细分驱动电源驱动放大电路

驱动放大电路的功能是将环形分配器发出的TTL电平信号放大到几安培的电流,送至步进电动机的各相绕组。驱动放大电路的控制方式种类较多,常使用单电压驱动、高低压切换驱动、恒流斩波、调频调压等驱动电路,所采用的功率半导体元件可以是大功率晶体管GTR,也可以是功率场效应管 MOSFET或可关断晶闸管GTO。

细分驱动电源恒流斩波驱动电源

恒流斩波驱动电源也称定电流驱动电源，或称波顶补偿控制驱动电源。这种动电源的控制原理是随时检测绕组的电流值，当绕组电流值下降到下限设定值时，便使高压功率管导通，使绕组电流上升；当绕组电流值上升到上限设定值时，便关断高压管。这样，在一个步进周期内，高压管多次通断，使绕组电流在上、下限之间波动，接近恒定值，提高了绕组电流的平均值，有效地抑制了电动机输出转矩的降低。如图2所示为恒流斩波电源电路图。

细分驱动电源步进电动机

折波电路虽然复杂,但它使步进电动机的运行特性有了明显的改善,提高了快速响应性，可以在很大的频率范围内保证步进电动机能输出恒定的转矩随着步进电动机在各方面的广泛应用，其驱动装置也从分立元件电路发展到集成元件电路,目前已经形成了系列化、模块化的步进电动机驱动器,为步进电动机控制系统的设计，提供了模块化的选择，简化了设计过程,提高了效率。

图3中所示为上海开通数控有限公司生产的KT350型混合式步进电动机驱动器外形图。各生产厂家生产的步进电动机驱动器虽然标准不同，但其接口定义基本相同，只要了解接口中接线端子、标准接口及拨动开关的定义和使用，即可利用驱动器构成步进电动机的控制系统。

细分驱动电源步进电动机的运转方式是步进式运动，即毎给电动机一相绕组或几相绕组一个脉冲电压,步进电动机就旋转一步。前述的各种驱动电源,都是按电动机工作方式轮流给各相绕组供电,毎换一次相,电动机就转动一步,即每拍电动机转动一个步距角。如果在一拍中,通电相的电流不是一次达到最大值,而是分成多次,每次使绕组电流增加一些。每次增加,都使转子转过一小步。同样,绕组电流的下降也是分多次完成。这样步进电动机原来的一个步距,便分成许多微步运动来完成,即实现了步距的细分。这样使步进电动机的分辨力得以提高,运动更加平稳,振动减小,噪声降低,且不易失步。要实现细分,需将绕组中的矩形电流波变成阶梯形电流波。阶梯波控制信号可由很多方法产生,如图1所示为一种恒频脉宽调制细分驱动电源。

曲面细分NVIDIA细分

作为GPU领域的领军者，nVIDIA认为曲面细分技术所代表的GPU几何性能是新一代显卡最重要的功能，也是DirectX 11最重要的组成部分。GPU的发展从Geforce FX5800时代发展到Geforce GTX285，五代时间内像素处理能力增长了1500%，而几何性能只增长了300%。因此nVIDIA认为几何性能已经成为制约GPU性能的瓶颈，在新一代Fermi架构（费米架构，包括GT400，GT500系列显卡）中，要专门加强几何处理能力，曲面细分作为几何处理的典范便首先得到了加强。

在Fermi架构中，nVIDIA通过PolyMorph Engine，将Tessellation任务分配给CUDA单元（CUDA单元也就是通常说的“流处理器”，nVIDIA称其为CUDA单元）处理。Fermi第一代旗舰显卡GTX480拥有15个PolyMorph Engine，也就等效于拥有15个具有Tessellation技术处理能力的单元。

nVIDIA这样做的优点在于，可以在高曲面细分负载下获得优秀的曲面细分能力，也就是在纯Tessellation计算中GPU的几何性能相当出色。在单纯的Tessellation计算中，nVIDIA以16倍于AMD的Tessellation处理单元的数量，得到了6倍于AMD的Tessellation处理能力。不过缺点在于，这种设计占用了CUDA单元的计算能力，前文说过，曲面细分并不是DirectX 11的全部。在实际游戏中，并不是单纯的Tessellation计算。CUDA单元还要处理其他游戏相关的3D渲染数据，如果游戏中3D渲染数据处理需求不大，这种设计就不成问题，不过一旦3D渲染数据处理需求很大，比如高分辨率，高全屏抗锯齿，丰富的光影效果等，那么这种设计的缺陷就会暴露出来。

