为什么推荐数字电源和电机控制项目要选择第三代C2000 MCU？
德州仪器C2000实时控制系列产品即将新添F28003X成员，F28003X比F28002X/F28004X提供更高的运算性能以及更大的FLASH空间。日前，德州仪器嵌入式现场应用工程师Dean在EEWORLD直播间，详细介绍了F28003X的特性及其应用。
从第三代C2000说起
C2000微控制器是专为实时控制而设计的微控制器，主要应用领域有两大方面，包括数字电源控制(比如太阳能风能的电源控制，通信和服务器电源),以及电机类控制（家电类的电子产品：空调、冰箱、洗衣机、无人机、电动车、水泵等等，工业类伺服驱动器：如工业机器人、伺服驱动器、变频器等等。）此外，由于其具有车规级认证要求，因此也适合诸多汽车上的应用，包括电源类控制以及电机类控制等。
Dean表示，C2000产品家族迄今为止供货已长达25年之久，广泛应用于包括工业及汽车等领域。具有实时性能好，可靠性高，高集成度，产品种类丰富，统一且简单的开发环境，完善的电机控制及数字电源管理软件库，软件兼容且部分型号的Pin 2 Pin硬件完全兼容，并且由多家Fab进行生产，从而确保供货的稳定性。除此之外，TI还提供了一系列的参考demo，方便客户前期的参考设计及调试。
作为信号链领域的主要供应商，除了模拟之外，C2000也实现了完整的控制信号链概念。包括信号的采集、处理、计算以及最后的PWM输出。
如图所示，C2000产品家族在感应、处理、控制及接口方面，还是颇具特色的。
首先针对信号采集外设，C200可支持高达24通道的12位/16位ADC，全功能的比较器——实现过流或过热保护及数字电源的峰值电流控制等，正交编码和捕获逻辑实现对脉冲信号的捕获等。
在信号处理方面，C2000集成了C28浮点DSP内核，并且支持多核架构，最高可达925 MIPs处理能力。
在PWM控制上，C2000最多可支持32通道的高灵活性高精度的PWM，最高控制精度为150皮秒。而且PWM与模拟外设是紧耦合的，比如比较器检测到过流保护就可以实现快速关断。
在接口方面，C2000集成了各种标准的通信接口，包括CAN、CAN-FD、LIN等，此外还支持FSI高速串行总线。
而在创新性方面，C2000的CLB（可配置逻辑块）模块可以替代现有的FPGA方案，或者增强现有的外设功能。
CLB 将一个经优化的高速可编程逻辑集成到 C2000 MCU 等实时控制器中，为增强型脉宽调制器 (PWM)、增强型捕捉、增强型正交编码器和通用 I/O 等关键外设提供智能的信号输入/输出 (I/O) 路由功能，最终成为具有系统级差异化特性的增强版知识产权 (IP) 模块。
CLB 工具单元块的示例
如图中所示，CLB 工具包括两个、四个或八个逻辑块，每个逻辑块内是一整套经优化的可编程逻辑单元。
如今，C2000已经发展到第三代，采用了65nm工艺节点，相比上一代180nm，在性能、功耗、成本等方面都有了极大进步。与此同时，TI也在规划第四代C2000系列，将内置C29 DSP内核，将实时处理性能提高2至3倍。
如图所示，C2000系列拥有丰富的产品线，按照不同的Flash、处理器，涵盖高中低端的不同应用。
C2000F28003X特性一览
C2000F28003X包括一个120MHz主频的32/64位C28 浮点DSP以及一个120MHz主频的CLA，处理能力达240 MIPs。此外，还包含经过指令优化的TMU、VCU等等运算单元，可以快速响应，从而达到高实时性。
其中，CLA(Control Law Accelerator)控制率加速器是一个独立可编程的32位浮点数字处理单元，为快速触发响应及数学运算而设计。CLA独立于C28x CPU工作，时钟频率与CPU相同，可执行算法以及周期性的计算工作。通过增加平行的处理单元CLA，拓展了C28x CPU的性能。当前C2000系列产品共有3种类型的CLA，不同的C2000型号对应不同的CLA类型， 各类型的差别及对应的C2000器件型号详情如图所示。Type 2型的CLA可直接读取ADC 结果寄存器，极大减小ADC采样至输出的延时，提高系统的响应并允许系统以更高的频率运行；并且可直接操作所有的Epwm，HRPWM，eCAP，eQEP，CMPSS，DACSDFM，PGA，SPI，LIN，FSI，PMBUS，CLB和GPIO数据寄存器；CLA可独立地响应外设中断。利用CLA执行一些周期性任务可以解放CPU，使其工作于其他系统任务。
