<dfn id="yhprb"><s id="yhprb"></s></dfn><dfn id="yhprb"><delect id="yhprb"></delect></dfn><dfn id="yhprb"></dfn><dfn id="yhprb"><delect id="yhprb"></delect></dfn><dfn id="yhprb"></dfn><dfn id="yhprb"><s id="yhprb"><strike id="yhprb"></strike></s></dfn><small id="yhprb"></small><dfn id="yhprb"></dfn><small id="yhprb"><delect id="yhprb"></delect></small><small id="yhprb"></small><small id="yhprb"></small> <delect id="yhprb"><strike id="yhprb"></strike></delect><dfn id="yhprb"></dfn><dfn id="yhprb"></dfn><s id="yhprb"><noframes id="yhprb"><small id="yhprb"><dfn id="yhprb"></dfn></small><dfn id="yhprb"><delect id="yhprb"></delect></dfn><small id="yhprb"></small><dfn id="yhprb"><delect id="yhprb"></delect></dfn><dfn id="yhprb"><s id="yhprb"></s></dfn> <small id="yhprb"></small><delect id="yhprb"><strike id="yhprb"></strike></delect><dfn id="yhprb"><s id="yhprb"></s></dfn><dfn id="yhprb"></dfn><dfn id="yhprb"><s id="yhprb"></s></dfn><dfn id="yhprb"><s id="yhprb"><strike id="yhprb"></strike></s></dfn><dfn id="yhprb"><s id="yhprb"></s></dfn>

新聞中心

EEPW首頁(yè) > 電源與新能源 > 設計應用 > 內置高精度溫補硬件RTC的SoC智能電表方案

內置高精度溫補硬件RTC的SoC智能電表方案

作者: 時(shí)間:2011-10-08 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏
隨著(zhù)國家電網(wǎng)公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)國網(wǎng))的招標,電表廠(chǎng)商之間的競爭日趨激烈,生產(chǎn)成本成為他們最關(guān)心的問(wèn)題之一,只有降低成本才有可能在低價(jià)競爭中占據有利地位,逐步提高利潤。這使得SoC成為關(guān)注的焦點(diǎn)。

  從目前國網(wǎng)單相智能電能表整體方案來(lái)看,電子物料中成本較高的分別是實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片、ESAM安全芯片、MCU、計量芯片、LCD驅動(dòng)。ESAM安全芯片由于安全需要為國網(wǎng)指定使用,不具備集成條件;計量芯片雖然在趨勢上最終要被集成到SoC芯片,但由于國網(wǎng)對此態(tài)度較為審慎,短時(shí)間難有突破。所以目前比較務(wù)實(shí)的SoC方案是將LCD驅動(dòng)和實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片集成進(jìn)去。LCD驅動(dòng)大部分IC廠(chǎng)商均有類(lèi)似產(chǎn)品,并不存在技術(shù)難度。而實(shí)時(shí)時(shí)鐘方面,單相使用的芯片主要為EPSON的8025T、Intersil12020M、美信DS3231,單價(jià)均在7元以上,價(jià)格較貴,但其性能指標較高,-40℃~85℃范圍內,精度優(yōu)于0.432s/d,遠高于國網(wǎng)要求的-25℃~60℃,1s/d的要求。要在SoC芯片中實(shí)現外置實(shí)時(shí)芯片接近的性能,雖有難度,但也并非完全不可能。

內置高精度溫補硬件RTC的SoC智能電表方案

  實(shí)時(shí)時(shí)鐘的計時(shí)精度主要取決于時(shí)鐘源的特性,以及如何根據時(shí)鐘源的特性做出補償機制。下面就這兩個(gè)方面來(lái)做簡(jiǎn)單的介紹。

  由于實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片需要在電池供電情況下工作,所以功耗成為一個(gè)很重要的考慮因素,通常采用高ESR的音叉晶振。音叉晶振精度受到以下幾個(gè)方面的影響。

  生產(chǎn)工藝的偏差導致常溫下的頻率發(fā)生偏移。頻率偏移量一般在±20PPM左右,精度稍高的在±5PPM;

  溫度的影響:這部分影響最大,頻率偏移與溫度近似成拋物線(xiàn)特性;

  老化:晶振精度會(huì )隨著(zhù)工作時(shí)間的增加而發(fā)生變化。第一年晶振精度最大會(huì )有±3PPM變異,整個(gè)使用壽命期間會(huì )有±10PPM的變化;

  激勵功率的影響:過(guò)高的激勵功率會(huì )影響時(shí)鐘源的精確性和壽命,所以激勵功率應控制在晶振可接受的范圍內,對于常用的32768音叉晶振,激勵功率應小于1μW;

