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自恩智浦 56F81xxx 數(shù)字信號(hào)控制器（DSC）系列發(fā)布以來，就以其極高的性價(jià)比而收貨了大量用戶和代理商的關(guān)注。目前，56F81xxx 系列終于正式量產(chǎn)啦！56F81xxx 系列在產(chǎn)品配置提升的同時(shí)，依然保持了非常有競(jìng)爭力的價(jià)格，并提供了很多的差異化設(shè)計(jì)，可以說是對(duì) 32 位 DSC 產(chǎn)品線的一次重要補(bǔ)強(qiáng)。
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32 位 DSC 產(chǎn)品系列
延續(xù) DSC 產(chǎn)品一貫的特點(diǎn)，56F81xxx 系列采用 NXP 自有的 32 位 DSP 內(nèi)核，并在存儲(chǔ)和外設(shè)的配置上相對(duì)于已量產(chǎn)的 56F82xxx、83xxx 和 84xxx 系列做了很多差異化處理和提升。
56F81xxx 系列的配置如下：
- 主頻 100MHz 的 32 位 DSP 內(nèi)核
- 最高 128KB 的 Flash 存儲(chǔ)， 最高 20KB 的 RAM 存儲(chǔ)
- 四個(gè)模擬比較器，每個(gè)比較器自帶 8 位內(nèi)置 DAC 提供參考源
- 一個(gè) 12 位 DAC，支持自動(dòng)波形生成
- 兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)放，支持外部增益模式或內(nèi)部 PGA 模式，PGA 模式下最高 16 倍增益
- 8 通道高精度 PWM 波輸出，精度可高達(dá) 312 皮秒
- 數(shù)字簽名算法安全子系統(tǒng)（digital signature algorithm security subsystem， DSASS）
- 溫度范圍 -40 到 105 度室溫（-40 到 125 度型號(hào)正在開發(fā)）
- 64LQFP 和 48LQFP 封裝
這里，56F81xxx 系列是第一個(gè)集成了運(yùn)放和安全子系統(tǒng)的 DSC 產(chǎn)品，可以說 56F81xxx 系列將 DSC 產(chǎn)品的集成度和安全性都提升到了新的高度。
此外，56F81xxx 系列也將是第一個(gè)配備 MCUXpresso SDK 和 Config tools 圖形化配置工具的 DSC 產(chǎn)品（同時(shí)支持 56F83xxx 系列）。MCUXpresso SDK 和 Config tools 是 NXP 自有的 SDK 軟件包和 GUI 配置工具，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在 Kinetis、LPC 和 i.MX RT 等基于 ARM 內(nèi)核的產(chǎn)品上，使用起來非常的方便、快捷，受到了很多用戶的好評(píng)。這些工具對(duì) DSC 的支持將大幅度提升 DSC 產(chǎn)品的易用度、便捷性和可移植性。
目前 56F81xxx 系列已經(jīng)正式量產(chǎn)，官網(wǎng)已開放樣片申請(qǐng)，詳細(xì)信息請(qǐng)?jiān)L問 nxp.com/MC56F81xxx
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56F81 系列框圖
配置和可選型號(hào)
下表將 56F81xxx 系列產(chǎn)品與目前已經(jīng)量產(chǎn)的 56F82xxx、83xxx 和 84xxx 系列做了一個(gè)橫向?qū)Ρ龋渲?，紅色字體表示相對(duì)于 56F82xxx 系列所做的增強(qiáng)。可以看到，相對(duì)于已經(jīng)量產(chǎn)的 56F82xxx 系列，56F81xxx 系列可提供更大的 Flash 和 RAM 選項(xiàng)，提供了更快的 ADC 速度，并集成了一些新的外設(shè)如運(yùn)算放大器和安全機(jī)密子模塊。此外，需要注意的一個(gè)差異是 56F81xxx 系列不提供 CAN 接口以及不支持 5V 耐壓 IO，因此，需要這兩項(xiàng)特性的用戶就需要在其它 DSC 產(chǎn)品上進(jìn)行選型了。
