【導(dǎo)讀】當(dāng)機(jī)器人關(guān)節(jié)伺服設(shè)計(jì)面臨算力瓶頸與空間緊縮的雙重夾擊，先楫半導(dǎo)體給出了系統(tǒng)級(jí)答案——一顆高算力、高性能、高集成度、專業(yè)化的專用MCU。
今天，第五屆滴水湖中國(guó)RISC-V產(chǎn)業(yè)論壇在上海滴水湖洲際酒店開(kāi)幕，在芯片推介環(huán)節(jié)，北京先楫機(jī)器人半導(dǎo)體科技有限公司產(chǎn)品總監(jiān)費(fèi)振東帶來(lái)了一顆剛剛于2026年6月量產(chǎn)的全新芯片——HPM53M1。這是一款面向機(jī)器人關(guān)節(jié)CAN通信與運(yùn)動(dòng)控制場(chǎng)景的專用MCU，它的出現(xiàn)，回應(yīng)了當(dāng)前機(jī)器人關(guān)節(jié)伺服設(shè)計(jì)中日益尖銳的矛盾：算力需求暴漲，而可用空間持續(xù)萎縮。
行業(yè)痛點(diǎn)：算力與空間的雙重?cái)D壓
費(fèi)振東在演講中首先梳理了機(jī)器人關(guān)節(jié)伺服設(shè)計(jì)人員當(dāng)前面臨的兩大核心挑戰(zhàn)。
第一，算力捉襟見(jiàn)肘
傳統(tǒng)的PID算法已難以滿足現(xiàn)代機(jī)器人關(guān)節(jié)的控制要求。設(shè)計(jì)人員需要在電流環(huán)基礎(chǔ)上增加前饋補(bǔ)償、自適應(yīng)算法以應(yīng)對(duì)非線性負(fù)載變化。更值得關(guān)注的是，整個(gè)行業(yè)正呈現(xiàn)將傳統(tǒng)控制算法與AI推理相融合的趨勢(shì)，這些因素疊加使主控芯片的算力需求水漲船高。與此同時(shí)，電流環(huán)控制帶寬從傳統(tǒng)的幾百赫茲向數(shù)K赫茲演進(jìn)，甚至有向幾十K赫茲發(fā)展的趨勢(shì)。電機(jī)繞阻的減小和新型功率器件的應(yīng)用，也迫使PWM載波頻率急速提升。
第二，PCB空間日益緊張。
機(jī)器人關(guān)節(jié)尺寸受限于真人比例，單個(gè)關(guān)節(jié)的電子系統(tǒng)可用空間僅巴掌大小。更棘手的是，中空化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)雖便于走線，卻進(jìn)一步壓縮了PCB布局空間，讓本已局促的硬件設(shè)計(jì)雪上加霜。
基于此，業(yè)界呼喚一顆具備高算力、高性能、高集成度、高可靠性的芯片——HPM53M1正是先楫半導(dǎo)體對(duì)這一需求的系統(tǒng)級(jí)回應(yīng)。
四大核心優(yōu)勢(shì)：從算力到空間的系統(tǒng)級(jí)突破
費(fèi)振東表示HPM53M1基于先楫半導(dǎo)體2023年發(fā)布的HPM5300系列高性能MCU研發(fā)而來(lái)，繼承了該系列廣受好評(píng)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，包括兩個(gè)八通道PWM控制器和可編程編碼器接口模塊（SEI），后者可通過(guò)編程自適應(yīng)市面上絕大多數(shù)絕對(duì)式編碼器協(xié)議。
圍繞行業(yè)痛點(diǎn)，HPM53M1從四大維度構(gòu)建了技術(shù)護(hù)城河：
1. 高算力：讓復(fù)雜算法“跑得動(dòng)”
HPM53M1搭載高性能RISC-V內(nèi)核，主頻達(dá)480MHz，支持雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算及強(qiáng)大的DSP擴(kuò)展。存儲(chǔ)方面配備288KB SRAM（其中指令本地存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)本地存儲(chǔ)器各128KB，另有32KB AHB SRAM）及1MB Flash，配合16KB高速緩存和高達(dá)256KB的零等待本地存儲(chǔ)器，有效規(guī)避了低速外部存儲(chǔ)器帶來(lái)的性能損耗。
據(jù)他介紹實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，其電流環(huán)控制周期可做到1μs左右，對(duì)于高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的關(guān)節(jié)控制而言，這一算力已足夠充裕。
2. 高性能：精準(zhǔn)感知，實(shí)時(shí)響應(yīng)
高性能模擬外設(shè)為精準(zhǔn)閉環(huán)控制提供了硬件底座：2路16位ADC（采樣率2MSPS）、2個(gè)12位DAC（1MSPS）、2個(gè)可配置為PGA的運(yùn)算放大器及2個(gè)模擬比較器。
通信能力方面，支持4路CAN/CAN-FD、4路UART、3路SPI、4路I2C，以及1個(gè)內(nèi)置PHY的高速USB接口，便于與上位機(jī)直接調(diào)試通信。
