[DS38高壓機械有功表]智能電表設計挑戰諸多　成功計量解決方案

采用智能電表讓企業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和需求。在這種情況下，設計人員很容易出現設計問題，使產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，從而能夠從容應對并設計出有效的解決方案。

挑戰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境中使用。因此，根據ADC的性能和用例環境，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定時間-穩定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/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，因此可以進行適當的計算。這種“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。