在AI技术的快速发展下，国内具身智慧机器人也在呈现爆发式的增长。而这些人形机器人在面对复杂应用场景时，对相关芯片的要求也提出了更大的挑战。
日前，由中国半导体行业协会集成电路设计分会、芯原股份共同主办的第十五届松山湖中国IC创新高峰论坛在东莞松山凯悦酒店举行，主题为面向“具身智慧机器人”的创新IC新品推介。
思特威SC533HGS：赋能高端机器视觉的高性能全局快门图像传感器
思特威（上海）电子科技股份有限公司高级销售总监宗翔介绍了公司面向机器人的CMOS图像传感器SC533HGS。思特威认为，智能机器人在实际的工作中需要不断与现实世界进行交互，清晰、准确、高效、稳定的视觉感知能力，是帮助机器人完成避障、定位等现实交互的关键，如同机器人的“电子眼”。
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具身机器人应用中图像传感器常见规格分为两类：主摄和避障。主摄负责通过拍摄到的图像判断前方是什么物体，从而决定下一步的操作，比如说机械手或腿该进行什么操作，以2-8MP 大靶面产品、Rolling Shutter & Global Shutter传感器为主。避障主要是通过3D立体视觉的方式来提供深度信息，让机器人知道前面是否有障碍物，障碍物的大小等，进行下一步动作的判断，以0.3-1.3MP 小靶面产品，Global Shutter传感器为主。
思特威此次介绍的SC533HGS是在2024年12月推出的新品，可用于机器人主摄应用。产品基于SmartGS™-2 Plus技术平台打造。相较于行业一般是200万至300万的像素水平，SC533HGS的像素达到500万，适合大角度全景式的拍摄，尺寸做到了行业最小，为2.2μm。
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基于SmartGS™-2 Plus技术平台，思特威推出了SC038HGS/SC133HGS/SC132GS等产品，可用于机器人避障应用。产品具备高感度、成像无畸变、高动态范围、高帧率、超高快门速度(PLS>40000)的特点。
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宗翔介绍，思特威的SmartGS™技术基于BSI平台工艺打造，采用了全局快门(Global Shutter)架构+背照式像素架构(BSI)。在创新电压域设计架构的支持下，思特威的产品兼具高感度、高动态范围、高帧率等多项性能优势，其出色的成像效果可充分满足多种不同类型智能机器人的避障识别与3D定位感知需求，帮助机器人实现精准现实交互。
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公司联合其全资子公司飞凌微推出了双目深度视觉解决方案，基于思特威全局快门CIS SC133HGSI+飞凌微AI SoC芯片A1 AI SoC，满足色彩图像处理和深度计算要求适用于机器人、机器狗等具身智能应用。
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机器人在实际的工作中需要不断与现实世界进行交互，清晰、准确、高效、稳定的视觉感知能力，是帮助机器人完成避障、定位等动作的关键。思特威SC533HGS以高感度、高动态范围和高帧率为亮点，堪称‘机器眼’的标杆产品，为高速场景下的目标检测和追踪注入新能量。
匠芯创科技M700：机器人关节的高性能实时处理器到控制算法的生态闭环
广东匠芯创科技有限公司市场总监徐勇详细介绍了公司带来的机器人关节的高性能实时处理器M7000系列，以及控制算法。
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广东匠芯创科技有限公司成立于2019年，立足于RISC-V SoC芯片设计、工业控制、多媒体人机交互、人工智能等核心技术，已经推出了M6800系列、M73E00系列、M76E00系列、M7300系列、M7600系列、M73P00系列、M76P00系列等产品，布局工业应用领域，覆盖变频、伺服、光伏能源、智能控制、PLC、家电、通讯、数字电源等及支持工业智能化的多个应用场景。
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匠芯创科技能够提供个性化芯片与方案定制，公司正在与头部企业紧密进行合作。其产品可以用在人形机器人、特种机械手、工业机器人、AGV移动机器人等不同的领域。例如M76P08、M7605可以用在人形机器人的关节，支持超高速通信；M7303、M6801可以用在特种机械手，支持电机驱动。
