近年来，越来越多的固定功能集成电路（IC）被引入市场。果你想在电表设计上取得突破，但是将其固定功能限制在现有的IC上，你需要创造新的创意设计。困难的是。多集成模拟前端能量（AFE）IC使用delta-sigma ADC并通过ROM过程（固定状态机）计算输出功率。些IC不能修改或用于功率测量以外的功能。功功率，视在功率和有效电流和电压等数字计算模块是固定的，在一定频率下工作并具有固定的输出精度。然这些组件可以完全用于其固定功能，但它们的设计不够灵活。前，IC制造商通常只提供ROM过程能量集成电路作为执行这些功能的开源解决方案;他们现在提供delta-sigma可配置闪存设计形式的解决方案。文介绍了一个完整的计数器设计示例，该计数器设计使用大约7 KB的程序空间来实现完整的三相计数器IC。设计基于中断，仅使用50％的中断处理时间（系统电源频率为60 Hz，每个周期128个采样）。
130μs的范围内，计算三相需要大约65μs，包括偏移，增益和相位校准以及LSB调整。功率计设计功率输出寄存器需要高达48位的计算空间，这在低成本的8位微控制器（MCU）上很难实现。为闪存提供的解决方案比使用ROM处理的IC计数器具有更大的灵活性和优点，这将在下面详细描述。ROM过程的计数器设计首先依赖于外部存储器进行仪表校准。态机通过智能设置自动加载，这是昂贵且耗时的。号流的第三步必须将校准常数加载到固定功能电表IC中。过将ROM处理的模拟前端组件的计算功能与闪存的主微控制器组合，可以消除其中一个步骤。表的校准和一相的恒定负载减少了集成电路的数量和系统的成本。表精度取决于可靠的模拟性能在决定使用的设计之前，设计人员必须首先确定模拟设计的可靠性：系统和ADC的模拟性能最终会限制整体精度计数器。
计趋势表明分流器和信号越来越小。此，ADC转换器的噪声越低，集成的高分辨率能量测量电路就越符合市场需求。了设计符合IEC标准的仪表（包括0.5和0.1电平表），可以设计出具有出色线性性能的可忽略，低噪声的16位双通道ADC。Microchip Technology的MCP3909电能测量电路是delta-sigma组件，专为满足上述标准的电源测量应用而设计，具有灵活的数字模块和通信路径; fc配有两个16位模数转换器。噪比失真比（SINAD）为82 dB，支持远远超出IEC要求的动态测量范围。成电路上的PGA（增益高达32 V / V）支持下面显示的信号大小和测量误差;此外，该器件还可帮助设计人员控制ADC和乘法器输出以及滤波器输入。（过滤输入）。组件可与微控制器或单个测量解决方案一起使用。某些情况下，仪表的设计不需要双芯片解决方案，因为计数器IC中的功率的计算功能是足够的。用固定功能DSP模块进行有功功率计算和脉冲驱动机械计数器的产生已被业界广泛接受，并且这种脉冲输出计算模块已成为标准的行业。模块包含在MCP3909 IC中。单芯片解决方案仅需一点校准，可用于独立或微控制器计数器。灵活性有助于仪表制造商对其设备进行认证和测试。各种仪表设计兼容的单个仪表可以帮助仪表设计人员，制造商和电力公司找到最终解决方案。
MCP3909组件的灵活性可灵活应用于各种仪表设计。功能集成电能测量IC概念允许设计人员将delta-sigma ADC和乘法器输出直接连接到双功能引脚，从而最大限度地提高能量测量与MCU之间的互连。光灯。高设计的灵活性。过直接测量ADC电压，电流和功率输出，可以将闪存MCU的处理能力组合起来进行数值计算，并充当中央处理器。
计实例：三相电表的设计图3显示了三相电表设计的一个示例，以及MCP3909和PIC18F 8位高端微控制器系列（MCP3909-3PH18F- RD1）。示例将可直接访问的Δ-Σ能量集成电路与廉价的计数器计算引擎相结合，以降低组件成本并简化仪表校准的过程和设计。冲器，电源和电能寄存器以及RMS电压和电流寄存器位于闪存MCU上，所有缓冲区均可通过串行接口访问，类似于先前在过程中使用的计数IC。ROM。
