高频脉冲电机的研正式立项了。
文件是从自动化控制中心出来的,赵老师牵头,联合西军电、长光所、西安电机厂,组成联合攻关组。
项目名称定得很朴实:《晶振同步高频脉冲电机及其控制系统》。
集成电路实验室接下了控制芯片的设计任务。
谢凯在惊雷项目组,宋颜教授和吴国华又要紧跟昆仑工程。
最终,吕辰与诸葛彪、钱兰组成三人接下了设计任务。
这不是一个通用逻辑芯片能解决的问题。
通用芯片要兼顾各种应用场景,设计时必须做大量妥协。而
高频脉冲电机的控制芯片,要求太具体。
要接收晶振的精确时钟,要产生高频脉冲序列,要接收光栅尺的实时反馈,要实现闭环控制算法,最后还要驱动功率放大级。
每一项要求,都是硬指标。
这不是通用逻辑芯片,需要定制化设计。
吕辰从抽屉里翻出一个新的笔记本,封皮是深蓝色的硬壳纸,内页带着淡淡的方格。
扉页上写着一行字:高频脉冲电机控制芯片设计手记。
第一页,用工整的钢笔字梳理着芯片的功能。
晶振接口,接收来自西军电特制晶振的精确时钟信号,频率稳定性优于o-级别。
分频倍频单元,根据电机转要求,对晶振频率进行分频或倍频,生成基准脉冲。
脉冲生成模块,产生步进脉冲序列,脉冲频率决定电机转,脉冲数量决定步进角度。
反馈处理单元,接收光栅尺的位置反馈信号,与理论位置进行实时比对。
闭环控制算法,根据比对结果,计算误差修正量,调整下一时刻的脉冲输出。
功率驱动接口,将控制信号放大到足够驱动功率管的电平。
保护逻辑,过流、过压、过热情况下的紧急停机。
吕辰看着这些功能和需求,回忆着这段时间和赵老师、秦教授、长光所专家的讨论。
赵老师关心动态响应,电机启动、停止、变的时候,控制信号能不能跟得上?延迟不能过多少微秒?
西军电的专家反复强调“温度稳定性”,晶振再好,温度一变也会漂。
芯片必须能对这个漂移做动态补偿。
长光所的专家更关注“光栅尺接口”,反馈信号怎么处理?是直接读脉冲,还是解码成位置数据?要不要在芯片里集成专用的解码逻辑?
吕辰把这些问题一条一条写在笔记本上。
然后在“反馈处理单元”旁边加了一个括号:“建议集成增量式光栅尺解码逻辑。”
他在“闭环控制算法”旁边又加了一行:“需包含pid控制器的硬件实现,或至少提供pid运算的硬件加。”
他翻到第三页,这里画着第一版芯片功能框图。
时钟输入→分频倍频→脉冲生成→反馈处理→功率驱动接口
他盯着这个框图看了很久,然后在“分频倍频”和“脉冲生成”之间,又加了一个小方框:“温补接口”。
时钟输入,分频倍频,脉冲生成,反馈处理,驱动接口,温补补偿……
这些模块,要集成在一块只有拇指盖大小的芯片里。
线宽五微米,面积不过四十平方毫米,功耗控制在瓦级以内。
吕辰想起前世那些芯片,动辄几亿个晶体管,几十个核心,几百个接口。
而现在,他要在五微米工艺的限制下,用几千个晶体管,实现一个完整的伺服控制系统。
就像一个木匠,手里只有一把锯子和一把刨子,却要造出一座钟表。
坐在对面的诸葛彪眉头皱起来:“温补接口?西军电的晶振到底需要什么样的补偿曲线。还有光栅尺解码,长光所那边给的信号格式,详细文档什么时候到?”