工业控制系列MCU产品（M76P,73P/76,73/76E,73E）采用2*RISC-V 552MHz，RV32IMAFDCP指令架构，支持紧耦合存储（TCM），拥有CORDIC、EtherCAT等丰富的功能模块。例如M76/73系列提供了I²C、USB、EMAC、PBUS等丰富的总线接口。
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匠芯创科技不仅仅提供芯片产品，还提供了高性能HCL算法（Clark、Park、高级补偿算法等）。徐勇进一步介绍，公司的算法具备超高速、高带宽、抗干扰能力强、控制精度高，以及高频信号处理能力，还能缩短控制周期。
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“超高速方面，我们能够做到300ns运行时间，相比软件算法运行时间节省90%，也就是说，我们现在算法时间相对传统电路算法时间，仅仅需要1/10的时间。在高带宽方面，能做到3.5K赫兹以上，相比软件算法提高45%”。
匠芯创科技还提供产品级的参考设计，包括EtherCAT总线/脉冲伺服驱动器方案、总线低压伺服/总线步进驱动器(开环/闭环)、低压伺服驱动器、步进驱动器(开环/闭环)、电动助力转向方案等方案。
为了保证产品的高可靠性、高性能，匠芯创科技提供产品级测试的方案。徐勇举例，在可靠性测试方面，可以提供ESD测试、EFT测试、雷击浪涌测试、高低温测试等。
匠芯创科技的M7000首次提出“理器到算法闭环”的系统思维，解决了过去芯片只负责性能、忽略了控制逻辑的问题，为机器人控制系统提供了一体化新范式。徐勇透露，公司在明年还会推出更优秀的产品和芯片，面向工业自动化和具身智能方面的一些应用。
昆泰芯KTM5900:高精度智能磁性传感器芯片赋能机器人与自动化
专注于智能传感器芯片研发的泉州昆泰芯微电子科技有限公司 CEO武建峰博士介绍了公司的高精度智能磁性传感器芯片KTM5900。
昆泰芯微电子产品以磁性传感器芯片为龙头，产品线包括磁性传感器芯片、高性能传感信号调理芯片、光学传感器芯片以及温度传感器芯片等，其中3D霍尔芯片、高精度低延时角度TMR编码器芯片、近零功耗磁性开关等均为世界领先水平。产品广泛应用于机器人与自动化、智能人机交互、新能源及智能汽车等领域。
机器人的本质是一个有智能的物理设备，感知功能是其核心功能。他提到，机器人对传感器有四大要求：广度、可靠度、速度、精度。编码器作为其中一种关键传感器，在满足这些要求方面发挥着重要作用。
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武建峰博士提到，编码器芯片有三大原理：磁性编码器原理、光学编码器原理、电感编码器原理。编码器芯片主要用于机器人关节的位置、速度反馈，以及灵巧手的精细操作控制，是实现低延迟(如5ms以下)感知-决策-执行闭环的关键硬件。
在人形机器人中，为了实现对运动状态的精准感知与控制，系统内部至少需要配备数十个编码器，用于实时采集各个关节的位置、速度和角度信息。具体来看：每个旋转关节2个编码器，典型需要14个关节14个编码器；每个线性关节1个编码器，典型需要14个关节有4个编码器；每只手有6个编码器，双手需要12个编码器。
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仅从上述典型配置来看，一个人形机器人就至少需要44个编码器，而随着自由度增加或控制精度提升，实际所需数量还可能进一步增长。这也对编码器提出了更高的要求。特别是低延迟，“因为机器人都要衰老了，机器人的关节还没有感知到，这是不行的”，武建峰博士特别指出。
此外还有成本的挑战，“现在用最便宜的磁铁+芯片+结构，整个编码器做下来都要100元、200元。整个机器人成本，想要走进工厂的话，大概是两年普工的工资，如果低于这个成本（企业）就愿意用，高于这个成本就不愿意用。”他进一步提到。
昆泰芯推出了编码器创新解决方案KTM5900，具备以下优势：一键实现自校准、两级256点查表、线性/非线性补偿、0.05°精度、TMR技术，能够满足一键闭环自校准，修正由于磁铁、安装等引入的误差。此外，该产品已经通过功能安全性要求，具备2M采样速率SAR ADC，适用于高精度多对级磁铁离轴中空编码器等场景。
