深度解析一款高集成智能硬件伺服电机驱动控制芯片TMC9660

Ø TMC9660 是一款智能栅极驱动器 IC，硬件和降压转换器中带有伺服 （FOC） 控制器。整体解决方案使客户能够轻松访问高级电机和运动控制，而无需软件编程。

TMC9660最大限度地减少 BOM 和电路板空间（单芯片解决方案），硬件实现FOC;无需代码

TMC9660相比传统伺服方案包括TRINAMIC之前的伺服驱控产品，具有独特的特点和优势。TMC9660在对伺服电机的动态性能方面进行了突破性的改进加入更新的算法，集成了除功率管外所有开发伺服电机驱动控制所选的所有部分。采用硬件伺服控制器，硬件轨迹曲线控制器，TMC9660进一步为用户开发高性能伺服电机驱动控制系统提供了便捷。
TMC9660可以用来开发步进伺服，直流伺服BLDC/PMSM，直流有刷伺服。包括直线和旋转伺服电机的驱动控制系统。支持增量和绝对值编码器反馈。TMC9660是单电源供电集成了降压转换栅极驱动和电机运动控制的芯片。它包含了一个智能栅极驱动器，基于硬件的伺服控制器（FOC）和伺服电机控制器（包括速度环，位置环，加减速规矩曲线），电机位置反馈接口（ABN数字增量，霍尔和绝对值编码器反馈接口），一组用于电流测量的模拟信号出来单元（可编程的运放CSA和ADCs）和一个强大而灵活的电源管理单元（PMU），包括Buck和可编程的LDOs。通过高速UART或SPI与上位处理器进行通信。嵌入了预编程的32位处理器，支持对电机控制外设的直接寄存器访问或更高级别的参数模式访问，对于系统硬件连接和软件选择的初始配置，可以使用引导加载程序，还支持OTP永久存储配置。

n TMC9660****由以下5个功能单元块构成

1. 智能栅极驱动单元-Smart Gate Driver (GDRV)

2. 运动控制单元-Motion Control Core (MCC)

3. 检测测量单元-Measurement Unit (MU)

4. 电源单元-Power Management (PMU)

5. 保护诊断单元-Protection Unit (PTU)

   功能块名称	功能描述
   Smart Gate Driver (GDRV) 智能栅极驱动单元	• 70V 栅极驱动器，用于多达 4 个半桥 （NMOS）• 12V 栅极驱动输出电压• 基于Bootstrap 的高效拓扑• 可编程高达1A Source / 2A Sink 电流• Adaptive Break before Make 最大限度地减少了死区• 过流和短路保护
   Motion Control Core (MCC) 运动控制单元	• 基于硬件的高速FOC – 高达 100kHz• 伺服环路控制（速度和位置PI）– 高达 100kHz• 8 点 Ramp 轨迹发生器，基于硬件的实时Ramp 动态计算规划• SVPWM – 高达 100kHz, 120MHz分辨率• 编码器反馈支持(A/B/N, U/V/W Hall, SPI / SSI Encoder)，支持双编码器，TMC8100 - SSI, BiSS-C, Tamagawa, Nikon …
   Measurement Unit (MU) 测量单元	• 4 个高带宽 （15Mhz）、差分、双向电流感应放大器 （CSA），用于底部分流测量或在线电流测量• 可编程增益5 倍、10 倍、20 倍、40 倍（和旁路）• 4 个 13 位 / 1MSps ADC，用于同步采样
   Power Management (PMU) 电源单元	• 高达70V 输入、600mA 同步降压、5.8V 输出• 2 个外部 LDO 可配置2.5V / 3.3V / 5V，电流为150mA• 用于内部电源/单电源操作的 LDO• 电荷泵/ 倍增器栅极驱动器电源• 用于100% 占空比的 Trickle Charge Pump
   **Protection Unit (PTU)**保护和诊断功能	输出级过流和短路保护l 基于VDS 测量的可配置高侧/低侧 N-FET 过流保护/基于 R-SHUNT 的可配置低侧 N-FET 过流保护栅极驱动器输出短路保护l 高/低边对电源短路保护/高/低边对地短路保护热关断和报警保护l 全局热关断和警告/线性稳压器 /降压转换器 （VBUCK）电源单元过流和短路保护l 线性稳压器电流限制/ VDRV 电荷泵短路保护/ BUCK转换器过载和短路保护

TMC9660为伺服电机运动控制集成了基于硬件的级联控制（扭矩/磁通控制，速度闭环控制，位置闭环控制以及8点加减速规矩曲线），所带有的前馈控制，滤波控制以及平均运动算法使其满足从低速到高速的高性能运动控制。**

TMC9660集成了基于硬件的位置或速度轨迹曲线控制功能，提高运动过程中的稳定性，降低了抖动风险，减轻上位机工作负担。

n TMC9660几种典型应用系统简图

n TMC9660几种典型应用系统简图

1） TMC9660控制三相BLDC/PMSM+霍尔+Encoder(增量or绝对值)+刹车/制动电阻

2） TMC9660控制三相BLDC/PMSM只有霍尔

3） TMC9660控制两相步进伺服电机

4） TMC9660控制三相BLDC/PMSM带双编码器反馈

此外TMC9660还支持对BLDC电机的无感FOC控制，支持对直流有刷电机的FOC控制。

n 如何使用TMC9660完成伺服控制的控制？

TRINAMIC为TMC9660提供了2种不同的控制方式以满足不同需求的用户使用Register寄存器模式和Parameter参数控制模式。

Register模式可以满足用户直接快速通过高速UART或SPI访问操作寄存器，这种方式比较灵活，丰富。 而Parameter模式是更高层次的控制用户可以快速通过配置应用层的参数快速实现对电机的控制，如果市面上标准的控制器一样快捷，便利。可以使用TRINAMIC的上位机软件TMCL-IDE实现控制。

n TMC9660的智能软件集成AI机械自学习功能，能够完成对电机和负载实现自动识别并为整个系统匹配优化参数配置，包括对电机电阻/电感自动设别，对负载惯量自动匹配，对环路带宽自动配置…..等先进自动学习功能，ADITrinamic团队还在不断增强TMC9660软件自学习功能，使用户能够更便捷使用TMC9660，实现对运动控制更智能化控制。