顺的。但时至今日,C2000 依然活跃在 MCU 市场,屡发新品的同时,也在不断得到新老客户的认可与青睐,这背后的原因是什么?


带着这一疑问,电子工程世界采访了德州仪器 C2000 产品线分别负责工业和汽车电子的两位产品线经理 Paul Ng 和 Na Kong,请二位结合 C2000 的产品特性与市场需求,详细阐述了在电源与控制技术日新月异的当前,高实时性的 C2000 是如何焕发青春的。


昂科烧录器

Paul Ng

C2000™ 工业产品线经理



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Na Kong

C2000™ 汽车产品线经理


Na Kong 于 2011 年加入 TI,先后在 TI 模拟电源产品和马达驱动部门从事应用,系统,和市场相关的工作。她于 2020 年加入 C2000 事业部,担任 C2000 汽车产品线经理,负责其全球业务。

Paul Ng 在半导体行业拥有超过 25 年的工作经验。他于 2010 年加入 TI,曾担任 TI 中国业务拓展总监。于 2020 年加入 C2000 事业部,担任 C2000 工业产品线经理,负责其全球业务。


问题一.请简要介绍一下C2000 25年的演进历史?


近几十年来,TI 一直是数字信号处理器 (DSP) 领域的领军企业,C2000 产品最初与其他 DSP 系列(例如 C5000、C6000 等)同属于 DSP 产品组合。我们在 20 世纪 90 年代的第一款产品便是基于 16 位 DSP 定点 DSP 内核,从那时起,我们的产品就已广泛应用于实时控制应用。TI 投资打造了一整套产品,包括 2005 升级至 C28 32 位 DSP 内核,随后电机驱动、数字电源等许多应用开始采用我们的产品。从 2013 年开始,C2000 产品进入第三代,工艺由第二代的 180nm 升级为 65nm,在性能、功耗、成本等方面都有了极大进步。与此同时,我们也利用差异化功能实现进一步升级,比如 64-bit 浮点单元、高分辨率 PWM,用于性能改进的各种加速器和可配置逻辑块 (CLB),否则这些功能就需要通过较为昂贵的 CPLD 或 FPGA 等外部器件进行添加。在这个过程中,TI 投资了数百个大学实验室和项目,帮助学生学习如何在实时控制中使用 DSP。在过去的 20 年里,我们的大学计划(特别是在中国的计划)帮助培养了一大批学习控制理论和实时控制的人才。能助力中国在实时控制应用领域占据一席之地,我们深感自豪。


问题二.在 25 年的历史中,C2000 一直不变的是什么?核心竞争力是什么?

在过去的 25 年里,C2000 不断拓展我们在实时控制方面的专业知识,提供出色的产品,包括我们在实时应用开发方面为客户提供的专业支持。我们的核心竞争力仍然在于开发具有超高实时性能的产品、适用于目标应用的创新系统级参考设计、先进的算法研究以及我们对客户的支持。


对于超高实时性能产品,我们并不只关注 MHz 或 MIPS,我们还关注总体信号链性能,即我们通过高速 ADC 捕获传感器的模拟输入,经过较短的计算周期,然后控制 PWM 驱动功率组件,整个过程需要满足应用的时序要求。例如,我们引入了三角函数加速器 (TMU),这是我们 C28 DSP 内核中的协处理器功能,此 TMU 可以减少 SIN() 和 COS() 的指令周期数,而无需增加 MHz,这对高级电机控制等应用非常重要。我们比较了信号链性能与基于 ARM 的产品,并发现我们的性能比运行更高 MHz 的设备性能更好。


另一个例子是,最近有电源应用逐步放弃使用 MOSFET,开始改用 SiC 或 GaN。GaN 的好处是,我们可以支持高得多的开关频率,从而实现总体功率密度性能以及降低散热要求。我们的高分辨率 PWM 为高开关频率而设计,并已经使用 C2000+GaN 开发了许多不同的参考设计,可实现不同的电源拓扑。这有助于客户解决功率密度问题,以及节省在产品中采用 GaN 解决方案的研发时间。我们还意识到,对于我们的许多实时应用来说,EMI 是一个问题,因此我们通过使用可配置逻辑块 (CLB) 引入我们的有源 EMI 滤波器解决方案。


凭借我们 25 年的实时控制经验,我们能够了解客户的问题,并找到解决这些问题的创新方法。这是我们在实时领域拥有的关键能力。


问题三.第三代产品的技术特点和优势是什么?市场上有什么经典案例?

