飛思卡爾Kinetis V系列MCU簡化新一代的馬達控制和數位功率轉換應用
前言：
採用ARM® Cortex®-M處理器的飛思卡爾新款Kinetis V系列MCU和Kinetis馬達套件，讓馬達控制的研發變得更富彈性、更迅速、更超值
2014年4月11--為持續擴展業界最廣泛的ARM微控制器 (MCU)產品線之一，飛思卡爾半導體(NYSE: FSL)推出了頂級的新款Kinetis V系列，專為馬達控制及數位功率轉換應用而設計。為了輔助Kinetis V系列，飛思卡爾還推出了Kinetis馬達套件，這是一套附贈的輔助工具，能協助大幅提升馬達效率，同時降低研發成本、縮短上市時間。
現代的感應式與無感式馬達控制都對微控制器有高要求，並且在尋常的作業處理外還要兼顧精確的速度和定位。MCU必須能夠支援各種控制演算法 – 從入門的BLDC到先進的PMSM和ACIM控制迴圈等等 – 同時還要提供高速/高解析ADC和PWM，以便迅速精確地捕捉訊號與做出回應。研發人員必須要擁有直覺化的軟體工具，才能迅速有效地創作、調整及實作控制演算法。
Kinetis V系列的快速訊號擷取與處理能力，再加上直覺的Kinetis馬達套件，構成一套一致的軟硬體平台，可用於研製便於延伸且超值的馬達控制系統。有了Kinetis V系列，低階產品設計師在轉戰進階產品時，便能享受到最新式馬達技術所帶來的效率提升、更安靜的運作、以及經過改良的可靠度。
飛思卡爾微控制器業務資深副總裁暨總經理Geoff Lees表示：｢憑藉飛思卡爾20年以上的馬達控制處理器專業，以及我們在市場上市場極佳的聲譽，毫無疑問地馬達控制與數位功率會是Kinetis發展的下一個目標。Kinetis V系列絕佳的價格/效能比、訂製的週邊集、以及附贈的Kinetis馬達套件，都讓研發人員得以較以往更迅速、更輕鬆地創作出極為經濟的設計。」
Kinetis KV4x、KV3x和KV1x MCU
KV4x系列是現有V系列中的旗艦級產品，應用目標是數位功率轉換設計，以及PMSM和ACIM等需要高度動態控制的應用。KV4x MCU完全為了效能最佳化而設計，整合了一組150 MHz的ARM Cortex-M4處理器及浮點單元，可以透過128位元的介面配合多達256 KB的快閃記憶體運作，以減少CPU等待狀態。此外還具備多達30組計時器通道 – 其中12組來自極為彈性化的eFlexPWM – KV4x系列元件都具備多組三相馬達驅動能力，支援盲時區間插入、PWM互補配對、半程重載及錯誤偵測。為了支援無感式馬達控制速度/位置偵測，另有兩組12位元的ADC可支援高達1.9 Msps的取樣率，並且可以透過任何連接到MCU內部週邊的模組加以觸發，如計時器、類比式比較器或是GPIO。對於交換模式的電源供應應用來說，一組eFlexPWM模組可以提供300 picosecond的解析度，加上4.1Msps的ADC取樣率。這大幅改善了即時控制，確保了蒐集資料並更新系統所必須的關鍵時間區隔。此外，KV4x系列的高度功能整合性可以涵蓋30個PWM輸出、38個ADC通道輸入、以及CAN、UART和SPI介面，全都位於一個100之接腳的LQFP封裝內。
KV4x系列是現有V系列中的旗艦級產品，應用目標是數位功率轉換設計，以及PMSM和ACIM等需要高度動態控制的應用。KV4x MCU完全為了效能最佳化而設計，整合了一組150 MHz的ARM Cortex-M4處理器及浮點單元，可以透過128位元的介面配合多達256 KB的快閃記憶體運作，以減少CPU等待狀態。此外還具備多達30組計時器通道 – 其中12組來自極為彈性化的eFlexPWM – KV4x系列元件都具備多組三相馬達驅動能力，支援盲時區間插入、PWM互補配對、半程重載及錯誤偵測。為了支援無感式馬達控制速度/位置偵測，另有兩組12位元的ADC可支援高達1.9 Msps的取樣率，並且可以透過任何連接到MCU內部週邊的模組加以觸發，如計時器、類比式比較器或是GPIO。對於交換模式的電源供應應用來說，一組eFlexPWM模組可以提供300 picosecond的解析度，加上4.1Msps的ADC取樣率。這大幅改善了即時控制，確保了蒐集資料並更新系統所必須的關鍵時間區隔。此外，KV4x系列的高度功能整合性可以涵蓋30個PWM輸出、38個ADC通道輸入、以及CAN、UART和SPI介面，全都位於一個100之接腳的LQFP封裝內。