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针对有高速需求，推出了创新解决方案 KTH78系列，这是一颗高速高分辨率霍尔角度传感器芯片，采样率，输出频率达到能够达到1μS的速度。
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此外，公司也做了光学编码器方案，但光学编码器面临粉尘、灰尘等问题，公司也在针对这些问题进行改进。同时，公司也正在研发电感编码器解决方案KTL91系列，产品精度优于 ±50 弧秒，能够达到23bit分辨率，支持高达 60,000 rpm 速度。
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武建峰认为不会被某一个编码器“统治”，而是会根据需求进行适配。他提到机器人走进家庭还有相当长的一段时间，安全、成本、易生产性是三个关键要素。
鹏瞰半导体TS-PON Gen2：面向人形机器人的通感控一体全光网芯片
鹏瞰集成电路(杭州)有限公司（以下简称：鹏瞰半导体）首席市场营销官江晓峰介绍了公司面向人形机器人的通感控一体全光网芯片TS-PON Gen2。
鹏瞰半导体致力于打造智能网络和边缘计算和控制的半导体解决方案，为智能制造和机器人、汽车和F5G等产业的下一波技术革命提供动力。鹏瞰半导体先进的TS-PON架构SoC为边缘AI处理的需求量身定制。
江晓峰介绍，TS-PON 是新一代全光纤工业光总线技术，具备高带宽、低功耗、丰富的接口、抗干扰性强等优势。它突破TSN/以太网核心瓶颈，具备更高实时性、更高可靠性的特点；同时TS-PON 基于无源光网PON，传统方案100M，带宽性能提升100M，低时延提升1000倍以上。低时延的性能对机器人来说尤为重要，因为机器人有着越来越多的传感器数据、视觉数据需要实时处理。此外，跟以太网对比，TS-PON 还可以减少机器人内部的线束和重量，实现降本。
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江晓峰介绍了TS-PON 基本组网及外设透传框图。中央节点Core是通常来说是跟大脑或者小脑放在一起的，下面有各种各样的Node（节点芯片）。Node可以接入各种各样不同的设备，比如说摄像头数据、Pcle、USB等，而整张网，实际上把所有不同的接口、协议等，转换为光在上面进行传输，且可以原来的形态传输数据，最后拿到的SoC几乎跟本地是一模一样的。
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江晓峰提到，在跟客户对接时发现，越来越多的客户对伺服有不同的需求，有的人可能是需要用FPGA来做，有的人可能是用mcu来做。为了满足不同的市场需求，鹏瞰半导体推出了TS-PON Gen2。“这是一颗性能更高的芯片，增加MCU/CPU/ FPGA的标准接口。这样的话这些设备都可以直接跟我们来进行对接，我们就提供一个灵活的一张光网。”他指出。
在组网方面，机器人应用的组网的要求也是比较特别，除了一个传统的一种分光方式，它可能有菊花链，可能要有环网来组成一张网，甚至可能需要光从混合来进行组网。TS-PON 支持分光，环网，菊花链及多种冗余拓扑。
鹏瞰半导体已经推出了VN111x SoC 、VN211x SoC 两款TS-PON SoC。其中VN211x SoC是鹏瞰半导体正在研发且即将流片的Gen2 TS-PON Node芯片。适用于工业/机器人应用的通用CPU/MCU。VN211x SoC对协议进行了修改，减少对外围器件的依赖性，同时进行降本，增加了SM 4。预计在今年下半年回片。该芯片已被鹏瞰半导体的部分机器人客户用于图像传输和电机控制等领域。
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在机器人内部有很多线缆，内部空间受限，特别是新一代智能机器人有着超复杂电机控制、越来越多传感器接入等等。而鹏瞰半导体的TS-PON解决方案用光纤打通机器人的“任督两脉”。因为一张网上既能够传输高带宽的USB数据，又可以传输控制数据，这些数据在一张网上传输，这也意味着机器人就是一条光纤线束，不仅线束轻了，机器人成本也降低了。
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TS-PON Gen2将通信、感知与控制统一于一张全光网络，是机器人体内的“神经网络”的基础设施升级，为构建低延迟、高同步的‘类脑系统’提供了硬件支撑。
文章来自：电子发烧友