  負載電容:包括外接的負載電容和PCB雜散電容。負載電容對頻率的影響稱(chēng)為牽引率,可用以下公式表示:

  其中,CM為晶體的動(dòng)態(tài)等效電容,C0為晶體的靜態(tài)電容,CL為外接負載電容。

內置高精度溫補硬件RTC的SoC智能電表方案

常見(jiàn)的補償機制分為模擬方法和數字方法

  模擬方法主要原理是利用負載電容對頻率的影響來(lái)實(shí)現,通過(guò)增加和減少負載電容來(lái)達到補償頻率偏移的目的。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于補償的實(shí)時(shí)性,補償后的每個(gè)32768kHz時(shí)鐘都是準確的。但缺點(diǎn)也很明顯,補償的范圍有限,電容太大或太小都將帶來(lái)穩定性問(wèn)題;補償的非線(xiàn)性以及補償效果與晶體本身的CM有關(guān),這將帶來(lái)批量調節的復雜性。

  常用的數字補償機制為T(mén)TF(數字脈沖吞吐法),通過(guò)吞吐時(shí)鐘的個(gè)數來(lái)達到對計時(shí)精度的補償。比如,對于32768Hz時(shí)鐘源,通常只需要數32768個(gè)脈沖,就可輸出精確的1Hz信號,但當時(shí)鐘源振蕩頻率由32768Hz變大為32769Hz時(shí),仍按32768個(gè)脈沖計數輸出1Hz信號顯然會(huì )偏快。這時(shí)可以通過(guò)增加1個(gè)脈沖即數32769個(gè)脈沖再輸出1Hz,這時(shí)的1Hz就是精確的了。補償的精度為1/32768=30.5PPM。如果需要提高補償精度可以有兩種辦法:1) 增加吞吐脈沖數的周期時(shí)間,如由1s增加至60s,此時(shí)調節精度變?yōu)?/32768/60=0.51PPM,但實(shí)時(shí)性降低;2) 提高吞吐脈沖的頻率,如內置100倍頻的PLL電路,這樣增加1個(gè)脈沖改變的寬度僅為原32768Hz的1/100,此時(shí)補償精度可達到0.305PPM,但這樣會(huì )帶來(lái)功耗的增加。數字補償方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要改變振蕩器本身,其補償范圍大,又不會(huì )帶來(lái)穩定問(wèn)題,補償效果確定,與晶體特性無(wú)關(guān)。缺點(diǎn)是補償的實(shí)時(shí)性和功耗難以同時(shí)保證。

內置高精度溫補硬件RTC的SoC智能電表方案

  目前市面上的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片出于電池應用場(chǎng)合功耗考慮,大多采用模擬方法與數字低頻時(shí)鐘方法相結合的方法來(lái)實(shí)現實(shí)時(shí)性和功耗平衡,其缺點(diǎn)是工廠(chǎng)調校較多。而在特定應用場(chǎng)合,在電池供電情況下無(wú)需輸出1Hz秒脈沖,此時(shí)對校正的實(shí)時(shí)性要求不高,可以使用低頻脈沖補償方法,同時(shí)滿(mǎn)足功耗的要求。而在市電供電情況下要求輸出穩定精確的1Hz秒脈沖,但此時(shí)對功耗要求不高,因此可采用高頻脈沖方式來(lái)進(jìn)行輸出補償,這便使得全數字補償成為可能。

  本文采用的方式就是全數字補償方式。系統結構圖如圖4所示。

內置高精度溫補硬件RTC的SoC智能電表方案

  該系統采用的是中穎電子為國網(wǎng)量身定制的SoC芯片SH79F6431。

  SH79F6431主要資源如下:

  工作電壓2.4V~3.6V(部分IO支持5V,用于PLC接口);

  JTAG在線(xiàn)調試;

  64KB FLASH程序存儲空間;

  256B IRAM,2816 XRAM;

  3路UART接口,一路內置紅外調制電路;

  3路定時(shí)器,2路PWM,可用來(lái)產(chǎn)生ESAM和CPU卡時(shí)鐘;

  硬件IIC接口,方便與LCD,EEPROM通訊;

  內置4通道10 bit ADC,可內部直接測量電池電壓;

  帶補償低功耗硬件實(shí)時(shí)時(shí)鐘;

  內置高速PLL;

  內置掉電檢測基準源,方便準確檢測外部掉電;

  內置電源切換電路;

  內置4*39 LCD driver;