实际上,TI 的 C2000 已经成为许多实时控制应用的解决方案,而大部分电源都设计为模拟解决方案,我们与客户合作开发数字电源解决方案已超过 20 年。现在,这些数字电源解决方案逐步成为 4G/5G 基站、计算机服务器电源、直流充电桩和许多其他工业电源应用的主流解决方案,同时在汽车领域,我们的解决方案广泛应用于新能源电动汽车和混合动力汽车 (EV/HEV) 中的车载充电器 (OBC) 和直流/直流电源。在电机控制领域,领先的汽车品牌在 EV/HEV 的汽车牵引电机中广泛采用 C2000;通用逆变器市场、计算机数控 (CNC) 应用以及机械臂中则广泛使用交流驱动器、BLDC、步进电机和伺服电机控制应用。经过超过 15 年的发展,我们的 C2000 已应用于变频空调 (VFAC) 室外机的压缩机和风扇控制,我们的产品在能源之星 HVAC 产品中占有相当大的份额,我们在这类应用中已累计出货超过 3 亿台 C2000,帮助很多家庭改善他们的生活方式,同时实现了卓越的能效成果。


最近,我们很高兴看到像“碳中和”或“零排放”这样的政策出台。许多 C2000 应用都能大展身手,C2000 已作为 MPPT、电弧检测的主控制器广泛用于光伏逆变器应用;能源存储系统 (ESS) 将与光伏应用一起呈爆炸式增长;充电桩仍然是支持车辆电气化所需的关键基础设施;与传统车辆应用相比,牵引电机、直流/直流电源、车载充电器 (OBC) 等新能源汽车应用的份额将继续增加。所有这些应用都是 C2000 的关键应用,我们很自豪能与客户合作,不断改进和提升,满足碳中和的要求,创造更美好的未来。


问题四.能否介绍下第三代 C2000 的具体创新点?如何解决当前的市场痛点?

截至目前,我们畅销的产品有 F28034、F28335、F2812 等,这些产品都是我们的第二代产品。当我们开始推出第三代产品时,我们研究了如何提高产品的整体性能,其中包括更准确的 ADC(高达 16 位)、Σ-Δ 滤波器、我们的总体 CPU 性能(最高 925MIPS, 可支持64位浮点运算)、更多片上闪存和 SRAM、可配置逻辑块 (CLB),针对汽车应用的功能安全软硬件支持,以及涵盖入门级产品 (F280025) 至高性能多核器件 (F28388) 的具有高性价比的产品。更重要的是,我们现在已经设计和量产了比较完整的第三代产品系列,作为可扩展平台系列,当使用这些第三代产品时,由于采用兼容软件和封装的引脚对引脚策略,客户可以轻松地从低端产品扩展到中/高端产品。例如,如果客户已经使用我们当前一代的产品进行设计,他们可以轻松采用我们更高性能或更低成本的产品,而无需更换其电路板。


问题五.C28X DSP可以说是 C2000 的核心。近年来,随着计算需求的增加,除了 DSP,越来越多的硬件加速器集成到 C2000 中。TI 如何发现客户对加速器的需求并将其应用到产品中?

很多时候,我们以客户所面临的问题为开端,然后在此基础上通过我们的产品提出 IP 解决方案。例如,我们了解到客户需要运行时间关键型实时应用,但同时他们需要执行 MCU 控制和通信的功能,这可能会影响设计的实时部分。所以我们引入了专注于实时代码的控制律加速器 (CLA),同时释放 C28 内核以执行MCU控制和通信功能。例如,在电机控制方面,我们知道很多客户需要为 PWM 保护和编码器使用外部逻辑,所以我们设计了可配置逻辑块 (CLB) 并添加至 C2000,这有助于客户节省总 BOM 成本。我们将继续了解客户的应用问题,并找到解决问题的创新方法。



文章来源于:德州仪器

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