“如何定義一款好的電機(jī)驅(qū)動產(chǎn)品？”意法半導(dǎo)體(ST)亞太區(qū)智能電源、IPAD、保護(hù)器件產(chǎn)品部市場應(yīng)用總監(jiān)David Lucchetti說這個問題似乎很難給出一個標(biāo)準(zhǔn)的答案，因為不同的客戶有著不同的需求。
“有的客戶對電壓很看重，比如電壓要低至1.5V；有的對體積或散熱比較看重；有的重視精度，例如在醫(yī)療注射泵中廣泛使用的256微步步進(jìn)電機(jī)，速度不一定要快，但位置必須精準(zhǔn)；有的重視性價比……形形色色，五花八門。但總體來說，電機(jī)驅(qū)動芯片的集成度會越來越高、體積越來越小、成本越來越低，這一點是毋庸置疑的。”他說。
系統(tǒng)級封裝演變
“STSPIN”是ST集成電機(jī)驅(qū)動器產(chǎn)品的品牌，目前有超過125種直流有刷電機(jī)、直流無刷電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的產(chǎn)品型號，除內(nèi)嵌32位ARM Cortex-M0 內(nèi)核的STM32F0 MCU，電壓范圍覆蓋1.8V到80V，封裝規(guī)格從超微型QFN到功率封裝均可選擇等突出特性外，集成數(shù)字核的可編程步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片也使其精度達(dá)到了1/256微步。
按照David Lucchetti的說法，正是在電機(jī)驅(qū)動領(lǐng)域有超過30年產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗的ST，發(fā)明了業(yè)界第一顆將驅(qū)動器和MOSFET集中在一起的馬達(dá)驅(qū)動芯片。此后，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，ST逐漸將電機(jī)驅(qū)動產(chǎn)品分為兩類：一類是將預(yù)驅(qū)動芯片和功率芯片封裝在一起的POWERSTEP系列，另一類則是將MCU和預(yù)驅(qū)動集成在一起的STSPIN32F0系列。
系統(tǒng)及封裝演變
他特別提到了ST自有的BCD技術(shù)。簡單而言，這是一種單芯片功率集成電路技術(shù)，結(jié)合了雙極型(Bi-Polar)、CMOS和DMOS的單片IC制造工藝。相對于傳統(tǒng)的雙極型功率工藝，在單芯片上同時集成了模擬、數(shù)字和功率器件的BCD技術(shù)采用了多層金屬結(jié)構(gòu)，使功率器件的導(dǎo)通電阻大幅度降低，從而提高了電流的密度和效率，同時增加了CMOS電路的集成度，更易于向小尺寸發(fā)展。
“坦率的說，ST電機(jī)驅(qū)動產(chǎn)品能實現(xiàn)的功能很多競爭對手也能實現(xiàn)，性能參數(shù)看起來似乎也都大同小異，那我們說服用戶采用ST產(chǎn)品的底氣來自哪里？”David Lucchetti將其歸結(jié)為從晶圓設(shè)計、封裝設(shè)計、開發(fā)環(huán)境到配套生態(tài)系統(tǒng)的“一條龍”設(shè)計服務(wù)體系。“ST所有集成的產(chǎn)品都是自己的，預(yù)驅(qū)動芯片、MOSFET、MCU、開發(fā)環(huán)境、封裝測試等等，可以確保產(chǎn)品的最佳性價比。很多對手MCU產(chǎn)品的知名度既沒有STM32高，IP和封裝也嚴(yán)重依賴第三方，這是一個很大的問題。”
