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智能無(wú)線核相儀電表成功計(jì)量解決方案
點(diǎn)擊次數(shù):2078 更新時(shí)間:2013-11-05

 采用智能無(wú)線核相儀電表讓企業(yè)和工程師有更多機(jī)會(huì)設(shè)計(jì)出符合不斷演進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)量解決方案,這些解決方案能夠滿足未來(lái)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(shè)計(jì)出成功的計(jì)量解決方案,還需要克服許多難題。
  
  很多時(shí)候,開(kāi)發(fā)計(jì)量芯片的設(shè)計(jì)人員甚至沒(méi)有意識(shí)到計(jì)量解決方案所面對(duì)的挑戰(zhàn)和需求。在這種情況下,設(shè)計(jì)人員很容易出現(xiàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題,使產(chǎn)品因?yàn)樾〉脑O(shè)計(jì)缺陷而無(wú)法用于zui終解決方案。
  
  本文將介紹計(jì)量SoC設(shè)計(jì)中的一些主要問(wèn)題,并提出一些能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的解決方案。同時(shí),本文還使SoC設(shè)計(jì)人員能夠提前了解挑戰(zhàn),從而能夠從容應(yīng)對(duì)并設(shè)計(jì)出有效的解決方案。
  
  挑戰(zhàn)1:度
  
  度是計(jì)量應(yīng)用獲得成功的關(guān)鍵,因?yàn)榉?wù)提供商絕不會(huì)采用無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量的儀表。度對(duì)于電表應(yīng)用來(lái)說(shuō)尤為重要,因?yàn)榕c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(cè)量電流和電壓的電平(因?yàn)槠釧DC會(huì)增加zui終解決方案的價(jià)格)。另一方面,燃?xì)饬髁坑?jì)使用片外傳感器感應(yīng)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(duì)SoC的依賴性較低,更多地依賴于外部傳感器。
  
  另一方面,對(duì)于電能計(jì)量,度取決于兩個(gè)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(duì)電壓和電流的測(cè)量精度。
  
  因此,對(duì)于燃?xì)?水流量表來(lái)說(shuō),精度在很大程度上取決于所連接的傳感器的精度。對(duì)于電表,精度取決于兩個(gè)因素:SoC的AFE以及SoC的片外模擬接口。下面我們將逐個(gè)進(jìn)行討論。
  
  模擬前端(AFE)從客戶的角度來(lái)說(shuō),AFE的精度是zui重要的因素。通常情況下,ADC的結(jié)果決定SoC的可擴(kuò)展性。
  
  模擬系統(tǒng)的精度主要取決于ADC的選擇。Σ-ΔADC和逐次逼近(SAR)ADC是計(jì)量應(yīng)用中zui常用的,這兩種ADC都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)。SARADC使用逐次逼近算法,Σ-ΔADC使用過(guò)采樣技術(shù)對(duì)輸入進(jìn)行采樣,并執(zhí)行轉(zhuǎn)換。SARADC非常適用于功率敏感型應(yīng)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(guò)濾噪聲。同時(shí),與Σ-ΔADC相比,它們還具有較低的穩(wěn)定時(shí)間-穩(wěn)定ADC以給出準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換值所需的時(shí)間。
  
  因此,SARADC更加適用于需要快速切換輸入通道的應(yīng)用,快速切換通道會(huì)導(dǎo)致快速改變輸入電平。Σ-ΔADC需要高頻率時(shí)鐘,從而縮短穩(wěn)定時(shí)間。因此,這會(huì)提高解決方案的zui終成本并增加功耗。
  
  負(fù)載線接口能耗計(jì)算需要在電流和電壓值之間執(zhí)行多次乘法和加法運(yùn)算。確定輸入負(fù)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(gè)比例值(電流或電壓)并饋送到AFE,然后使用ADC進(jìn)行測(cè)量。
  
  電流和電壓測(cè)量的比例因子是不變的,因此可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)挠?jì)算。這種“電流測(cè)量”過(guò)程的一個(gè)限制是需要有能夠直接測(cè)量電流的低成本ADC。
  
  另一種選擇是使用已知的負(fù)載電阻將該電流轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓,然后通過(guò)ADC測(cè)量該電壓,它對(duì)應(yīng)于實(shí)際的電流消耗。這為電流測(cè)量提供了更可行的低成本解決方案,并且有各種技術(shù)可用于電流測(cè)量。一些使用zui廣泛的技術(shù)包括-分流電阻器、Rogowski線圈、電流互感器。

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