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      [DS38高壓機械有功表]智能電表設計挑戰(zhàn)諸多 成功計量解決方案

      更新時間: 2012-07-21  點擊次數(shù): 2060次

      采用智能電表讓企業(yè)和工程師有更多機會設計出符合不斷演進的標準的計量解決方案,這些解決方案能夠滿足未來需求,并將成為大眾解決方案的一部分,即低成本解決方案。然而,要設計出成功的計量解決方案,還需要克服許多難題。

       

       

      很多時候,開發(fā)計量芯片的設計人員甚至沒有意識到計量解決方案所面對的挑戰(zhàn)和需求。在這種情況下,設計人員很容易出現(xiàn)設計問題,使產(chǎn)品因為小的設計缺陷而無法用于zui終解決方案。

       

      本文將介紹計量SoC設計中的一些主要問題,并提出一些能夠實現(xiàn)預期目標的解決方案。同時,本文還使SoC設計人員能夠提前了解挑戰(zhàn),從而能夠從容應對并設計出有效的解決方案。

       

      挑戰(zhàn)1:*度

       

      *度是計量應用獲得成功的關鍵,因為服務提供商絕不會采用無法準確測量的儀表。*度對于電表應用來說尤為重要,因為與天然氣/水流量表模型相比,電表更加依賴模擬片上組件。通常,電表使用片上ADC測量電流和電壓的電平(因為片外ADC會增加zui終解決方案的價格)。另一方面,燃氣流量計使用片外傳感器感應氣體流的速度。

       

      這些傳感器能夠以一系列脈沖的形式提供數(shù)字輸出,這些輸出與流速成正比。由于這些傳感器一般都采用數(shù)字接口,因此整體精度對SoC的依賴性較低,更多地依賴于外部傳感器。

       

      另一方面,對于電能計量,*度取決于兩個方面:輸電線如何與儀表相接(使用變壓器、傳感器、Rogowski線圈等)以及片上AFE(模擬前端)對電壓和電流的測量精度。

       

      因此,對于燃氣/水流量表來說,精度在很大程度上取決于所連接的傳感器的精度。對于電表,精度取決于兩個因素:SoC的AFE以及SoC的片外模擬接口。下面我們將逐個進行討論。

       

      模擬前端(AFE)從客戶的角度來說,AFE的精度是zui重要的因素。通常情況下,ADC的結果決定SoC的可擴展性。

       

      模擬系統(tǒng)的精度主要取決于ADC的選擇。Σ-Δ ADC和逐次逼近(SAR)ADC是計量應用中zui常用的,這兩種ADC都有其各自的優(yōu)缺點。SAR ADC使用逐次逼近算法,Σ-Δ ADC使用過采樣技術對輸入進行采樣,并執(zhí)行轉換。SAR ADC非常適用于功率敏感型應用。

       

      然而,它們可能不適合在非常嘈雜的環(huán)境中使用。因此,根據(jù)ADC的性能和用例環(huán)境,可以在ADC輸入端使用低通濾波器過濾噪聲。同時,與Σ-Δ ADC相比,它們還具有較低的穩(wěn)定時間-穩(wěn)定ADC以給出準確轉換值所需的時間。

       

      因此,SAR ADC更加適用于需要快速切換輸入通道的應用,快速切換通道會導致快速改變輸入電平。Σ-Δ ADC需要高頻率時鐘,從而縮短穩(wěn)定時間。因此,這會提高解決方案的zui終成本并增加功耗。

       

      負載線接口能耗計算需要在電流和電壓值之間執(zhí)行多次乘法和加法運算。確定輸入負載電壓很容易;然而,確定電流消耗的確有些困難。

       

      家庭/工業(yè)/建筑物消耗的總電流不能饋送到芯片。然而,可以確定一個比例值(電流或電壓)并饋送到AFE,然后使用ADC進行測量。

       

      電流和電壓測量的比例因子是不變的,因此可以進行適當?shù)挠嬎恪_@種“電流測量”過程的一個限制是需要有能夠直接測量電流的低成本ADC。

       

      另一種選擇是使用已知的負載電阻將該電流轉換成相應的電壓,然后通過ADC測量該電壓,它對應于實際的電流消耗。這為電流測量提供了更可行的低成本解決方案,并且有各種技術可用于電流測量。一些使用zui廣泛的技術包括-分流電阻器、Rogowski線圈、電流互感器。

       

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