立功科技基于恩智浦i.MX RT 118 x打造的TSN/EtherCAT关节电机方案

JMD301是 恩智浦 半导体与 立功科技 合作开发，基于 i.MX RT118x 打造的一套 TSN / EtherCAT 通信 关节电机 方案，采用100Base-T1的PHY，仅1对差分线，无需网络变压器，有助于提升系统抗干扰能力，体积更小，可实现微秒级低延时响应与高带宽数据传输，提供 TSN / EtherCAT 组网能力。

该方案驱动采用第三代半导体氮化镓芯片，耐高温特性出色，更带来了较高的功率密度，提供高达500W的额定功率、2kW的峰值功率输出。采用21位高精度多圈绝对值编码器，结合霍尔传感，实现绝对位置的精准感知与记忆。电源与通信采用高可靠抗震自锁端子与专用集成线束，尺寸更小，重量更轻，带自锁与软链接，无惧机器人极端运动工况。

最终，该系统可深度融合位置、速度、力矩、力位混合控制，提供稳定、精准且响应迅捷的全闭环运动控制体验。

主控 i.MX RT118x 芯片介绍

高性能Arm双核系统

双核架构，搭载800MHz Arm Cortex-M7和240MHz Cortex-M33，实现设计的灵活性。内置1.5M高速SRAM。

先进且灵活的以太网系统

1个独立的带 TSN 的千兆以太网接口；

多达5端口 (4+1) TSN交换机，带1Gbps TSN MAC；

EtherCAT 设备控制器 (2个端口)；

实时工业以太网协议，如Profinet、Ethernet/IP、EtherCAT、HSR。

高性能模拟外设

2个16位双通道SAR ADC，3.5M，30通道；每个ADC可以同时进行2次转换；

3个SINC滤波器 (4通道)，用于连接外部sigma-delta ADC。

丰富外设

支持多种存储接口，如SDRAM、NOR/NAND FLASH、 eMMC5.1、SD3.0等；

支持2路USB、多路CAN FD、UART、SPI、I2C等通用外设接口。

电源

内置PMIC电源管理控制器，集成多路LDO与DC-DC，简化单路外围电源设计。

安全

EdgeLock安全飞地：安全启动，TRNG，RSA4096，篡改检测，密钥存储。

支持TSN/EtherCAT高速通信

支持TSN (时间敏感网络) 交换机星型/环形组网，自定义通信协议，采用gPTP全网时钟同步，同步精度<100ns，支持位置控制模式、速度控制模式、力矩控制模式以及运控模式；

支持EtherCAT线型菊花链组网，采用CiA402协议，采用分布式时钟同步，同步精度<100ns，支持周期同步位置模式 (CSP)，周期同步速度模式 (CSV)，周期同步转矩模式 (CST) 以及运控模式。

TSN灵活组网 有效提高带宽利用率

TSN网络架构下，支持数据按优先级传输，实现实时以太网（关节等高实时性要求数据）和标准以太网（摄像头、传感器等大流量、低实时性要求数据）在同一网络中进行数据传输。

高扩展性：以太网与车载以太网支持，支持多种线束接口与上下游设备对接；

布线简单：关节、灵巧手、传感器数据等融合入一个网络拓扑传输，大幅简化机器人内部线束；

高实时性：gPTP亚微秒级时钟同步，支持多执行器时序同步；

流量门控：流量优先级管理和门控，满足运动控制实时通信需求。

采用100BASE-T1 PHY

处理器采用i.MX118x作为核心，采用车载以太网100Base-T1 PHY，硬件兼容TSN与EtherCAT通信，通信速率100Mbit/s，实现微秒级的响应，低延时与高带宽。

FOC控制、氮化镓驱动 提升功率密度与高温耐受能力

采用FOC驱动算法，采用第三代半导体氮化镓芯片为驱动单元，芯片150V耐压、3.9mΩ低导通电阻，VQFN紧凑型封装，拥有高频、高效率、耐高温及高功率密度等特点；载波频率100KHz，DC 24-48V电源输入，额定电流20A，峰值电流50A，额定功率500W，峰值功率2KW。

对比传统硅基功率器件，氮化镓驱动带来多重硬核提升：

高温耐受能力：器件工作温度可达150°C，面对500W额定、2kW峰值大功率瞬时爆发工况，耐受高温冲击，长时间重载运行稳定性更强，降低过热失效风险；

高频低损耗：超高开关频率，开关损耗大幅降低，配合FOC算法，进一步压低转矩纹波，同时减少功率器件自身发热；

提升功率密度：芯片体积小巧，在紧凑的关节内部空间，就可以承载大电流输出，高度匹配机器人关节轻量化集成需求；

高可靠硬件基底：消除寄生体二极管反向恢复特性，死区时间更短，为FOC精密控制提供扎实的功率硬件底座，支撑电机稳定输出2kW峰值功率。

主题：电源|MXRT118x打造