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莱迪思低功耗FPGA助力屡获殊荣的超级高铁(Hyperloop)设计

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Posted 09/30/2021 by David Thomas

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莱迪思最近荣获Business Intelligence Group(BIG)颁发的2021年可持续发展领导奖。在宣布该奖项的新闻稿中,莱迪思的首席执行官Jim Anderson表示:“作为低功耗可编程器件的领先供应商,我们对低功耗和可持续性的投入是公司发展的基石。”对可持续发展的承诺有助于推动低功耗应用的开发,从而以可持续的方式推动市场变革。例如,我最近了解到一个激动人心的新项目,它采用了莱迪思低功耗FPGA技术,由学生主导的设计团队开发,目标是让货物和人员的运输更加环保。

Swissloop 是一个由苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)赞助的学生组织,主要从事Hyperloop技术及其现实应用方面的研究。过去几年里,Swissloop参加了SpaceX Hyperloop竞赛。该团队最新的一项设计在西班牙举行的欧洲超级高铁活动周(European Hyperloop Week)上斩获6项大奖,包括完整车厢和电力系统方面的奖项。
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Swissloop团队

该团队基于自研的线性感应电机开发了一种悬浮的运输舱(他们将其命名为Simon Ammann,纪念这位著名的瑞士跳台滑雪运动员)。设计任务非常复杂,用于整体系统控制的电子系统以及控制传感器和电源管理的子系统需要一个25人的团队花费11个月的时间来开发。

运输舱的电力系统、逆变器控制、电池管理和车辆控制(包括传感器网络)均由自主开发的通用控制板(GCB)实现,该电路板采用了莱迪思低功耗MachXO3™ FPGA和32位ARM Cortex M7微控制器(如下图所示)。针对不同的子系统使用通用的平台可以实现快速高效的代码开发。

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Swissloop GCB配备了MachXO3 FPGA、MCU、各种通用I/O引脚和进行实时数据记录的SD卡插槽

逆变器系统的总视在功率为270 kVA,它作为关键安全组件,需要对控制信号生成、错误处理和MOSFET意外激活(可能导致短路)进行特殊处理。为了解决这项难题,该团队决定使用MachXO3 FPGA聚合来自微控制器和传感器的数据信号,并为逆变器生成控制信号。如此一来,他们用硬件实现了一个6层冗余安全系统,并通过模拟进行了大量测试。结果在整个赛季中,运输仓的电力系统没有出现任何意外故障。

该团队还使用莱迪思FPGA解决了原型阶段遇到的问题。即便使用了适当的屏蔽和差分信号,运输舱的控制信号还是存在电磁干扰问题。于是他们在FPGA中实现了一个信号滤波器,可以忽略信号中的短电平变化,从而解决了这一问题。该方案还有助于Swissloop团队在亚毫秒范围内同步所有MOSFET的开关,以便准确控制系统行为。

看到越来越多的开发人员利用莱迪思FPGA的强大性能和低功耗特性以创新的方式实现更具可持续性的下一代技术,让人倍感振奋。莱迪思始终致力于积极管理其在环境、社会和治理方面的影响,关于这方面的更多信息,请访问https://www.latticesemi.com/About/ESG


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