样的事情在中间完成。设计的特点是在校准计数器之后，可以以精确的功率单位的数据值串行访问缓冲器的数据。冲区的十进制值表示功率值。于电源，可用缓冲区的大小为48位，对于电源，可用缓冲区大小为64位。如，名称以“w”结尾的缓冲区是测量的功率值。“VA”结尾的缓冲器包含特定相的伏安值。得的均方根电流用“I”表示，均方根电压用“V”表示。LSB校正概念允许设计人员使用自动校准软件调整缓冲分辨率。冲器表示功率（kW），电压（伏特），电流（安培）和电能（kWh）的LSB量。设输出缓冲区中的值为1234，则表示1234W或1，234KW。需要连接到其他测量系统，模块或输出屏幕（例如LCD）时，可以简化计数器的固件设计。数点的位置（即能量的分辨率）由在仪表设计的校准软件部分中输入的值确定。自动软件计数器校准步骤中，将计算正确的LSB校正因子以确保最低有效数字表示一定量的最低有效数字。如，如果缓冲器PHA_1_RMS（表示相A的均方根电流）包含十进制值4523并且根据仪表设计软件将分辨率设置为0.01，则该值表示45.23A。些算法和自动化算法的软件随仪表参考设计一起提供，可从Microchip网站www.microchip.oom / meter免费下载。件中的仪表设计允许用户输入仪表的确切参数。于任何仪表生产批次，可以在生产时对其进行定制，以增加CAN安全裕度，以进行有效或有效的功率计算。生成计数器时，还可以通过软件/闪存接口轻松更改其他计数器常量（例如空阈值限制）。USB计数器数据的读取/校准对于高阶计数器的设计，仪表所需的校正因子不仅在生产时在柜台外计算，恒温阀芯还需要连接计数器。
于在校准期间执行计算的软件和校准设备。前，市场上的计算机很少配备RS-232串口，RS-232一次只与一个连接到总线的设备通信：但是，在校准仪表时，通常需要同时控制10至50米。准电压和电流。此，使用RS-232，无法通过PC与多个仪表通信。
以看出，使用USB Link Meter的校准软件进行校准将更符合实际需要。表的USB监控和校准软件与传统的串行和并行软件解决方案相比具有一些优势。些优势包括卓越的连接性，更宽的通信带宽以及同时为多个仪表供电的能力。外，USB还可以快速从多个仪表收集数据。以从Microchip网站（www.microchip.com/meter）免费下载图4所示的USB仪表软件。使用上述示例PIC18F和MCP3909闪光能量测量IC由仪表校准和读取。于这两种解决方案，软件接口都支持RS-232/485和USB协议。种开源USB软件具有许多优于现有解决方案的功能，包括存储和读取仪表校准状态的功能。存MCU包含校准缓冲区，软件通过该缓冲区指示是否已校准给定量的电源。位校准用黄色图标表示，如图4所示。校准方法仅适用于闪存计数器计算引擎，不适合在ROM集成电路上实现。外，系统还遵循标准阶段，并在校准期间执行阶段之间的增益匹配。了避免计数器设计的计数器和知识产权的任何改变，在采用模式时还必须考虑安全性的改进和程序代码的加密。修改特定客户的要求之后，如果仪表计算引擎包含仪表制造商想要保护的pI，则可以通过以下方法获得程序代码的安全性。
一个安全级别可锁定内存算法并防止通过串行端口读取存储区域的内容。可以锁定MCU存储器某些区域的读写功能，以防止通过RS-485或USB访问锁定区域，例如记录校准和校正。外，标准加密算法（如AES（高级加密标准）和微加密算法（XTEA）2）也可以保护代码安全。用计数器的安全协作设计在设计协作计量系统时保护知识产权（IP）也是一个常见的挑战：定制计量计算引擎会在设计中创建额外的IP。公用事业仪表中，仪表设计人员，软件IP供应商，传感器模块和OEM都有自己的IP，仪器的最终设计可以包括两个或三个集成微控制器，每个都带有微控制器。
于不同公司的不同功能和IP。用包含许多IP地址的组件将增加最终用户和实用程序的成本。个IP地址可以集成到单个组件中，同时独立保护单个代码区域并将解决方案集成到16位微控制器或数字信号控制器（DSC）中。种将知识产权整合为单一组件的协作方法可保护各方的知识产权，并以较低的成本提供产品。表设计的新选择如今，市场上的许多存储器MCU和模拟产品为客户提供了多种选择，因此开发了许多电表设计方法。年来，已经提出仅具有六个引脚的小型闪存微控制器，价格低于0.40美元，为低成本单相电表的校准提供了新的可能性。外，利用模块化AFE计算模块，可以轻松开发16位和32位高阶计数器，这些模块协同工作，实现简化的校准技术和更快的开发计数器。ADC delta-sigma技术的使用，高精度和灵活的AFE，结合MCU闪存的智慧，为单相和三相电表的创新设计开辟了新的视角。
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