3. 高集成度：驅(qū)控一體，節(jié)省空間
集成度是HPM53M1最突出的差異化優(yōu)勢(shì)。芯片內(nèi)置了三相獨(dú)立半橋驅(qū)動(dòng)器，采用高端懸浮自舉電源設(shè)計(jì)，內(nèi)部集成自舉二極管，耐壓達(dá)150V，開(kāi)關(guān)頻率最高支持500kHz，輸出電流能力為+0.8A/-1.2A，可直接驅(qū)動(dòng)外部功率MOS管，無(wú)需額外外接驅(qū)動(dòng)芯片。
電源管理方面，集成2個(gè)5V輸入、3.3V輸出的LDO，最大輸出電流500mA，可直接為外部電路供電，進(jìn)一步簡(jiǎn)化電源設(shè)計(jì)。
4. 專業(yè)化：原生適配機(jī)器人關(guān)節(jié)
HPM53M1的QFN80封裝僅9mm×9mm，充分適配緊湊的關(guān)節(jié)模組布局。工作溫度范圍覆蓋-40℃至105℃，滿足機(jī)器人關(guān)節(jié)的嚴(yán)苛使用環(huán)境。
專業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)外設(shè)方面，集成了旋變解碼器及可編程編碼器接口模塊（SEI），支持BiSS-C、Tamagawa、EnDAT等主流絕對(duì)式編碼器協(xié)議。
系統(tǒng)架構(gòu)與典型應(yīng)用
HPM53M1的整個(gè)系統(tǒng)采用高度集成化設(shè)計(jì)：從CPU、內(nèi)存到模擬外設(shè)、功率驅(qū)動(dòng)，單芯片即可覆蓋關(guān)節(jié)伺服控制的核心功能鏈路。
典型應(yīng)用場(chǎng)景：機(jī)器人關(guān)節(jié)模組。芯片可直接驅(qū)動(dòng)母線電壓12V至72V的電機(jī)，支持通過(guò)降壓電路從母線取電為芯片供電，PWM模塊配合內(nèi)置三相半橋驅(qū)動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)外部功率管。豐富的通信接口可對(duì)接各類編碼器，支持雙編碼器高精度控制，CAN-FD接口滿足多關(guān)節(jié)組網(wǎng)通信需求。
產(chǎn)品級(jí)方案：從芯片到落地的加速器
費(fèi)振東表示先楫半導(dǎo)體為HPM53M1配套了完整的產(chǎn)品級(jí)關(guān)節(jié)伺服方案：采用24V供電，芯片與電路板、電機(jī)組成完整系統(tǒng)。硬件設(shè)計(jì)原理圖、固件及相關(guān)開(kāi)發(fā)資料全部向客戶開(kāi)放，同時(shí)配備USB/CAN轉(zhuǎn)CAN調(diào)試工具及PC端上位機(jī)調(diào)試軟件，客戶可基于該方案快速啟動(dòng)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)。
戰(zhàn)略布局：補(bǔ)齊CAN通信版圖
隨著HPM53M1的發(fā)布，先楫半導(dǎo)體進(jìn)一步完善了針對(duì)人形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制、實(shí)時(shí)通訊、環(huán)境感知的產(chǎn)品布局：
2023年，HPM5300系列：在四足機(jī)器人關(guān)節(jié)及姿態(tài)感知編碼器領(lǐng)域積累豐富應(yīng)用；
2024年，HPM6100系列：國(guó)內(nèi)業(yè)界首款集成EtherCAT的高性能關(guān)節(jié)及工業(yè)組網(wǎng)MCU；
2025年CES，HPM6E8Y：高性能復(fù)雜關(guān)節(jié)場(chǎng)景；
2026年CES，HPM5E3Y：高集成、高效率部署場(chǎng)景；
2026年6月，HPM53M1：補(bǔ)齊CAN通信高集成度關(guān)節(jié)伺服領(lǐng)域版圖。
HPM53M1與HPM6E8Y、HPM5E3Y形成覆蓋CAN與EtherCAT兩種實(shí)時(shí)通信總線的完整產(chǎn)品矩陣，為不同層級(jí)的機(jī)器人關(guān)節(jié)控制需求提供全面支撐。
據(jù)費(fèi)振東介紹，北京先楫機(jī)器人半導(dǎo)體有限公司是上海先楫半導(dǎo)體的全資子公司，定位為機(jī)器人運(yùn)控的核心基礎(chǔ)平臺(tái)，致力于圍繞機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)完成從核心芯片到完整技術(shù)棧的建設(shè)，涵蓋解決方案、智能硬件及生態(tài)工具。
費(fèi)振東在演講的最后總結(jié)道：“我們希望北京先楫機(jī)器人半導(dǎo)體有限公司可以進(jìn)一步落實(shí)先楫半導(dǎo)體對(duì)于機(jī)器人的整個(gè)戰(zhàn)略，幫助我們的客戶完成整個(gè)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)?！?/p>