  支持ISP。

  從資源上看,SH79F6431完全可以滿(mǎn)足國網(wǎng)單相電能表的應用,比較特別的是其RTC為硬件RTC,其運行獨立于CPU,不受各種復位電路的影響,并可提供兩種供電模式下的功耗兼顧和實(shí)時(shí)性補償機制。在保證市電供電情況下,每個(gè)秒脈沖都準確穩定,而且用戶(hù)接口統一,非常簡(jiǎn)單易用,用戶(hù)只要將需要校正的頻率偏差除以2.03并取整后寫(xiě)入校正寄存器(RTCDATA)即可。

  圖4中Rref,Rntc和C1組成測溫電路,用于晶體環(huán)境溫度的測量??紤]到功耗和自熱問(wèn)題,Rref和Rntc的阻抗較大,這里Rref選用100kΩ/0.1%電阻,Rntc采用50kΩ,C1為1000pF,用于滿(mǎn)足ADC輸入動(dòng)態(tài)電阻的要求。

  振蕩器選用Seiko VT-200F及12pF,電容應采用溫漂較小的C0G電容。

 對于前文提到的各種影響時(shí)鐘精度的因素,補償方法如下:

  工藝和負載電容的影響:

  在常溫(25℃左右)下測量出頻偏B(單位PPM),將B/2.03寫(xiě)入RTCDATA即可。

  老化的影響:

  根據晶體實(shí)際工作時(shí)間和老化率,將老化引起的頻偏除以2.03可得到老化補償值,與常溫補償值和溫度補償值代數求和后,寫(xiě)入RTCDATA,每年補償一次。

  溫度的影響:

  用測溫電路測量出當前的溫度值,根據溫度和晶振頻率隨溫度變化的曲線(xiàn),找到對應溫度下由溫度影響引起的頻偏A。全溫度范圍內,要補償滿(mǎn)足國網(wǎng)要求,需確保溫度控制在±1℃以?xún)取?/P>

  晶振的溫度特性并非理想的拋物線(xiàn),各廠(chǎng)商的溫度特性均不相同,需要大量的溫度實(shí)驗來(lái)獲取溫度特性,工作量巨大。實(shí)踐表明,每5℃一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行描繪,既可以保證精度,又可以使工作量得到較大的減輕。

  補償動(dòng)作在市電供電下,可一分鐘進(jìn)行一次;在電池供電下,考慮到功耗,一般十五分鐘一次即可。一次補償的軟件流程如圖5所示。

內置高精度溫補硬件RTC的SoC智能電表方案

  本文小結

  基于SH79F6431的內置RTC補償SoC方案,簡(jiǎn)單易行,無(wú)需復雜運算,相比較獨立RTC芯片成本得到大幅降低。目前該方案通過(guò)批量試產(chǎn)驗證,性能可優(yōu)于國網(wǎng)要求,全溫度范圍內,達到±0.3s/d,補償效果關(guān)鍵取決于測溫精度和物料的一致性。

電能表相關(guān)文章:電能表原理


關(guān)鍵詞: 智能電表 高精度溫補

評論


相關(guān)推薦

技術(shù)專(zhuān)區

關(guān)閉
国产精品自在自线亚洲|国产精品无圣光一区二区|国产日产欧洲无码视频|久久久一本精品99久久K精品66|欧美人与动牲交片免费播放
<dfn id="yhprb"><s id="yhprb"></s></dfn><dfn id="yhprb"><delect id="yhprb"></delect></dfn><dfn id="yhprb"></dfn><dfn id="yhprb"><delect id="yhprb"></delect></dfn><dfn id="yhprb"></dfn><dfn id="yhprb"><s id="yhprb"><strike id="yhprb"></strike></s></dfn><small id="yhprb"></small><dfn id="yhprb"></dfn><small id="yhprb"><delect id="yhprb"></delect></small><small id="yhprb"></small><small id="yhprb"></small> <delect id="yhprb"><strike id="yhprb"></strike></delect><dfn id="yhprb"></dfn><dfn id="yhprb"></dfn><s id="yhprb"><noframes id="yhprb"><small id="yhprb"><dfn id="yhprb"></dfn></small><dfn id="yhprb"><delect id="yhprb"></delect></dfn><small id="yhprb"></small><dfn id="yhprb"><delect id="yhprb"></delect></dfn><dfn id="yhprb"><s id="yhprb"></s></dfn> <small id="yhprb"></small><delect id="yhprb"><strike id="yhprb"></strike></delect><dfn id="yhprb"><s id="yhprb"></s></dfn><dfn id="yhprb"></dfn><dfn id="yhprb"><s id="yhprb"></s></dfn><dfn id="yhprb"><s id="yhprb"><strike id="yhprb"></strike></s></dfn><dfn id="yhprb"><s id="yhprb"></s></dfn>