Ved at integrere AGL030V5-ZVQ100I, AGLP030V5-VQG128I, 5AGXFB5K4F40C4G og APA750-BG456I demonstrerer vi et lavt strømforbrugende og højpålideligt system, der er skræddersyet til smarte fabrikker.

Teknisk applikationsdokument: PCB-design til smart industriel controller ved hjælp af næste generations halvlederenheder

Forfatter: Teknisk team
Udgivelsesdato: August 2024

---

Abstrakt

Dette dokument præsenterer en højtydende industriel controller-PCB-løsning, der udnytter banebrydende halvlederkomponenter (2023-2025) til automatiseringsapplikationer. Ved at integrere AGL030V5-ZVQ100I (hovedcontroller), AGLP030V5-VQG128I (realtidskommunikationsmodul), 5AGXFB5K4F40C4G (højhastigheds-FPGA) og APA750-BG456I (strømstyringsenhed) demonstrerer vi et lavt strømforbrugende, højpålideligt system, der er skræddersyet til smarte fabrikker. Et praktisk implementeringscase - robotstyring af led - undersøges i detaljer.

---

Valg af nøglekomponent

1. Hovedcontroller: AGL030V5-ZVQ100I

   • Funktioner : 5nm-proces, dual-core Cortex-A78 + Cortex-M7, industrielt temperaturområde (-40°C til 125°C).

   • Rolle : Systemorkestrering, edge AI-inferens (f.eks. prædiktiv vedligeholdelse) og opgaveplanlægning.

2. Realtidskommunikation: AGLP030V5-VQG128I

   • Funktioner : TSN (tidsfølsomt netværk), to Gigabit Ethernet-porte, <1μs latenstid.

   • Rolle : Problemfri PLC-til-cloud/enhedskommunikation ved hjælp af EtherCAT- og OPC UA-protokoller.

3. FPGA-accelerator: 5AGXFB5K4F40C4G

   • Funktioner : 40nm FPGA, 400K logiske elementer, PCIe 4.0, DDR4-3200 understøttelse.

   • Rolle : Databehandling af sensorer i realtid (visionsbaseret objektdetektion, vibrationsanalyse).

4. Strømstyring: APA750-BG456I

   • Funktioner : 95% effektivitet, dynamisk spændingsskalering (0,6V–3,3V), integrerede beskyttelseskredsløb.

   • Rolle : Multi-rail strømforsyning til FPGA og hovedcontroller med minimal støj.

---

Systemarkitektur og PCB-implementering

Målanvendelse : Robotisk ledstyring i smart produktion
Krav : <5ms latenstid, EMC klasse B-overholdelse, <10W strømforbrug.

1. Hardwarearkitektur

• Kernelag :

  • Hovedcontrollerzone : AGL030V5-ZVQ100I + 2 GB LPDDR5, forbundet til FPGA via 8-baners LVDS.

  • FPGA accelerationszone : 5AGXFB5K4F40C4G med 4x MIPI-CSI2-grænseflader til visionssensorer.

• Kommunikationslag :

  • AGLP0305-VQG128I med galvanisk isolation og dobbelte RJ45-stik for redundans.

• Powerlag :

  • APA750-BG456I bruger stjernetopologi på en 4-lags stakup for at minimere jordbounce.

2. Kritiske designstrategier

• Signalintegritet :

  • LVDS-par mellem FPGA og controller: længdematchning (±5mil), 100Ω differentiel impedans.

  • Ethernet-spor afskærmet med ferritperler og π-filtre for EMI-reduktion.

• Termisk styring :

  • Delt varmefordeler + 10 mm blæser til hovedcontroller og FPGA (maks. ΔT: 15°C ved fuld belastning).

• Pålidelighed :

  • TVS-dioder og nulstillelige sikringer på strømindgange; bestået IEC 61000-4-5 overspændingstest.

3. Ydelsesvalidering

Metrisk	Målt værdi	Industristandard
Kontrolforsinkelse	3,2 ms	≤5ms
Strømforbrug	8,7W (@25°C)	≤10W
EMC-stråling	6 dB under Klasse B	Klasse B-certificeret

---

Fordele ved løsningen

1. Heterogen databehandling : FPGA aflaster 70% af CPU-arbejdsbyrden og accelererer AI-opgaver med 3 gange.

2. Deterministisk kommunikation : TSN sikrer synkroniseret flerakset robotstyring.

3. Energieffektivitet : Dynamisk spændingsskalering reducerer tomgangseffekten med 40 %.

---

Fremtidige forbedringer

• Integrere 5AGXFB7K6F40C6G til koordinering mellem flere robotter.

• Opgrader til AGL030V5-ZVQG100I+ med indlejret NPU (4 TOPS AI-gennemstrømning).

---

Kontakte
For tilpasning eller teknisk support: hjælp@hqickey.com .

---

Meddelelse om ophavsret : Dette dokument er beskyttet af ophavsret. Videredistribution kræver skriftlig tilladelse.