STSPIN220步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、STSPIN230三相無刷電機(jī)驅(qū)動器、STSPIN240 1.3A有刷直流電機(jī)驅(qū)動器，連同最新發(fā)布的STSPIN250 2.6A微型有刷直流電機(jī)驅(qū)動器，是ST面向便攜和電池供電設(shè)備推出的四款單片低壓驅(qū)動器。3mm x 3mm QFN封裝、1.8V工作電壓、80nA待機(jī)電流、1.3Arms驅(qū)動電流等特性，使該系列在機(jī)器人定位系統(tǒng)、打印機(jī)電機(jī)、攝像頭自動對焦機(jī)構(gòu)、牙刷電機(jī)或注射泵等應(yīng)用中得到了廣泛采用。
而采用7mm x 7mm QFN微型封裝的STSPIN32F0電機(jī)控制系統(tǒng)級封裝，則將應(yīng)用目標(biāo)瞄準(zhǔn)智能制造設(shè)備、電動工具和散熱風(fēng)扇、新興的高端科技產(chǎn)品(無人機(jī)、機(jī)器人)，以及內(nèi)置高能效電機(jī)的家電(高性能便攜吸塵器或空氣凈化器)等領(lǐng)域。在ST看來，上述應(yīng)用需要電機(jī)驅(qū)動產(chǎn)品“兼具基于微控制器的電機(jī)驅(qū)動器的處理性能和靈活性，以及單顆芯片的易用性和空間利用率”。
STSPIN系列定位
與其說做產(chǎn)品，不如說做生態(tài)
不過，ST只為自己的“驅(qū)動器+STM32”系列選擇了ARM Cortex-M0內(nèi)核，M3、M4內(nèi)核產(chǎn)品卻暫未考慮。David Lucchetti對此解釋說，ST當(dāng)前重點關(guān)注的市場應(yīng)該還用不到M3/M4這樣高性能的內(nèi)核，但考慮到電動工具、真空吸塵器這樣傳統(tǒng)的、依靠走量的市場也需要升級換代，所以ST用32位M0 MCU取代了以往的STM8 MCU產(chǎn)品，算法也從之前簡單傳感器的方波共振上升到MCU控制，這是一種性價比很高的做法。從市場的反饋來看，用戶接受度很高。當(dāng)然，如果客戶有高端需求，采用M4產(chǎn)品對ST來說也并非難事。
他同時也否認(rèn)了將“驅(qū)動器、功率器件和MCU集成在一起”的想法。因為從市場角度來看，集成MOSFET后功率選擇將不夠靈活，應(yīng)用領(lǐng)域會受限；從技術(shù)角度來看，驅(qū)動器和MCU屬于邏輯電路，而MOSFET是功率電路，把邏輯和功率部分進(jìn)行融合時，需要在設(shè)計難度和設(shè)計成本之間進(jìn)行權(quán)衡。
相對于電機(jī)控制驅(qū)動產(chǎn)品硬件本身，缺乏對電機(jī)控制算法或是電機(jī)控制系統(tǒng)級知識的了解，被很多工程師視作在該領(lǐng)域遇到的最大挑戰(zhàn)。David Lucchetti也對此表示認(rèn)同，他說ST意識到了這一點，并從兩方面做了充足的準(zhǔn)備：從產(chǎn)品設(shè)計本身來看，ST既有只內(nèi)置了最基本電路的產(chǎn)品，也有集成了算法的高集成產(chǎn)品，用戶完全可以基于自己的設(shè)計能力進(jìn)行選用；
從產(chǎn)品生態(tài)系統(tǒng)來看，當(dāng)用戶需要搭一個系統(tǒng)時，如果完全從零開始做系統(tǒng)設(shè)計、硬件設(shè)計和軟件設(shè)計會比較困難。ST推出了不同的評估板，如X-Nucleo評估板，如果客戶熟悉STM，可以模擬一個系統(tǒng)，只要選對應(yīng)產(chǎn)品的拓展板，就可以像搭積木一樣模擬出一個系統(tǒng)，從而大幅降低原型機(jī)的開發(fā)成本。此外，ST還針對某些特定應(yīng)用推出了完整的參考方案，客戶不但可以從ST網(wǎng)站上免費下載軟硬件資料，甚至可以直接使用參考板的原理圖，這對他們的設(shè)計幫助極大。
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