然而，仅凭数据手册或仿真结果来配置这些复杂的集成电路并评估系统的潜在性能极具挑战性。该过程可能耗时耗力，并且会在实施过程中引入不确定性。最佳方法是使用评估板，在系统设计、布局和软件开发阶段并行开展开发工作。.
本文重点介绍了设计人员在使用运动控制集成电路时面临的一些挑战，以及评估板在应对这些挑战中的作用。随后，文章展示了ADI公司提供的典型集成电路及其配套评估板，这些产品能够实现早期、真实的评估，从而缩短产品上市时间，同时降低硬件和软件方面的不确定性。.
运动控制集成电路要求概述：
运动控制集成电路提供控制电机及其内部功率器件（例如驱动电机绕组的 MOSFET）所需的智能。电机和 MOSFET 都需要精细管理，才能在静态和动态运行模式以及各种负载条件下实现最佳性能、路径、运动曲线和效率，并能应对干扰、瞬态和故障。
为了应对这些挑战，集成电路 (IC) 控制器供应商提供评估板。这些评估板支持在各种条件下使用真实电机和负载进行硬件在环测试 (HITL)，从而简化了硬件和软件的配置、优化和性能评估。它们还能确保 IC 及其周围电路的物理布局在电源分配、寄生效应、连接方式和输入/输出 (I/O) 格式、物理连接器等方面都得到正确设置。这些评估板有中端板、基本型跳线板 (BOB) 和模块化解决方案等多种形式，使设计人员能够评估不同的设置、配置和选项，从而确定最适合应用的方案。.
电机控制集成电路及相关电路板
TMC5130 系列中的TMC5130A-TA-T就是一个很好的电机控制集成电路示例。这是一款高性能步进电机驱动器和控制器，具有串行通信接口，并包含一个用于自动目标定位的灵活斜坡发生器。
该驱动器采用先进的StealthChop斩波算法，确保近乎静音运行、最高效率和最佳电机扭矩。TMC5130将驱动器和控制器集成到片上系统(SoC)中，从而实现了多项独特的改进。例如，TMC5130的SixPoint斜坡发生器利用DcStep、CoolStep和StallGuard2功能自动优化每个电机运动。
为了帮助设计人员快速上手TMC5130， TMC5130-EVAL评估板系统（图1）提供了一个便捷的硬件平台和易于使用的评估软件工具。该板系统由三部分组成：主板到计算机的连接桥（左）、包含多个测试点的连接器板（中）和 TMC5130-EVAL 板（右）。
图 1：TMC5130-EVAL 评估板（右）和电机负载（最右）通过 USB 跳线连接到 PC（左）和带有测试点的连接器板（中）。（图片来源：Analog Devices）
对于希望围绕基于 TMC5130 的核心开发更多自定义电路的设计人员，Analog Devices 提供了 TMC5130A-BOB （上图 2）。该分线板提供运行所需的基本互连，并通过 SPI 接口进行控制。其原理图（下图 2）展示了为实现 TMC5130 IC 功能而提供的极简电路。
图 2：TMC5130A-BOB（上图）提供了一种基本的评估方法，其连接点位于边缘而非独立的连接器上；其原理图（下图）显示了实现功能性 TMC5130 IC 所需的最小电路。（图片来源：Analog Devices）
TMC5240-EVAL评估套件基于成熟的 TMC5130-EVAL 平台，旨在优化下一代步进电机的评估，集成了 36V H 桥、无损电流检测和先进的运动控制，以及经过加加速度优化的斜坡发生器和超静音的 StealthChop2™ 运行，从而能够更快地进行调试、更轻松地进行调整，并更有效地验证平稳、精确的电机性能。
先进的控制技术无需反馈传感器。
磁场定向控制 (FOC)，也称为矢量控制，是一种日益普及的电机控制方法，因为它在许多情况下无需使用编码器或霍尔效应传感器等反馈传感器，从而节省了相关成本和体积。FOC 与非 FOC 技术的主要区别在于，FOC 需要高精度计算和矩阵运算，并且必须实时执行。Analog
TMC4671 -LA电机驱动 IC专为 FOC 设计，内置算法，并配备专用电机来执行复杂的计算。这款适用于直流电机、无刷直流电机 (BLDC) 和步进电机的伺服控制器，可通过 FOC 实现扭矩控制，并通过级联控制实现速度和位置控制。
TMC4671-A 支持 SPI 和 UART 接口，可与低端监控微控制器 (MCU) 进行基本通信。所有控制功能均采用硬件实现，集成了模数转换器 (ADC)、用于可选反馈的位置传感器接口、位置插值器等，可为各种伺服应用提供功能齐全的伺服控制器。.
