步進電機由于驅動簡單、高效實用，常作為機床或生產線的輔助設備，在工業自動化生產中發揮著重要的作用。工業領域中多步進電機協同控制運用廣泛，需要運用多步進電機控制生產高精度產品的場景也越來越多，如精密雕刻設備、汽車生產流水線以及印刷設備等。所用的電機組群多為分散且距離較遠，為了能夠保證設備達到預期效果，系統同步性能直接影響產品的價值。工業以太網的迅速發展加快了自動化生產線的升級，改變了驅動設備的控制和連接方式，使之朝著網絡化方向發展。

由于傳統步進驅動器之間的協調多用一對一的脈沖模式，該模式控制線路復雜并且自動糾錯與抗干擾能力都比較弱，不能適應于條件惡劣的工業環境與自然環境。目前多步進電機協同控制主要采用RS485 和CAN 總線進行通信，但是存在傳輸速度低、傳輸距離短和同步誤差大等問題。

在此背景下，工業以太網式多軸步進電機驅動器應運而生，可以有效地響應網絡化步進驅動器件的發展需求。軟硬件資源的豐富性、協議的開放性推動著工業以太網不斷延伸至工業現場層。加之工業以太網對比現場總線足夠高的帶寬，技術的日益完善，構建基于標準協議的工業以太網的運動控制網絡，形成一個自上而下相互連通，完全透明的網絡系統已經成為當下全球發展的熱點。

其中由德國倍福公司最初研發的一種新型工業以太網技術，EtherCAT，目前正在全球范圍內迅速發展。EtherCAT 網絡因其適用于幾乎所有的拓撲結構，數據傳輸的高速高效性和對于開發者簡單的系統配置，在數據鏈路層提供獨立的過程數據傳輸通道，顯著提升的系統實時性等明顯優勢正在逐漸得到包括多軸步進電機驅動器在內的工業控制領域越來越多的應用。

▲EtherCAT 網絡工作原理圖

基于碼靈半導體CF1106型號ESC芯片開發的多軸步進電機驅動器應用方案將已經發展較為成熟的步進電機驅動進行集成化，實現多軸合驅，并與實時工業以太網EtherCAT相結合，以實現網絡化協同控制、成本低廉、可以同時驅動多軸步進電機。通過組建基于CF1106型號ESC芯片的EtherCAT以太網絡控制系統，改善了傳統步進電機控制系統的不足，把傳統的脈沖傳送改為智能型網絡數據傳送并具有數據完整性校驗和重發機制等糾錯功能，適應了工業控制系統向分散化、網絡化、智能化的發展方向。

方案的優勢特點

方案板搭載了碼靈半導體自主研發的CF1106型號ESC芯片，內部集成了2個電流型PHY，顯著減少了對外部元件的依賴，從而有效降低了客戶的元器件成本；深入考慮了工業環境的苛刻要求，確保產品能在-40℃至+85℃的寬泛工作溫度范圍內穩定運行，完全符合標準的工業工作溫度范圍-40℃至+85℃；板載超靜音電機驅動，既安靜又具有較低的發熱量；一體設計，體積小，節省空間，便于安裝調試，集成度高。提高產品落地效率。

▲碼靈半導體EtherCAT多軸步進電機驅動器方案框圖

硬件選型和產品的開發效率及產品的性能密切相關，為使本方案設計的驅動器成本低、可靠性高、體積小，并且能在較短的時間內研制完成。在硬件選型中碼靈半導體嚴格遵循以下幾個原則：功能上滿足要求，集成度高，提高可靠性，減少硬件軟件開發的復雜程度；性價比高，在功能上滿足要求的前提下，盡量采用較低價格的元器件，而且容易采購到，以保證將來批量生產時的訂貨；可靠性高，考慮到工業現場長期使用，需要經受惡劣環境的考驗，元器件均使用工業級產品。

為此，碼靈半導體借助自研的CF1106型號ESC芯片，再外加一些輔助器件即可實現對步進電機的精確控制。

采用CF1106芯片作為EtherCAT 通信模塊，實現電機控制指令的EtherCAT 網絡傳輸。一方面實現了與 EtherCAT 主站之間的通信數據交互功能，既可以接收主站下發的讀寫本地寄存器的操作指令和輸入數據，又可以將本地寄存器中存儲的參數信息和輸出數據上傳到主站；另一方面可以根據主站下發的控制指令和過程數據實時更新本地的輸入數據和輸出數據。

▲碼靈半導體CF1106產品結構框圖

碼靈半導體CF1106型號ESC芯片在EtherCAT多軸步進電機驅動器中的應用優勢：

Beckhoff官方授權ESC，滿足ETG一致性測試要求； 內置2個電流型PHY（兼容100BASE-TX），具有抗干擾能力強、信號完整性高和穩定性好的優點； 內置8個現場總線內存管理單元（FMMU）、8個同步管理器（SM）、8KB雙端口存儲器 (DPRAM)和1個64位分布式時鐘（DC）； 多種數據接口（PDI）可選：數字I/O，SPI和8/16 位uC接口； 兩種封裝可選：QFN64L(9x9mm)、QFN88L(10x10mm)； 滿足工業溫度范圍：-40℃~85℃。

同時碼靈半導體搭建了由脈沖信號發生器、驅動器、混合式步進電機、磁編碼器、示波器和信號采集器等組成的多軸步進電機驅動器整體測試平臺，對驅動器運行穩定性和運行精度等性能指標、EtherCAT 通信功能進行了測試。實驗測試結果顯示，本驅動器在低頻下能夠平穩運行，在高頻時能夠保持良好的輸出力矩，具有較低的振動和噪聲，并具備EtherCAT高實時性。本方案既發揮了步進電機的優勢特點，又降低了開發成本，并可實現驅動設備互聯互通，尤其適用于高實時性、高精度、多節點控制要求的領域。

目前基于碼靈半導體CF1106型號ESC芯片開發的EtherCAT多軸步進電機驅動器應用方案已經在不同工程中實現，且實現都比較方便，具有較高的實際應用價值。

隨著工業自動化和控制、電信、電力、測試與測量、分布式的網絡傳感器系統等對高精度的實時調度和控制要求越來越高，多軸步進電機控制系統在協同控制方面將發揮著至關重要的作用。基于碼靈半導體CF1106型號ESC芯片開發的EtherCAT多軸步進電機驅動器參考應用方案，旨在為客戶提供性能卓越、高效且易于集成的解決方案。碼靈半導體步進電機實時控制技術團隊提供全方位的技術支持，可助力客戶快速響應市場變化，實現更多領域的創新應用。