工业控制系统中用到的核心半导体技术

发布时间：2024-02-22 阅读量：1407 来源: 我爱方案网作者: bebop

导读：工业控制主要是通过电力电子、仪器仪表测量和信息通讯等技术对工业生产过程进行检测与控制，从而在保证准确性的同时，提高生产效率。工控自动化的发展，背靠信息技术、计算机技术及通信技术的三者融合。我爱方案网配合原厂发展方案商生态，今天推荐工业控制类专用开发板，为设备终端制造商提供即插即用的方案PCBA。

集成电路被喻为现代工业的“粮食”，在工控设备领域的应用主要有仪器仪表、系统控制类、电机控制类和工业电脑类等，涉及的集成电路产品有MCU（微控制器）、嵌入式存储芯片、MOS逻辑器件以及电源电路等等。因而半导体技术之于工业控制系统的重要性，可见一斑。也正是这些核心半导体技术，构成了后续产品高附加值的底层逻辑。

嵌入式AI技术是现代工业控制的核心，其技术原理是通过STM32Cube. AI和NanoEdge AI Studio等软件，让AI技术在MCU及传感器上部署运行。通过嵌入式AI技术，工程师可以把训练好的人工神经网络(ANN)部署到各种STM32 MCU上，从而通过人工智能来促进工业自动化系统从集中式向分布式转型。

新材料和工艺技术等半导体核心技术在工业控制系统中发挥着重要作用。一方面，随着第三代半导体材料的兴起，以碳化硅、氮化镓为代表新材料，具有高导热率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率等特点，使得能源转化更加的高效。另一方面，半导体生产工艺越来越先进，由原来的250nm演变到今天的7nm、5nm技术，伴随工艺提高所带来的好处是，所生产的芯片在性能上大幅度提升的同时，芯片集成度更高，能耗更小，并且进一步提升工业控制精度，增强工控系统的稳定性。

MCU/MPU、功率器件和高性能信号链半导体产品是工业控制系统的重要组成部分。对于MCU而言，其技术已经从传统的8/16bit MCU转向32bit，并要求更高性能。同时，随着工业4.0的深入，对MCU的要求不仅在于实时控制功能，也要求MCU具备一定的算力，来应对智能工业的挑战。

在工业领域，当原本在中央控制器完成的分析下移到传感器和控制系统附近时，人工智能可实现更高效的端到端解决方案。利用MCU的先进的控制能力和算力，这种分布式自动化方法可大大降低数据传输带宽要求和中央控制器算力要求。人工智能还有助于提高现场总线网络通信的实时能力，因为现场数据经过预先分析，服务提供商得到的是数据解析程度更高的数据。（现场总线指工业环境中常见的网络协议）

VIPower技术则特别适合应用于自动化控制器中来控制各种执行器、继电器、电机、灯具、阀门、电泵、接触器，以及任何需要自动化控制及需要电流保护功能的电力负载。这主要是因为VIPower器件与标准分立式功率MOSFET一样，衬底成为芯片上集成到的多个功率MOSFET晶体管的公共端子(漏极)，而MOSFET又通常用作控制系统电源和负载之间的开关。

在表现上，VIPower的Ron导通电阻较低，可以有效降低工业自动化模块的耗散功率，并提高鲁棒性和可靠性；另外，该技术还可提供附加的预测性维护功能（包括过温，过流，欠电压报警和关闭状态下负载开路检测功能）。

BCD技术广泛应用于电源管理、模拟数据采集和电执行器。开发高密度BCD技术的原因正是市场需要在同一芯片上集成越来越复杂和多样化的功能，并在所有类型的应用环境中保证高质量和可靠性。尤其是在工业控制系统中，BCD技术的应用，一方面能通过增加电流隔离，增强 PLC 模块之间的通讯安全性以及可靠性；另一方面，也可以开发紧凑封装，减少 PLC 模块尺寸。

工控开发板介绍：

基于STM32H743的工业自动化开发板

方案简介：

方案主控芯片采用STM32FH743,采用6级流水线，性能高达5CoreMark/MHZ，在400MHZ工作频率下测试数据高达2010CoreMarks，自带2048KB FLASH和1046KB的SRAM，并外扩512MB NAND FLASH和32MB的SPI FLASH，满足大数据存储需求。方案国产化程度高，优选国产好芯，国产化率达到85%（数量），适用于工业自动化、汽车电子、医疗设备、消费电子等场景。

方案优势：

1.主芯片频率高达400MHz

2.接口丰富：引出110个IO，方便接入各种底板

3.内存资源丰富：外扩512MB NAND FLASH和32MB的SPI FLASH

应用领域：工业自动化、医疗设备、汽车电子

基于STM32G474 工业控制器开发板

方案简介：

该方案主芯片采用自带512K字节FLASH以及128K字节RAM的STM32G474VET6，并外扩16M字节FLASH，满足大内存需求和大数据存储。板载RS232串口、CAN以及RS485等各种接口芯片，满足各种应用需求，适用于电机控制、电源管理、工业传感器等场景。

方案优势：

1.接口丰富：引出了2路直流有刷/无刷驱动器接口、2路光耦隔离型步进电机控制接口、2路舵机控制接口。

2.支持人机交互：配置了1个1.3寸屏幕接口、3个LED接口。

3.支持USB串口、CAN通信接口、串口WIFI/蓝牙接口、GPS接口、485通信接口、USB Slave等多种通信方式。

应用领域：电机控制、电源管理、工业传感器等

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