嵌入式系統正變得越來越複雜，對高效能、高精度和安全性的需求也日益增加。為應對這些挑戰，Microchip Technology 不久前也推出全新dsPIC33A系列數位訊號控制器（DSC），以滿足嵌入式系統日益增長的複雜性和高效能要求。

嵌入式系統的世界正經歷著前所未有的變革。隨著技術的飛速發展，從工業自動化到消費電子產品，嵌入式系統正變得越來越複雜，對高效能、高精度和安全性的需求也日益增加。為應對這些挑戰，Microchip Technology 不久前也推出全新dsPIC33A系列數位訊號控制器（DSC），以滿足嵌入式系統日益增長的複雜性和高效能要求。

嵌入式系統面臨的挑戰與機遇

Microchip MCU16/DSC事業部門產品行銷經理 Pramit Nandy表示，近年來，嵌入式系統領域發生了巨大的變化。首先，能源效率成為關鍵考量，無論是工業設備還是消費電子產品，都追求更低的功耗和更長的電池壽命。這對嵌入式系統的設計提出了更高的要求，需要在保證效能的同時最大限度地降低能耗。

再者，控制器多功能性成為趨勢。現代嵌入式系統通常需要執行多種任務，例如感測、控制、通訊和數據處理。這就要求控制器具備強大的處理能力和靈活性，能夠同時處理多種任務，並在不同任務之間快速切換。

第三，安全性和保護性日益重要。隨著嵌入式系統在關鍵領域的應用越來越廣泛，例如醫療設備、汽車電子和工業控制系統，對安全性和保護性的要求也越來越高。嵌入式系統需要具備抵禦網路攻擊、防止數據洩露和確保系統穩定運行的能力。

最後，軟體複雜性不斷增加。現代嵌入式系統通常運行複雜的軟體，包括作業系統、驅動程式和應用程式。這對控制器的處理能力和記憶體容量提出了更高的要求，同時也需要更強大的開發工具和軟體生態系統來支援軟體開發和調試。

圖一 : dsPIC33A系列應用示意。（source：Microchip）

dsPIC33A系列：應對挑戰的利器

Pramit Nandy指出，為應對這些挑戰，Microchip推出了dsPIC33A系列DSC。該系列產品在處理能力、精度、周邊效能和安全性等方面皆有顯著提升，為馬達控制、數位電源和感測器系統等應用帶來更強大的解決方案。

高效能處理能力

dsPIC33A系列採用200 MHz工作頻率的32位元架構，結合符合IEEE 754-2019的雙精度浮點單元（DP-FPU），實現精確計算、加快循環處理，並無縫整合第三方工具。此外，透過兩個72位元累加器、32位元工作暫存器和額外的環境切換暫存器，該系列增強了DSP和CPU效能，縮短延遲並提高即時應用效能。這意味著dsPIC33A系列能夠處理更複雜的算法、執行更多的任務，並在更短的時間內響應外部事件。

其主要的升級特點歸納如下:

高精度控制

dsPIC33A系列的DP-FPU能夠進行高精度的浮點運算，這對於需要精確控制的應用至關重要，例如馬達控制、數位電源和感測器系統。高精度控制能夠提高系統的穩定性、可靠性和效率，同時減少能源消耗和噪音。

豐富的周邊效能

dsPIC33A系列整合了豐富的周邊，包括高解析度PWM、高速ADC、多個UART和SPI介面等。這些周邊能夠滿足各種嵌入式系統的需求，例如馬達控制、數位電源、感測器介面和通訊。此外，dsPIC33A系列還支援CAN-FD和乙太網等通訊協定，方便與其他設備進行通訊和數據交換。

增強的安全性

dsPIC33A系列採用了多種安全措施，包括硬體加密引擎、安全啟動和安全除錯等。這些措施能夠保護嵌入式系統免受網路攻擊、防止數據洩露和確保系統的完整性。此外，Microchip還計劃提供功能安全和安全性支援，協助工程師開發符合安全標準的嵌入式系統。

圖二 : dsPIC33A系列效能特點。(source:Microchip)