TMC4671-EVAL评估板（图 3）适用于 TMC4671-A，简化了必要的 FOC 参数配置以及在此先进控制方案下电机性能的评估。设计人员只需将 TMC4671-EVAL 通过跳线、配套底板和独立的功率级连接即可。这种配置便于设置比例积分 (PI) 控制器和反馈方案，并支持电机在标准位置、速度和转矩控制模式下运行。
图 3：TMC4671-EVAL 板具有两排信号输入/输出和电源连接器。（图片来源：Analog Devices，作者修改）
TMC4671-EVAL 板顶部的引脚连接器用于连接数字编码器、数字霍尔效应传感器信号和参考开关。板底部的引脚连接器用于连接模拟霍尔效应传感器信号或正弦/余弦编码器。如果
设计人员希望围绕功能齐全的电机驱动核心构建自己的评估电路，可以使用 TMC4671-BOB 分线板（图 4，上）。该分线板提供用于通信和配置的 SPI 和 UART 接口，以及用于通过电气（欧姆）隔离的USB-2-RTMI_V20适配器（图 4，下）进行实时调试和调优的实时监控接口 (RTMI)。
图 4：TMC4671-BOB（上图）提供对 TMC4671 的直接访问，以及 SPI 和 UART 接口；配套的 USB-2-RTMI_V20 适配器（下图）是一个电气隔离的 USB 接口。（图片来源：Analog Devices）
该适配器提供 USB 接口转换，用于实时监控 FOC TMC4671-LA IC 控制器。这款高速 USB 转 SPI 桥接接口转换器采用 USB 供电，并提供基本的静电放电 (ESD) 保护，以及 USB 和 RTMI 连接器之间的电气隔离，以防止安全问题和接地回路。.
一体化评估套件
最后，在某些情况下，Analog Devices 的完整评估板可直接作为替换产品使用。例如， TMCM-3351-TMCL （图 5，上图）是一款三轴步进电机驱动器/驱动板，适用于三个两相双极步进电机。它包含所有必要的有源和无源元件，包括 MOSFET 功率驱动器和连接器（图 5，下图）。
图 5：TMCM-3351-TMCL 模块的标准信号、电源和 I/O 连接器（上图）简化了安装和使用；该 IC 及其模块可同时驱动三个电机（下图），实现三轴运动控制。（图片来源：Analog Devices）
这款功能齐全的模块支持线性斜坡和S形斜坡，可实现闭环控制，并可选配三个轴的编码器。TMCM-3351-TMCL 还提供多种通用数字和模拟输入/输出接口。通信方面，支持 RS-485 串口、CAN 总线、USB 和 RS-232 接口。.
评估板生产力必备软件工具：
评估板兼容 Trinamic 运动控制语言集成开发环境 (TMCL-IDE)。 该图形用户界面 (GUI) 提供多种工具，方便用户轻松配置参数、可视化实时数据以及开发和调试独立应用程序。
作者：Bill Schweber。由 DigiKey 北美编辑团队提供 。DigiKey
TMCL-IDE 会显示多个用于诊断任务的对话框（图 6），其中包括运动控制器和已连接驱动芯片的概览。首次连接评估套件后，此概览窗口会立即出现。该窗口显示当前连接状态，而对话框的第二个选项卡允许用户选择基本设置或将模块重置为出厂默认设置。.
图 6：TMCL-IDE GUI 与相关评估板配合使用时，可简化各种电机控制集成电路在实际负载下的安装、配置和性能分析。（图片来源：Analog Devices）.
结论：
现代运动控制集成电路及其算法高度复杂，必须在包括精度、可靠性和效率在内的多个电机性能指标上都表现出色。通过使用评估板和配套软件，设计人员可以与其他设计工作并行地对这些控制器进行微调，从而在负载变化和瞬态过程中实现最佳的电机性能。
