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分析智能电表设计的挑战

作者:华体汇app下载 时间:2021-11-16 10:27
本文摘要:使用智能电表让企业和工程师有更加多机会设计出有合乎大大演变的全球标准的计量解决方案,这些解决方案需要符合未来市场需求,并将沦为大众解决方案的一部分,即低成本解决方案。然而,要设计出有顺利的计量解决方案,还必须解决许多难题。 很多时候,研发计量芯片的设计人员甚至没意识到计量解决方案所面临的挑战和市场需求。在这种情况下,设计人员很更容易经常出现设计问题,使产品因为小的设计缺失而无法用作最后解决方案。

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使用智能电表让企业和工程师有更加多机会设计出有合乎大大演变的全球标准的计量解决方案,这些解决方案需要符合未来市场需求,并将沦为大众解决方案的一部分,即低成本解决方案。然而,要设计出有顺利的计量解决方案,还必须解决许多难题。  很多时候,研发计量芯片的设计人员甚至没意识到计量解决方案所面临的挑战和市场需求。在这种情况下,设计人员很更容易经常出现设计问题,使产品因为小的设计缺失而无法用作最后解决方案。

  本文将讲解计量SoC设计中的一些主要问题,并明确提出一些需要构建预期目标的解决方案。同时,本文还使SoC设计人员需要提早理解挑战,从而需要从容应对并设计出有有效地的解决方案。

  挑战1:精确度  精确度是计量应用于获得成功的关键,因为服务提供商绝不会使用无法精确测量的仪表。精确度对于电表应用于来说尤为重要,因为与天然气/水流量表模型比起,电表更为倚赖仿真片上组件。一般来说,电表用于片上ADC测量电流和电压的电平(因为片外ADC不会减少最后解决方案的价格)。

另一方面,燃气流量计用于片外传感器感应器气体东流的速度。  这些传感器需要以一系列脉冲的形式获取数字输入,这些输入与流速成正比。

由于这些传感器一般都使用数字模块,因此整体精度对SoC的依赖性较低,更好地依赖外部传感器。  另一方面,对于电能计量,精确度各不相同两个方面:输电线如何与仪表相连(用于变压器、传感器、Rogowski线圈等)以及片上AFE(仿真前端)对电压和电流的测量精度。

  因此,对于燃气/水流量表来说,精度在相当大程度上各不相同所相连的传感器的精度。对于电表,精度各不相同两个因素:SoC的AFE以及SoC的片外仿真模块。下面我们将逐一展开辩论。

  仿真前端(AFE)从客户的角度来说,AFE的精度是最重要的因素。一般来说情况下,ADC的结果要求SoC的可扩展性。

  模拟系统的精度主要各不相同ADC的自由选择。-ADC和大幅度迫近(SAR)ADC是计量应用于中最常用的,这两种ADC都有其各自的优缺点。SARADC用于大幅度迫近算法,-ADC用于过取样技术对输出展开取样,并继续执行切换。

SARADC十分限于于功率脆弱型应用于。  然而,它们有可能不合适在十分喧闹的环境中用于。

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因此,根据ADC的性能和用例环境,可以在ADC输出末端用于低通滤波器过滤器噪声。同时,与-ADC比起,它们还具备较低的平稳时间-平稳ADC以得出精确切换值所须要的时间。

  因此,SARADC更为限于于必须较慢转换输出地下通道的应用于,较慢转换地下通道不会造成较慢转变输出电平。-ADC必须高频率时钟,从而延长平稳时间。

因此,这不会提升解决方案的最后成本并减少功耗。  阻抗线模块能耗计算出来必须在电流和电压值之间继续执行多次乘法和乘法运算。确认输出阻抗电压很更容易;然而,确认电流消耗的确有些艰难。

  家庭/工业/建筑物消耗的总电流无法馈送到芯片。然而,可以确认一个比例值(电流或电压)并馈送到AFE,然后用于ADC展开测量。  电流和电压测量的比例因子是恒定的,因此可以展开必要的计算出来。

这种电流测量过程的一个容许是必须有需要必要测量电流的低成本ADC。  另一种自由选择是用于未知的负载电阻将该电流转换成适当的电压,然后通过ADC测量该电压,它对应于实际的电流消耗。这为电流测量获取了更加不切实际的低成本解决方案,并且有各种技术可用作电流测量。

一些用于最普遍的技术还包括-分流电阻器、Rogowski线圈、电流互感器。  分流电阻器技术用于摆放在阻抗电流线路上的小(分流)电阻器。当阻抗电流通过该电阻时,不会构成一个小的电压叛。

这个电压叛作为输出馈送到AFE中,后者可以测量适当的电流消耗。  电流互感器(CT)方法与普通变压器的工作方式完全相同,阻抗电流(已消耗电流)磁通在二级CT线圈中分解少量电流,然后将电流通过负载电阻器,将其转换成适当的电压,然后再行馈送到MCU的AFE。  Rogowski线圈是另一种测量电流的方法(闻图1)。

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这类线圈对于变化较小的电流也有不俗的测量效果。然而,它们以时间差分形式获取输入。这就是必须一个积分器取得适当电流值的原因。

    图1:Rogowski线圈结构。  对比上述三种方式,分流电阻器技术是最低廉的;然而,该技术很难符合低电流测量拒绝,并且不存在DC位移的问题。电流互感器(CT)需要比分流电阻器技术测量更好的电流,然而,它们本身也不存在问题:它们的成本更高,不存在饱和状态、迟缓和DC/低电流饱和状态等问题。  第三种Rogowski线圈法的测量范围比CT小,对大电流范围展现出出有较好的线性特性,也不不存在饱和状态、迟缓或DC/低电流饱和状态问题。

  然而,它的成本只比分流电阻器稍微低一点。考虑到电流变化和消耗类型,分流电阻器技术主要用作消费/住宅应用于,Rogowski线圈在工业应用于中的用于更加普遍。  挑战2:电流消耗  SoC的电流消耗是影响应用于/解决方案的电池寿命的主要因素。

因此,在电池供电模式下运营的应用于拒绝SoC具备非常低的电流消耗。燃气计/流量计不与电源必要相连。  因此,它们不能由电池展开供电。因此,与电表比起,这些应用于对电流更为脆弱。

这一特性十分最重要,因为计量表的平均值使用寿命大约为15年,客户当然不期望间隔几年就替换电池。  因此,与电表比起,燃气/流量计应用于对这些容许更为脆弱。在典型燃气/流量计解决方案中,仪表大多数时间都维持在低能耗状态。

它将定期于隔年苏醒以计算出来能量消耗,存储数值,并有可能重置脉冲计数器等。  另外,燃气/水/热量的消耗模式不同于电能,因为它们不像电那样无时无刻不出用于。

因此,内核不用总是正处于通电状态。较低功率模式电流将扮演着最重要的角色。许多公司指出低功耗模式电流的范围是1.1A-2A(休眠状态模式待机电流)。  另一个注目领域是SoC的启动时间及涉及的电流消耗。

由于应用于拒绝仪表必需定期苏醒,因此启动时间和启动电流将十分关键。因此,此类SoC中用于的内核比处理速度等其它因素更为最重要。


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