強化馬達控制性能 擴展應用領域

而針對主要的馬達控制應用領域，Pramit Nandy表示，dsPIC33A系列數位訊號控制器（DSC）兼具高效能數位訊號處理能力和豐富的微控制器功能，因此廣泛適用於各類馬達控制應用。主要優勢包括：具有32位元架構和DSP引擎的高效能處理能力，可用於磁場定向控制（FOC）等複雜算法；以及透過雙精確度浮點單元（DP-FPU）增強了精確度和控制迴路效能。

尤其是要實現精確的馬達控制，高解析度PWM模組、高速ADC和正交編碼器介面（QEI）等整合周邊必不可少。即時控制功能可確保精確的馬達速度、轉矩和位置管理，這對於機器人、工業自動化和電動汽車應用至關重要。

他強調，該系列在記憶體、處理能力和周邊方面提供了很高的可擴展性，讓設計人員能夠根據自身的特定需求定製解決方案。Microchip豐富的軟體庫和開發工具有助於縮短開發時間和產品上市時間，同時在同一硬體平臺上實現各種控制算法的能力可提供設計的靈活性。此外，與使用單獨的微控制器和DSP相比，將多種功能整合到單個晶片中進一步提高了dsPIC33A系列的性價比。

為人工智慧伺服器和汽車充電器應用做出貢獻

至於目前備受注目的AI伺服器和汽車充電器等先進應用，Pramit Nandy表示，對於一些電源應用，工作頻率最高?100 MHz的DSC元件（如dsPIC33CK（單核）和dsPIC33CH（雙核））即可滿足當前的需求。不過，AI伺服器和汽車充電器等先進應用需要更高效、更精確的電源管理，這推動了對更高效能DSC的需求。

他解釋，dsPIC33A DSC具有更高的時鐘速度，透過提供增強的效能和更高的效率來滿足這些需求，這對於複雜的算法和快速的響應時間至關重要。它支援各種先進控制算法以及改進的監控和診斷，並透過加密措施提高了安全性。因此，dsPIC33A DSC可極大地推進數位電源轉換，滿足AI和汽車領域不斷變化的需求。

Pramit Nandy進一步解釋，許多電源應用（如資料中心的電源應用）可以透過工作頻率最高?100 MHz的DSC來滿足當前的需求。對於不需要增強效能的客戶，Microchip包括dsPIC33CK（單核）和dsPIC33CH（雙核）在內的第四代DSC系列將繼續滿足這樣的需求。

其主要的升級特點如下:

效能和效率：dsPIC33A等更高頻率的DSC每秒可以處理更多指令，進而實現更複雜的算法和更快的響應時間。對於AI伺服器等需要精確控制和快速調整的應用而言，這一點至關重要，因?這類應用需要高效管理波動的電源需求並運行功率因數校正、諧振轉換器和同步整流的複雜算法，這些算法是提高資料中心效率的關鍵。

先進控制算法：憑藉更高的處理能力，DSC可以實現更複雜的控制算法，例如預測控制和自適應濾波。這些算法可以提高電源轉換的效率和穩定性，進而在動態環境下獲得更出色的效能。

改進的監控和診斷：增強的處理能力可以實現更好的監控和診斷功能，對於確保AI伺服器和汽車充電器等關鍵應用的可靠性和效率，這些功能必不可少。

提高安全性：現在，保護資料中心和汽車電源免遭欺騙和篡改比以往任何時候都更加重要。透過使用非對稱密鑰對和hash等加密算法實現韌體認證和元件身份驗證，可以幫助實現安全目標。不過，這些需求將繼續推動對於控制這些電源的DSC和MCU的記憶體和效能需求。

圖三 : dsPIC33A系列的支援生態系。(source:Microchip)

結語

展望未來，Pramit Nandy表示，隨著工業自動化、數位電源轉換、感測器介面和汽車應用對MCU效能的需求日益增長。在過去的幾十年裏，Microchip不斷改進dsPIC33 DSC系列來滿足這些需求。

從第一代配備30 MHz CPU的dsPIC30F到第四代配備100 MHz CPU的dsPIC33C，Microchip的產品不斷發展進步。添加了?多功能安全特性，並將快閃記憶體容量擴展到1 MB，即使在最小的4x4封裝元件中也是如此。

第五代dsPIC33A DSC採用工作頻率?200 MHz的32位元CPU、雙精確度浮點單元以及增強的類比周邊和安全功能，提供更大的儲存容量選項、針對具體應用的先進周邊以及增強的安全性和功能安全特性，以滿足不斷變化的需求。