专用集成电路（ASIC）为一总称术语，是指为某特殊用途而专门设计和构造的任何一种集成电路。随着超大规模集成（VLSI）电路技术的发展，ASIC的概念已被引入到集成电路的研制阶段，允许用户参与设计，以满足其特殊需要。AISC的复杂程度可能差异很大，从简单的接口逻辑到完整的DSP、RISC处理器、神经网络或模糊逻辑控制器。ASIC的设计方法以及DSP和RISC芯片的使用，将使从事电机控制的工程师有能力将整个系统集成在很少的几片ASIC上。

1.ASIC技术

大规模集成工艺的发展已促成两个主要的ASIC技术，即CMOS和BiCMOS（双极型CMOS），其单元尺寸可达到0.5μm。对CMOS技术，已可制造出带有25万个或更多门电路（一个门电路通常是指一个NAND门）的ASIC，另一方面，BiCMOS门阵列（含有双极型的和CMOS器件）则通过更复杂的处理过程和较低的集成密度，提供更高的执行速度。

1）CMOS ASIC是由标准单元和门阵列技术构成的。由于有标准单元，处理器芯片可与不同的存储器块和逻辑模块集成在一起，这就提供了极大的灵活性。另一方面，利用CMOS门阵列（门电路标准电子组件），可设计出存储器块及逻辑功能块。数种CMOS门阵列可带有固定数量可利用的门、I/O缓冲器和处理器芯片。一个0.8μm的CMOS ASIC可包含25万个以内的门电路，用0.5μm的CMOS工艺，可将60万个有用门集成在一个器件上。

2）BiCMOS ASIC利用门电路标准电子组件将CMOS晶体管和双极型晶体管组合在一起。BiCMOS器件的工作频率相对较高（100MHz），这是因为双极型晶体管驱动能力的需要。然而其密度却偏低，例如，0.8μm的BiCMOS ASIC仅能容纳15万个门。0.5μm的BiCMOS工艺ASIC，最多能容纳30万个有用门。

3）混合信号ASIC（在同一芯片上包含数字和模拟元器件，为复杂系统的集成化提供了更多的可能性。这种芯片级系统能实现模拟-数字复合设计，这在以前需要用模块来解决。模拟单元包括运算放大器、比较器、D-A和A-D转换器、采样保持器、参考电压以及RC有源滤波器等。逻辑单元包括门电路、计数器、寄存器、微定序器、可编程逻辑阵列（PLA）、RAM和ROM。接口单元包括8位和16位并行I/O接口、同步串行接口和通用异步收发器（UART）。

4）RISC和DSP芯片，其集成度以兆计，已有数家芯片供应商可提供。利用ASIC的设计方法，可设计出专用的高级处理器。积木组件，如DSP芯片、RISC芯片、存储器和逻辑模块均可由用户利用先进的计算机辅助设计（CAD）工具集成在一个单独芯片上。例如，TI公司提供了C1×、C2×、C3×和C5×系列DSP机芯作为AISC芯片单元。每种芯片作为一库存单元，其中包括系统图符号、仿真机的定时仿真模型、芯片布置文件和一组试验特性。

2.现场可编程门阵列和可编程逻辑器件

现场可编程逻辑门阵列（FPGA）是一类特殊的ASIC，它与掩膜可编程门阵列的区别是：最终用户可以在现场完成编程，而无需集成电路掩膜步骤。

FPGA包含一逻辑块阵列，可按不同设计要求进行编程。流行的商用FPGA利用以下元器件作为基础的逻辑块：晶体管对、基本门电路（二输入与非门和异或门）、多路器、查找表以及宽扇入AND-OR结构等。

FPGA编程在电气上借助可编程开关进行，可采用下列三种主要技术之一完成：

（1）静态RAM技术 开关为一通断晶体管，由静态RAM的位状态进行编程控制。在静态RAM中，用写数据方法给基于SRAM的FPGA编程。

（2）反熔片技术 反熔片（antifuse）是一种不可逆的、由高阻转变为低阻链接的两端器件，由一高电压电编程。

（3）浮动栅极控制 开关为一浮动栅极晶体管，当向浮动栅极注入电荷时，晶体管关断。消除电荷的方法有两种：一是将浮动栅极由紫外线（UV）照射（EPROM技术）；二是利用电压（EEPROM技术）。

