ROBOT INDUSTRY

人形機器人的崛起，對產(chǎn)業(yè)鏈上游關鍵部件的研發(fā)提出了更高的性能要求。在2025慕尼黑上海電子展中，德州儀器面向人形機器人推出系統(tǒng)級解決方案，圍繞邊緣AI打造一系列創(chuàng)新產(chǎn)品，為工程開發(fā)提供新參考。作為半導體領域的龍頭廠商，德州儀器扎根基礎元器件研發(fā)九十余載，在專注底層工具研發(fā)的同時，主動順應變革趨勢推陳出新，在守正與創(chuàng)新中不斷找尋最佳平衡點。

人形機器人作為融合人工智能、高端制造、新材料等先進技術于一體的智能裝備，有望成為繼個人計算機、智能手機、新能源汽車之后的新型智能終端，深刻變革社會生產(chǎn)生活方式，形成萬億級大市場，為加快推進產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉型和智能化升級提供強勁驅動力。從行為特征看，人形機器人能夠實現(xiàn)類人動作，從而在不改變基礎環(huán)境的前提下執(zhí)行作業(yè)任務，這主要得益于關節(jié)的靈活精準響應和整機的敏捷穩(wěn)定控制。

在2025慕尼黑上海電子展上，人形機器人成為當之無愧的核心話題，各家半導體廠商競相展示技術產(chǎn)品適配能力，為迎接新一輪產(chǎn)業(yè)變革做好十足準備。德州儀器（Texas Instruments）聚焦人形機器人集中亮相多款關鍵部件和系統(tǒng)級解決方案，圍繞安全、智能、高效詮釋研發(fā)理念，傳遞出對工業(yè)設計的嚴謹追求。作為一家擁有95年發(fā)展歷史的老牌半導體廠商，德州儀器始終專注于電子系統(tǒng)的底層邏輯與核心能力，持續(xù)打磨成本更低、能效更高的價值硬件，主動擁抱產(chǎn)業(yè)變革。

圖1 德州儀器中國區(qū)技術支持總監(jiān)趙向源

相比傳統(tǒng)工業(yè)機器人，以人形機器人為代表的新興整機產(chǎn)品快速興起，在短期內(nèi)對產(chǎn)業(yè)鏈上游核心硬件的技術能力提出了更高要求。更高的自由度意味著機器人需要搭載更多電機和驅動器，以及更優(yōu)的通信架構；更長的續(xù)航時間意味著更精巧的電機設計和控制方法。這些隱藏在功能背后，基于底層關鍵技術創(chuàng)新和經(jīng)驗優(yōu)化的核心專業(yè)能力，正是德州儀器長期以來深耕的細分領域。

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氮化鎵功率半導體產(chǎn)能提升四倍

在功率電子領域，新工藝是推動性能提升的關鍵路徑，但新材料的應用同樣不容小覷。近年來，作為第三代半導體材料的代表，氮化鎵（GaN）的應用備受關注。從電子設備的快速充電器到光伏逆變器，再到機器人電機驅動控制，氮化鎵在越來越多的領域替代硅基器件，成為炙手可熱的產(chǎn)業(yè)新星。

相較于以硅（Si）、鍺（Ge）為代表的第一代半導體材料，氮化鎵的禁帶更寬，臨界電場更高，意味著更難導電、更耐高壓，適用于新能源汽車、光伏發(fā)電、衛(wèi)星通信和工業(yè)等高功率場景。同時，氮化鎵材料具有更高的頻率特性和功率密度，能夠進一步壓縮產(chǎn)品體積，在單位空間輸出更高功率。數(shù)據(jù)顯示，氮化鎵在光電器件、射頻器件的市場占比分別達到65%和30%。集邦咨詢預測，2030年全球氮化鎵功率器件市場規(guī)模有望達到43.76億美元。隨著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革深入演進，氮化鎵技術將迎來前所未有的發(fā)展機遇，這也對業(yè)內(nèi)廠商的研發(fā)和量產(chǎn)能力提出了更高要求。

基于在氮化鎵領域的長期研發(fā)探索，德州儀器已成功驗證200mm氮化鎵技術，并在位于日本會津的工廠實現(xiàn)批量生產(chǎn)，整體產(chǎn)能較過去提升四倍。此外，德州儀器還成功進行了300mm晶圓氮化鎵制造工藝的試點，意味著可將氮化鎵器件擴展至900V以上高電壓場景，進一步拓寬應用邊界。預計到2030年，德州儀器內(nèi)部制造率有望突破95%，實現(xiàn)氮化鎵高功率、高能效半導體產(chǎn)品的穩(wěn)定供應。

