标签：知识点 面试题 FPGA 芯片 总线 控制器 DSP IGBT 集锦
FPGA适合做什么?
1.通信上整个物理层的实现，信源编译码、调制解调、信道编译码、同步、信道估计、信道均衡；
2.图像处理，图像算法加速，几个G大小的图像处理；
3.定制化IP设计；
4.ASIC芯片原型验证，在FPGA验证好了再去流片；
5.RISC-V精简指令操作系统；
6.雷达信号处理；
8.高速接口，PCIE、RapidIO、JESD204B等；
9.互联网等企业的存储、云等计算加速，金融行业的算法加速；
去Git上找，航天上的应用能放Git上嘛？
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FPGA 在电力电子中的应用有哪些？
FPGA 在电力电子中的应用有哪些？
1、PWM脉冲发波
PWM脉宽调制技术，大家都不陌生了，无论电机控制、开关电源、UPS等都会用到。
目前大家最熟悉的应该是TI的C2000 系列DSP。通过配置DSP的EVA和EVB事件管理器就可以发出PWM波。然而，对于一些特殊的脉宽调制技术例如DPWM，有些器件可能难以胜任。正因为如此，TI C2000的PWM输出也在不断优化，从早期的EPWM type0优化到目前最新的type4[1]，通过不断改进，使得PWM发波更加灵活，
另外，对于有些多电平应用，例如五电平、级联H桥，MMC等拓扑，单个DSP能够输出的PWM数量有限。针对以上这些问题，FPGA就可以派上用场了，FPGA可以输出任意你想输出的波形，因为DSP的所有寄存器对于FPGA来说都可以通过硬件实现，数量也无限制（当然你的FPGA 输出引脚要足够多）。
2、A/D采样控制
在电力电子控制器开发过程中，AD芯片作为搭接模拟和数字的桥梁，其性能的好坏，将直接影响整个系统的性能。对于一些成本控制较高的应用，例如通用变频器，一般采用DSP的片内AD就够了。而对于有些性能要求较高的应用，例如伺服，一般需要更高的采样精度和带宽。而对于源滤波补偿装置，为了达到较好的补偿效果，往往需要多通道同步采样。
以上这些特殊需求，DSP片内AD可能会受到一定的限制。这时候通过FPGA外扩AD芯片就会方便很多，根据AD芯片通道数，可以配置一片或多片，这些芯片一般集成了SPI或并行总线接口，通过FPGA控制AD时序，DSP可以专心负责控制算法。
当然如果你有特殊的数字滤波算法需求，FPGA就更不用说了。
3、背板总线通信
对于有些大功率变流装置，例如风电变流器、中高压变频器等，控制器一般采用3U或6U机箱结构，机箱集成了处理器板卡、IO板卡、AD/DA采集板、通信板卡等等。这些板卡之间一般通过背板总线方式通信，由于电力电子应用并不需要类似交换机那种高带宽和吞吐率的通信需求，因此各家都会定义自己的总线通信方式，例如采用DSP的Xintf并行接口就可以访问各个板卡了。如果考虑做的更紧凑些，也可以采用串行总线，类似SPI。这时候采用FPGA作为接口协议芯片就非常灵活，可以解决各板卡芯片之间的接口时序不匹配问题。
在这里借用一张日本MyWay公司的产品图片，PE-Expert4，主要是因为这个机箱还有板卡设计的很漂亮。这是一款电力电子开发平台，主要用在实验室验证算法，相信后面的背板总线也采用了FPGA。
4、接口扩展
在控制器开发过程中，如果DSP或ARM的输出IO口不够用的时候，FPGA可以很好的解决这个问题。Lattice就有相应的案例，通过SPI和原有MCU进行SPI通信，可以拓展16个IO口，这些IO口可以配置为输入或输出，还可以产生中断，非常方便。
除了普通的IO拓展外，FPGA还可以轻松的实现对外通信，通过FPGA可以实现任意多路UART，SPI，I2C总线，轻松的实现板级芯片的访问。另外，一般专用的现场总线ASIC芯片配有SPI接口或并行总线接口（Intel时序或motorola时序），通过FPGA访问这些ASIC即可实现各种现场总线。当然，你有能力也可把这些协议做进去，类似瑞典HMS把各种总线协议做进了自己的芯片内，非常方便。
5、先进控制理论