这就是在3DMARK 11中，GTX460成绩不如HD5830的原因之一，3DMARK软件图形、光照、抗锯齿计算压力很大，GPU还要分出CUDA单元去处理曲面细分计算，因此整体计算能力便捉襟见肘。再比如在《地铁2033》中，即使GTX580也不能打开全部效果在1080P下全程流畅运行， 且表现不及HD5970 。这与nVIDIA的曲面细分实现方法也是有关的。

曲面细分AMD细分

作为Tessellation技术的开发者，AMD(ATI) 对曲面细分的态度有所不同。AMD认为，在当前的DirectX 11游戏中，将一个物体的细分后最小的像素在16个是比较合适的，过分的加大曲面细分负载所带来的变化，是人的肉眼无法分辨的。因此AMD坚持对模型做适度的Tessellation处理才是理智的，过分的加大Tessellation计算负载，只是在白白浪费计算资源，因为人的肉眼无法分辨。

在Evergreen架构（即HD5000系列）中，AMD秉承了自R600以来的做法，集成了一个专用的Tessellation处理单元。在之后的Northern Islands架构的Barts核心中（即HD6800系列），AMD又对Tessellation处理单元做了优化，通过增强的线程分配模块设计，Barts核心在低Tessellation计算负载下拥有1.5倍于5800系列的处理能力。当然高负载下仍然不理想。之后的采用Cayman核心的HD6900系列显卡，则将专用的Tessellation处理单元增加到2个。

AMD这种设计的优点在于，专用的Tessellation单元并不占用流处理器资源，不影响3D渲染数据的计算。在实际游戏中，画面分辨率越高，抗锯齿级别越高，3D渲染处理需求越大，这种设计的优势就越明显。

其缺点是，在3D渲染数据处理需求不大时，遇到高负载Tessellation计算，便力不从心。

2011年12月22日，AMD发布了新一代测采用SI GCN架构的AMD Radeon HD7970显卡。得益于GCN架构，其曲面细分计算能力也得到了飞跃式的发展。HD7970显卡的曲面细分单元概念被几何引擎流水线所代替，仍为专用的2个，但是采用了最新的硬件Tessellation迭代单元，提高了顶点的复用度、片外缓存设计有所增强、采用了更大参数的高速缓存，因此HD7970的Tessellation和几何缓存都有显著的增强，能在所有拆分倍率下达到4 倍于HD6970 。与竞争对手相比，HD7970较之于GTX580，以八分之一的几何引擎数量获得了1.6倍的性能。特别是这种设计仍不会占用显卡的3D数据计算资源。

曲面细分，或者更准确的说“镶嵌化处理技术”，就是在顶点与顶点之间自动嵌入新的顶点。在自动插入大量新的顶点之后，模型的曲面会被分得非常细腻，看上去更加平滑致密。它是一种能够在图形芯片内部自动创造顶点，使模型细化，从而获得更好画面效果的技术。 曲面细分能自动创造出数百倍与原始模型的顶点，这些不是虚拟的顶点，而是实实在在的顶点，效果是等同于建模的时候直接设计出来的。

曲面细分技术是完全可编程的，它提供了多种插值顶点位置的方法来创造各种曲面：

1. N-Patch曲面，就是和当年TruForm技术一样，根据基础三角形顶点的法线决定曲面；

2. 贝塞尔曲面，根据贝塞尔曲线的公式计算顶点的位置；

3. B-Spline、NURBs、NUBs曲线（这三种曲线均为CAD领域常用曲线，在Maya中均有相应工具可以生成）

4. 通过递归算法接近Catmull-Clark极限曲面。Tessellation技术最初主要被用以“细分曲面”，随着该技术被纳入DirectX11范畴，得到大范围推广之后，插值顶点的算法也越来越多，因此用途也越来越广，产生了很多非常有创意的应用。 例如nVIDIA的一个Demo演示了利用Tessellation技术生产的“头发”，这些头发都是真实存在的，当然并不是为每一根头发建立一个模型，而是利用Tessellation技术在有限的头发模型中，镶嵌入更多的头发模型。

除了大幅提升模型细节和画质外，Tessellation最吸引程序员的地方就是：他们无需手动设计上百万个三角形的复杂模型，只需简单勾绘一个轮廓，剩下的就可以交给Tessellation技术自动镶嵌，大大提高开发效率；而且简单的模型在GPU处理时也能大幅节约显存开销，同时大幅提升渲染速度。