不同的芯片与不同的CLA内核
C2000F28003X还集成了三个独立的、总计384kB的Flash bank，以及69kB RAM。16个PWM通道，其中8个为高分辨率。
模拟外设则包括了三个具有后处理和预置操作的4MSPS的12位ADC、8个Σ-δ解调通道、8个窗口比较器以及2个12位DAC。
在通信接口方面，C2000F28003X特别支持CAN-FD和FSI，通过高速率总线实现实时响应。
此外，C2000F28003X符合ASIL-B或者SIL2等级的功能安全要求，硬件内置的自检功能可检测出90%的CPU永久性故障。
为了进一步降低延时，C2000系列优化了外设与存储之间的信息交互延时，同时trip-trigger电路可以快速关断PWM。
在应用方面，Dean以TIDA 0100621kW、80 Plus Titanium、GaN CCM 图腾柱无桥 PFC 和半桥 LLC 参考设计为例，该方案包括一个前端连续导通模式 (CCM) 图腾柱无桥功率因数校正 (PFC) 功率级。PFC 功率级采用带有集成驱动器的 LMG341x GaN FET，可在较宽的负载范围内实现高效率，并且符合 80 plus titanium 要求。该设计还支持半桥 LLC 隔离式直流/直流级，以便在 1kW 功率下获得 +12V 直流输出。 两个控制卡使用C2000 Piccolo 微控制器来控制两个功率级。
TI的LMG341X是一款具有集成驱动器和逐周期过流保护功能的 600V 150mΩ GaN，相比硅MOS而言，具有较低的输入和输出电容，通过零反向恢复降低80%的开关损耗，并且降低EMI。C2000系列的高精度PWM输出和灵活的ADC模块，以及高性能的浮点运算CPU和支持三角函数运算的TMU，十分适合GAN材料的高频开关控制。
如图，C2000F28003X系列拥有丰富的产品组合，以满足客户的不同需求。
而通过对比其他第三代产品，C2000F28003X是唯一支持CAN-FD，并且具有更大的Flash，更高的主频。而为了方便客户在C2000系列进行产品迁移，TI也推出了相应的文档。有些移植简单，有些因为pin脚或者功能等问题，移植相对复杂。
此外，C2000F28003X还集成了EPG（嵌入式码型发生器），这是一个可定制的Pattern和时钟发生器，可用于多种测试和应用场景。除了生成简单的Pattern和时钟之外，EPG模块还可用于PWM生成器，时钟发生器或者通信外设，比如SPI控制器等，但都是简单模式。
便捷的开发环境
C2000系列MCU尽管历史悠久，但是为了面对新生代工程师，降低开发门槛，也在不断进行着开发生态系统的升级。
包括样片申请、评估板、各种资料齐全的文档、配套开发环境、电机控制SDK以及数字电源SDK。
C2000 Academy是TI提供的最全面的处理器学习资源，里面涵盖了丰富的示例及驱动库。
同时，TI也提供了SysConfig图形化开发软件。而针对C2000F28003X新增的EPG和CAN-FD，也有相关的参考手册。
TI的功能安全合规型产品、文档、软件以及知识渊博的专家提供的支持，可简化和加快 ISO 26262、IEC 61508 和 IEC 60730 认证流程。具体包括：片上诊断功能，集成了旨在实现功能安全的子系统。具有经 TÜV SÜD 认证的功能安全开发流程的完善文档。
总而言之，在工业和汽车上的广泛应用，证明了C2000系列产品拥有着其他架构无可比拟的实时性及高可靠性，面对数字电源和电机控制的复杂性不断提高，选择性能更高的更具性价比的C2000系列产品，会是个不错的选择。