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32 位 DSC 產(chǎn)品對(duì)比
下表列舉了 56F81xxx 系列的所有可選型號(hào)。注意，這里僅列舉了已經(jīng)量產(chǎn)的 -40 到 105℃溫度范圍的料號(hào)，目前 -40 到 125℃溫度范圍的產(chǎn)品正在開發(fā)中，預(yù)計(jì)明年上市。
56F81 系列可選型號(hào)和配置
注：恩智浦根據(jù)用戶具體需求，還可以提供 32LQFP 以及 32QFN 封裝料號(hào)
目標(biāo)應(yīng)用
一直以來，DSC 產(chǎn)品在電機(jī)控制和電源轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的應(yīng)用都非常廣泛，56F81xxx 系列的出現(xiàn)進(jìn)一步完善了 DSC 產(chǎn)品線，為電機(jī)和電源用戶提供了更多的選擇。
56F81xxx 系列的目標(biāo)應(yīng)用有很多，在電機(jī)領(lǐng)域，常見的如大家電電機(jī)，包括洗衣機(jī)電機(jī)，冰箱壓縮機(jī)和空調(diào)外機(jī)等都可以通過 56F81xxx 系列進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；在工業(yè)電機(jī)領(lǐng)域，很多工業(yè)步進(jìn)和伺服電機(jī)都可以通過 56F81xxx 系列進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；一些常見的水 / 油泵、電動(dòng)工具和風(fēng)機(jī)等也可以通過 56F81xxx 系列進(jìn)行控制；常見的電機(jī)類型涵蓋了 BLDC 電機(jī)、永磁同步電機(jī)、交流異步電機(jī)和磁阻電機(jī)等等，其 100MHz 的主頻以及 DSP 內(nèi)核的強(qiáng)大性能可完美支持方波控制、正弦波控制、無感控制等常見控制算法。
在電源領(lǐng)域，56F81xxx 系列可廣泛應(yīng)用在多種電源應(yīng)用中，常見的如服務(wù)器電源、通信 4G/5G 電源、充電樁、車載充電器、各種類型的太陽能逆變器、UPS 等應(yīng)用；其 100MHz 的主頻和高精度 PWM 脈沖可完美支持多種多樣的一次側(cè)和二次側(cè)應(yīng)用；DSC 控制器的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是可以實(shí)現(xiàn)靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，高性能 DSC 可靈活支持客戶所需的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
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56F81xxx 系列典型應(yīng)用
集成運(yùn)放
如前文所述，56F81xxx 系列是第一個(gè)集成了運(yùn)算放大器的 DSC 產(chǎn)品。參考 56F81xxx 系列數(shù)據(jù)手冊(cè)可以看到，該運(yùn)放支持最大 8MHz 的增益帶寬，典型條件下的輸入偏置僅為 1.5mV，可以說滿足了大部分電機(jī)和電源應(yīng)用中的電壓和電流采樣需求，因此，用戶可以通過集成運(yùn)放來代替目前 PCB 上的分立運(yùn)放芯片，降低 BOM 成本。
此外，集成運(yùn)放還支持低功耗模式，當(dāng)運(yùn)放不需要高速運(yùn)行時(shí)，可以將運(yùn)放配置在低功耗模式來節(jié)省功耗，低功耗模式下運(yùn)放僅消耗 0.1mA 的電流。
此外，集成運(yùn)放也支持多種工作模式，在外部增益模式下，運(yùn)放在芯片內(nèi)部處于開環(huán)模式，外圍電路需要用戶自己來搭建，該模式的優(yōu)勢(shì)是用戶可以靈活的實(shí)現(xiàn)各種增益和各種拓?fù)涞倪\(yùn)放電路，缺點(diǎn)是比較費(fèi)管腳。