常用的FPGA的复杂程度相当于一个有2万个常规门的阵列，其典型的系统时钟速度为40～60MHz。这种规模比掩膜编程门阵列小得多，但仍足以在单一芯片上实现相对复杂的功能。(www.daowen.com)

FPGA和掩膜编程的ASIC相比的主要优点是能快速转变，这就大大减少了设计风险，因为一个设计中的错误可以利用FPGA的编程加以修改。

可编程逻辑器件（PLD）是AND和OR逻辑门的非独立阵列，若选择性地安排门电路间的内部连接，则可实现特定的功能。近期的PLD还带有附加元件（输出逻辑宏单元、时钟、熔丝、三态输出缓冲器以及可编程输出反馈），这使它们更能适应数字的实施方案。最通用的PLD为PAL（可编程阵列逻辑）和GAL（生成阵列逻辑）。PLD可利用烧断熔丝（在PAL中）方式编程，或用EEPROM或SRAM，它们具有重复编程的能力。

和FPGA相比，PLD的主要优点是速度快和易于应用，且没有不能回收的工程费用。另外，PLD的尺寸较FPGA小。流行的PLD其复杂程度等效于8000个门电路，速度可达100MHz。

3.ASIC在交流电机控制系统中的应用

利用ASIC方法，可在一个或数个芯片上设计自己的控制系统，采用如DSP或RISC芯片、存储器、模拟块和逻辑模块等组成专门的控制芯片。高集成水平的设计可使芯片数量减少，这就大大降低了制作费用，并改善了系统的可靠性。

ASIC在交流电机控制系统中的缺点是一旦芯片构成后，对不同形式的电机传动缺乏变更或修改设计的灵活性。为改变设计，即使其中一个很小的细节，也必须返回到最初设计阶段。所以ASIC的高开发和制作费用只有在大规模生产中才能体现其合理性。

在小规模生产和样机试制阶段，FPGA提供一个现实的变通方案，采用全门阵列设计，可以实现具有中等复杂程度约需2万个以下门电路的专用的运动控制功能。

芯片制造商现在提供的许多种ASIC，可完成传动控制系统中的复杂功能，如坐标变换（abc/dq变换）、脉宽调制、PID控制、模糊控制、神经网络控制等。这种器件用于运动控制设计的优点是可以减少处理器的计算量，并提高采样速度。下面列举专为运动控制设计的商用ASIC实例。

1）美国Analog Devices（AD）公司的AD2S100/AD2S110交流矢量控制器，可完成Clarke和Park变换，它是通常实现交流电机磁场定向控制所必需的。Clarke变换是将三相信号（abc坐标）变换成相当的两相信号（αβ坐标）。Park变换是将合成矢量旋转到输入信号确定的当前位置（αβ到dq坐标）。

2）美国Hewlett-Packard公司的HCTL-1000为通用数字式运动控制集成电路。它可以对直流电机、直流无刷电机及步进电机提供位置和速度控制。HCTL-1000可以执行由用户选择的四种控制算法中的一种：位置控制、比例速度控制、逐点移动的仿形控制和积分速度控制。

3）美国Signetics公司的HEF4752V交流电机控制电路是一种ASIC，设计用于在交流电机速度控制系统中控制三相脉宽调制逆变器。纯数字波形发生器用于三个相差互为120°的信号的同步，其平均电压随时间而正弦变化，频率变化范围为0～200Hz。

4）美国Neuralogix公司的NLX230模糊控制器为全可组态模糊逻辑机，包含8选1输入选择器、16个模糊器、一个最小比较器、一个最大比较器和一个规则存储器。最多64条规则可存储在片内24bit宽的规则存储器中。NLX230每秒可执行3000万条规则。

5）美国Intel公司的80170X ETANN（可训练电模拟神经网络）可仿真64个神经元数据处理功能，其中每一个又受最多128个加权突触输入的影响。芯片具有64个模糊输入和输出。设置和读出突触权值的控制功能是数字式的。80170X有能力进行每秒20亿次的乘法-累加运算（连接）。