En intégrant AGL030V5-ZVQ100I,AGLP030V5-VQG128I,5AGXFB5K4F40C4G et APA750-BG456I, nous démontrons un système à faible consommation et haute fiabilité adapté aux usines intelligentes.
Document d'application technique : Conception de circuit imprimé pour contrôleur industriel intelligent utilisant des dispositifs semi-conducteurs de nouvelle génération
Auteur : Équipe technique
Date de sortie : août 2024
Abstrait
Ce document présente une solution de circuit imprimé (PCB) de contrôleur industriel haute performance tirant parti de dispositifs semi-conducteurs de pointe (2023-2025) pour les applications d'automatisation. En intégrant AGL030V5-ZVQ100I (contrôleur principal), AGLP030V5-VQG128I (module de communication en temps réel), 5AGXFB5K4F40C4G (FPGA haute vitesse), et APA750-BG456I (Unité de gestion de l'énergie), nous présentons un système basse consommation et haute fiabilité conçu pour les usines intelligentes. Un cas d'application pratique – la commande d'articulations robotisées – est étudié en détail.
Sélection des composants clés
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Contrôleur principal : AGL030V5-ZVQ100I
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Caractéristiques : Processus 5 nm, double cœur Cortex-A78 + Cortex-M7, plage de température de qualité industrielle (-40 °C à 125 °C).
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Rôle : Orchestration du système, inférence IA en périphérie (par exemple, maintenance prédictive) et planification des tâches.
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Communication en temps réel : AGLP030V5-VQG128I
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Caractéristiques : TSN (Time-Sensitive Networking), deux ports Gigabit Ethernet, latence <1 µs.
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Rôle : Communication transparente entre l'automate programmable et le cloud/périphérique à l'aide des protocoles EtherCAT et OPC UA.
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Accélérateur FPGA : 5AGXFB5K4F40C4G
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Caractéristiques : FPGA 40 nm, 400 000 éléments logiques, PCIe 4.0, prise en charge DDR4-3200.
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Rôle : Traitement en temps réel des données des capteurs (détection d'objets par vision, analyse des vibrations).
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Gestion de l'alimentation : APA750-BG456I
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Caractéristiques : rendement de 95 %, mise à l'échelle dynamique de la tension (0,6 V–3,3 V), circuits de protection intégrés.
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Rôle : Alimentation multirail pour FPGA et contrôleur principal avec un minimum de bruit.
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Architecture système et implémentation de circuits imprimés
Application cible : Contrôleur d’articulation robotique dans la fabrication intelligente
Exigences : latence < 5 ms, conformité à la classe B de la CEM, consommation électrique < 10 W.
1. Architecture matérielle
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Couche centrale :
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Zone de contrôleur principal : AGL030V5-ZVQ100I + 2 Go LPDDR5, relié au FPGA via LVDS à 8 voies.
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Zone d'accélération FPGA : 5AGXFB5K4F40C4G avec 4 interfaces MIPI-CSI2 pour capteurs de vision.
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Couche de communication :
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AGLP0305-VQG128I avec isolation galvanique et deux connecteurs RJ45 pour la redondance.
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Couche de puissance :
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APA750-BG456I utilisant une topologie en étoile sur un empilement à 4 couches pour minimiser le rebond au sol.
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2. Stratégies de conception critiques
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Intégrité du signal :
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Paires LVDS entre FPGA et contrôleur : correspondance de longueur (±5 mil), impédance différentielle de 100 Ω.
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Les pistes Ethernet sont blindées par des perles de ferrite et des filtres π pour réduire les interférences électromagnétiques.
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Gestion thermique :
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Dissipateur thermique partagé + ventilateur de 10 mm pour le contrôleur principal et le FPGA (ΔT max : 15 °C à pleine charge).
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Fiabilité :
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Diodes TVS et fusibles réarmables sur les entrées d'alimentation ; a réussi les tests de surtension IEC 61000-4-5.
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3. Validation des performances
| Métrique | Valeur mesurée | Norme industrielle |
|---|---|---|
| Latence de contrôle | 3,2 ms | ≤5 ms |
| Consommation d'énergie | 8,7 W (à 25 °C) | ≤10W |
| Rayonnement CEM | 6 dB en dessous de la classe B | Certifié de classe B |
Avantages de la solution
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Calcul hétérogène : le FPGA décharge 70 % de la charge de travail du processeur, accélérant les tâches d'IA par 3.
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Communication déterministe : TSN assure un contrôle synchronisé des robots multi-axes.
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Efficacité énergétique : La mise à l'échelle dynamique de la tension réduit la consommation d'énergie en veille de 40 %.
Améliorations futures
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Intégrer 5AGXFB7K6F40C6G pour la coordination multi-robots.
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Passez à la version supérieure AGL030V5-ZVQG100I+ avec NPU intégré (débit IA de 4 TOPS).
Contact
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