在 PGA 模式下，運(yùn)放的內(nèi)部增益電路被啟用，可配置成為 2/4/8/16 倍增益，該模式的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省管腳，輸入僅需一個(gè)引腳，缺點(diǎn)是不夠靈活。
此外，集成運(yùn)放也支持電壓跟隨模式，可應(yīng)用于一些板載電壓隔離需求。
用戶可根據(jù)自己應(yīng)用的實(shí)際情況來選擇需要采用的運(yùn)放模式。
集成運(yùn)放工作模式
安全加密子模塊
56F81xxx 系列也是第一個(gè)集成了安全加密子模塊 DSASS 的 DSC 產(chǎn)品，該安全加密子模塊集成了常見數(shù)字簽名應(yīng)用中所需的硬件模塊，包括硬件哈希，硬件橢圓曲線加密（ECC）以及真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器（TRNG），通過這些硬件加密模塊可以有效地在應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全驗(yàn)證，常見的應(yīng)用包括數(shù)字簽名、安全啟動(dòng)以及安全固件升級(jí)等。
下圖所示是一個(gè)常見的數(shù)字簽名和驗(yàn)證的流程，一般情況下，關(guān)鍵數(shù)據(jù)在簽名方通過哈希運(yùn)算來提取摘要，然后通過加密算法和私鑰生成簽名，在驗(yàn)證方通過公鑰和加密算法進(jìn)行驗(yàn)證，并通過解哈希運(yùn)算對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。56F81xxx 系列通過 DSASS 模塊既可以作為簽名方加密引擎，也可作為驗(yàn)證方加密引擎。
該加密模塊可通過調(diào)用 ROM API 來使用，具體信息需參考模塊參考手冊(cè)。
典型數(shù)字簽名流程
開發(fā)工具
在開發(fā)板方面，56F81xxx 系列與 56F83xxx 系列一致，也采用了雙開發(fā)板配置，即低壓板 MC56F81000-EVK 和高壓板 HVP-56F81768。
其中，MC56F81000-EVK 自帶 OpenSDA 板載調(diào)試器，用戶僅需要一臺(tái) PC 和 USB 線即可調(diào)試板子。該 EVK 板可與 FRDM 系列 BLDC 或者 PMSM 的電機(jī)驅(qū)動(dòng)板進(jìn)行搭配使用，來進(jìn)行電機(jī)控制的原型設(shè)計(jì)。
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MC56F81000-EVK 開發(fā)板和配套硬件
HVP-56F81768 控制子卡可以與 HVP 高壓驅(qū)動(dòng)板配合使用，對(duì)高壓應(yīng)用進(jìn)行原型設(shè)計(jì)，可支持 PMSM、BLDC 和 ACIM 電機(jī)控制和 PFC 等原型設(shè)計(jì)。
同時(shí)，56F81 系列也是第一個(gè)獲得 MCUXpresso SDK 和 Config tools 工具支持的 DSC 產(chǎn)品。其中 SDK 采用了多層次設(shè)計(jì)，最底層包括低層驅(qū)動(dòng)和外設(shè)驅(qū)動(dòng)模塊，中間為協(xié)議棧和 Middleware 和 EVK 板支持，最上層為應(yīng)用層代碼和樣例。對(duì)于 56F81 系列，SDK 支持的開發(fā)板為 MC56F81000-EVK。
Middleware 包含了豐富的中間件模塊，包括電機(jī)和電源算法庫，F(xiàn)reeMaster 調(diào)用 API，功能安全庫，以及協(xié)議棧等。
Config tools 則支持圖形化配置時(shí)鐘、管腳分配、系統(tǒng)配置和外設(shè)配置的功能，通過 Config tools 工具可快速直觀的完成系統(tǒng)配置并生成初始化代碼，便于用戶快速上手。
此外，對(duì)于 56F81 系列 NXP 也提供了典型應(yīng)用的參考設(shè)計(jì)，并提供完整的應(yīng)用筆記和參考代碼，具體請(qǐng)參考 “圖騰柱無橋 PFC 設(shè)計(jì)” 和 “LLC 諧振轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)”。