KV3x系列同樣也採用Cortex-M4，其目標在於中間的PMSM應用，其CPU時脈約為100-120 MHz，快閃/SRAM記憶體最多達512/96 KB，另外還有外部匯流排介面可供選購，作為晶片對外擴充系統時使用。
KV1x系列代表此系列的入門級產品，同時結合了業界最快速的Cortex-M0+ MCU核心。CPU時脈可達75 MHz，加上硬體的除法和平方根區塊，KV1x元件提升的數字演算效能，較以往的同系列其他MCU增加百分之25以上。再將此一高處理效率封裝在一個小巧的32 KB解決方案裡，使得KV1x MCU成為BLDC和PMSM設計的超值選擇，以往這兩者都必須仰賴更龐大、更昂貴的32位元MCU方能達成。
Kinetis馬達套件與其他馬達控制輔助
傳統上PID迴圈調節是以嘗試錯誤法為之，需要具有深入的馬達控制專業知識，成果往往無法達到系統效能最佳化，而且效果會隨時間衰退。Kinetis馬達套件針對這些問題，設法簡化了研發時程，提供更容易預測的系統反應、並縮短上市時間。
傳統上PID迴圈調節是以嘗試錯誤法為之，需要具有深入的馬達控制專業知識，成果往往無法達到系統效能最佳化，而且效果會隨時間衰退。Kinetis馬達套件針對這些問題，設法簡化了研發時程，提供更容易預測的系統反應、並縮短上市時間。
Kinetis馬達套件則包含三種軟體，可以調節、觀察與管理馬達控制系統的運作：第一是Kinetis馬達調節器，這是一套具備GUI的馬達參數工具，能夠迅速精確地在幾分鐘內以PID迴圈完成調節，不必耗上數個月；第二是Kinetis馬達觀測器，這是一種先進的、事先調校過的軟體，在MCU裡負責調節控制迴圈與估算區塊，以便調整馬達和反向器的效率、功率因子、電流/轉矩漣波和雜訊；第三則是Kinetis馬達管理器，負責提供即時、無中斷的系統變數顯示、以及MCU的記憶體配置。馬達管理器包括了一組具備除錯和資料紀錄能力的軟體示波器。Kinetis V系列MCU全都預先寫入了Kinetis馬達套件軟體，預計2014年第3季可以開放訂購。
飛思卡爾同時也提供一系列具備圖形介面的馬達設定和除錯工具、軟體程式庫、以及Tower系統研發模組等等。
供貨方式
Kinetis KV1x MCU現已量產，建議售價從美金9毛9起，每批以一萬顆為單位。Kinetis KV3x MCU目前已有樣品，Kinetis KV4x MCU則預計於2014第3季推出樣品。詳情請參閱www.freescale.com/Kinetis/vseries
Kinetis KV1x MCU現已量產，建議售價從美金9毛9起，每批以一萬顆為單位。Kinetis KV3x MCU目前已有樣品，Kinetis KV4x MCU則預計於2014第3季推出樣品。詳情請參閱www.freescale.com/Kinetis/vseries
關於飛思卡爾
飛思卡爾半導體(美國紐約證券交易所代號FSL)是內嵌式處理解決方案的世界級領導者，產品廣泛用於汽車、消費電子、工業、及網路市場。從微處理器及微控制器到感測器、類比整合電路及連結，是促使我們的世界更綠色環保、安全、健康、且更相連的創新的基礎技術。其中某些關鍵性的應用及終端市場包括：汽車安全、油電混合及純電動車輛、下一代無線基礎建設、智慧型能源管理、行動式醫療裝置、消費性產品及智慧型行動裝置。本公司總部位於美國德州奧斯丁市，在全球各地分設有設計、研發、製造、及銷售據點。www.freescale.com
飛思卡爾半導體(美國紐約證券交易所代號FSL)是內嵌式處理解決方案的世界級領導者，產品廣泛用於汽車、消費電子、工業、及網路市場。從微處理器及微控制器到感測器、類比整合電路及連結，是促使我們的世界更綠色環保、安全、健康、且更相連的創新的基礎技術。其中某些關鍵性的應用及終端市場包括：汽車安全、油電混合及純電動車輛、下一代無線基礎建設、智慧型能源管理、行動式醫療裝置、消費性產品及智慧型行動裝置。本公司總部位於美國德州奧斯丁市，在全球各地分設有設計、研發、製造、及銷售據點。www.freescale.com