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面向人形機器人的系統(tǒng)級解決方案

當前，靈巧化、精細化、輕量化正在成為機器人迭代演進的主流趨勢，不斷刷新電機的驅動和控制要求。以手術機器人為例，既要以小體積為醫(yī)生操控提供便利，又要通過對電機轉速、扭矩的精確控制，實現(xiàn)精準連貫的動作輸出。同理，人形機器人的快速商業(yè)化，無疑對電機驅動控制帶來了更多挑戰(zhàn)。

圖2 面向人形機器人的系統(tǒng)級解決方案

在2025慕尼黑上海電子展期間，德州儀器亮相人形機器人系統(tǒng)級解決方案，包括基于GaN的高功率密度電機控制、小型4kW電機控制、用于人類協(xié)作的傳感器融合、單線對以太網(wǎng)通信等參考設計和實物產(chǎn)品。其中，基于GaN的高功率密度電機控制參考設計是一款48V/16A的三項逆變器（TIDA-010936），通過集成驅動器可顯著減小寄生參數(shù)對氮化鎵的影響，器件體積相比MOSFET縮小50%，并且數(shù)字信號輸出抗干擾性優(yōu)秀，通過提高過采樣率（OSR）可實現(xiàn)大于12Bit ENOB采樣。小型4kW電機控制參考設計是一款48V三項逆變器（TIDA-010956），具有85ARMS輸出電流和20VDC至80VDC寬輸入電壓，使用并聯(lián)MOSFET的DRV8162提供高電流能力，通過外部板支持安全扭矩關閉 (STO) 功能，確保機器人在遇到突發(fā)狀況時緊急停止，防止意外啟動。用于人類協(xié)作的傳感器融合包括IWR6843 TI毫米波雷達傳感器和AM62Ax基于Arm?的處理器，具有精確的距離測量、多物體跟蹤和人機交互中的安全防護能力。單線對以太網(wǎng)通信包括DP83TC812x-Q1 100BASE-T1以太網(wǎng)PHY和AM261基于Arm?的微控制器，支持高達千兆速率的各種工業(yè)通信協(xié)議，同時能夠有效降低電纜重量、復雜性，以及機器人設計中的故障點。

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重構多遠場景下的邊緣AI生態(tài)

德州儀器認為邊緣AI將在未來很長一段時間保持快速發(fā)展，為此展開了積極布局，主動順應市場的動態(tài)變化，滿足需求端的多樣化訴求，為不同現(xiàn)實場景提供底層技術支持。

在工業(yè)領域，德州儀器基于邊緣AI的智能電機故障檢測參考設計，可通過微控制器控制兩臺電機，同時在其神經(jīng)網(wǎng)絡處理單元（NPU）上運行卷積神經(jīng)網(wǎng)絡模型，以檢測電機故障。通過使用TI C2000微控制器，無需主CPU運行卷積神經(jīng)網(wǎng)絡模型，從而為電機故障檢測保留帶寬。

在醫(yī)療領域，德州儀器展示了醫(yī)療貼片和生命體征監(jiān)測產(chǎn)品，即TIDA-010288可穿戴生命體征監(jiān)測參考設計，能夠實現(xiàn)對心電信號、心率、呼吸、起搏脈沖和溫度等生命體征的持續(xù)監(jiān)測。該設計使用AFE159R4實現(xiàn)低功率、高分辨率、高度集成的心電信號采集，數(shù)據(jù)由MSPM0 MCU通過邊緣AI硬件加速器進行處理，實現(xiàn)實時心律失常分類，并通過CC2340R5將心電信號和分類數(shù)據(jù)傳輸至手機或醫(yī)療監(jiān)測系統(tǒng)等遠程終端。

圖3 醫(yī)療貼片和生命體征監(jiān)測產(chǎn)品

在出行領域，德州儀器通過邊緣AI進行人員識別的實時監(jiān)控攝像頭，演示了在邊緣端實時采集視頻、執(zhí)行機器學習推理，以及對食品進行注釋和編碼的能力，并通過Wi-Fi串流。該無線解決方案可用于后視鏡流媒體顯示和車內(nèi)監(jiān)控等現(xiàn)實場景，提升出行安全體驗。

工欲善其事，必先利其器。面對日新月異的機器人產(chǎn)業(yè)變革和人工智能技術突破，德州儀器始終扎根半導體領域，為工程師打造更加得心應手的工具，在幾十年如一日的堅守中，不斷探尋未來趨勢，于守正和創(chuàng)新中找到最佳平衡點。正如德州儀器中國區(qū)技術支持總監(jiān)趙向源所言：“我們期望發(fā)揮強大的創(chuàng)新能力和技術優(yōu)勢，始終如一地提供模擬和嵌入式處理產(chǎn)品，助力工程師重新定義設計理念，打造更加智能、高效和可持續(xù)的未來�！�

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