现代控制理论技术的发展，对电力电子技术的推动起着很重要的作用。例如最优控制，神经网络，模型预测控制等。这些控制理论往往需要的运算量较大，例如，模型预测控制(model predictive control，MPC) 通过构建多目标优化函数，对变换器的有限开关组合对应的系统未来状态进行评判，选择使目标函数值最小的开关组合作为下一个开关周期的开关状态，吸引了众多学者对其在电力传动领域的研究[2-3]。
但模型预测控制每个控制周期里需对系统所有可能的未来状态进行计算和评判，计算量庞大，如何减少计算量是目前模型预测控制研究的热点。这时候FPGA又可以大显身手了，只要你的逻辑门足够多，采用“速度换面积”的思想，FPGA就可以在一个时钟周期做完你所有的事情，咱就是这么牛。
6、中高压IGBT驱动
IGBT驱动电路作为大容量电力电子装置功率回路和控制电路之间的接口，其性能的好坏对IGBT的工作特性有很大的影响。传统的门极驱动采用固定门极电阻方式实现IGBT的开关控制，无法在电压、电流尖峰，器件损耗，开关延时，EMI等取得较好的折中。
近些年来，基于可编程器件FPGA或CPLD的数字型门极驱动正在逐渐被认可，并成功应用中高压领域，数字型门极驱动的主要特点分别为：主动门极控制和监控诊断功能[4]。主动门极控制是根据工作运行环境和工况，对 IGBT 开关过程进行主动精细化最优控制的一种方法，其基本思路是把 IGBT 开通过程和关断过程分别划分为几个不同的阶段，针对某一问题只需对相应的阶段进行独立的门极调控，对其他参数产生很小的（甚至不产生）负面影响。监控诊断功能是对IGBT运行中的关键参数进行监测。当IGBT发生突发故障时，可以根据具体的参数实现故障的区分和定位。针对IGBT在运行中出现了的老化问题，通过对IGBT运行中的关键参数进行处理分析，实现IGBT的故障预测及健康管理。
目前采用数字型门极驱动厂家主要有中国Firstack，英国Amantys，德国Inpower，美国Agileswitch，感兴趣的可以自己去查看。
7、硬件在环（Hardware-in-Loop, HIL）仿真
目前，对于电力电子控制器的开发，基于模型的开发方式（Model based development）越来越成为主流。而在这个开发模式中，硬件在环仿真测试（Hardware-in-loop，HIL）是一种典型的测试方法。硬件在环仿真，是将真的控制器连接假的被控对象（用实时仿真硬件来模拟），以一种高效、低成本的方式对控制器进行全面测试。为了提高仿真精度，需要模型尽可能的逼近真实物体，同时对模型的响应速度也有一定的要求，FPGA凭借着自身的并行处理能力，可以较好的胜任该工作。
举个例子：在电机驱动领域，可以在FPGA建立一个虚拟的逆变器模型和电机模型，与真实控制器连接后实时仿真，可以快速验证电机控制器的开发，只要你的模型足够准确，就可以骗过控制器，节省了硬件成本，同时也避免了由于操作不当造成的炸机风险。
8、高速电机控制
对于高带宽的电机控制应用，各个FPGA厂商也有配套的方案，例如Microsemi公司给出的用永磁同步电机Sensorless FOC方案，将FOC的各个模块做成IP核，供客户使用，环路的带宽在1us，器件的开关频率可达500kHz。
好了，今天就给大家分享到这里吧！总之，FPGA是非常灵活的，只要是处理数字信号的芯片，无论你是MCU、DSP、ARM或ASIC，它都可以胜任，而且速度还非常快。FPGA在电力电子中的应用虽不及人工智能、大数据看上去那么高大上，但也起着非常关键的作用，真正把FPGA用好也不太容易，让我们一起努力吧！
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标签：知识点,面试题,FPGA,芯片,总线,控制器,DSP,IGBT,集锦 来源： https://www.cnblogs.com/IClance/p/14941811.html
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