CN101900755B - 电流电压同步采样相位自动补偿系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电流电压同步采样相位自动补偿系统及方法，通过配置SOC芯片内部资源，由SOC芯片内部可编程定时器间歇式启动内置采样ADC分别对电压、电流通道进行各自采样，根据电网频率及采样频率将电压、电流采样回路固有相位差转换为可编程定时器先后启动电压、电流采样ADC的时间差，这样能由控制定时器先后启动ADC的时差对电压、电流回路固有的相位差进行硬件自动补偿，实现电压、电流的同步采样，不需要MCU进行额外的相位补偿，不消耗MCU的资源。
Description
技术领域
本发明涉及电能计量领域，具体涉及电流电压同步采样的相位自动补偿系统及方法。
背景技术
随着片上系统SOC技术的日益成熟以及在各行业中的大量应用，电表行业开始逐渐将模数混合的SOC芯片引入智能电表的设计；况且随着智能电网的推广，对智能电表性价比的进一步提高，基于SOC的智能电表备受电表厂商及芯片生产商的青睐。
在智能电表的电压、电流采样回路中，由于电感、电容的存在，相位差是不可避免的，为了保证电表在感容性系统中计量的准确性，电表生产厂家在电表出厂前必须对其进行相应的校准。现有的计量与管理分离的常规电表设计方案中，主要是由专用计量芯片在计算过程中根据一定的算法对每个采样点进行实时补偿，这样势必要占用相当多的MCU资源；而在SOC单芯片设计方案中，由于计量和管理都由同一个MCU核来完成，故应对MCU运行的时序分配、硬件资源调度需要合理设计，尽可能少占用硬件资源。所以，开发一种电表电压、电流同步采样相位自动补偿方案对减少MCU核的资源开销有着重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电流电压同步采样的相位自动补偿系统及方法，既能对相位进行有效校准，又能很大程度上减少MCU核的资源开销。
本发明目的实现方案是：一种电流电压同步采样相位自动补偿系统，基于SOC芯片，SOC芯片内置有电流采样ADC、电流采样结果寄存器、电压采样ADC、电压采样结果寄存器及SOC运算处理单元；其特征在于，SOC芯片还内置有可编程定时器，该可编程定时器间歇式启动电压采样ADC和电流采样ADC，以分别对电压、电流通道进行各自采样。
所述可编程定时器包括电流采样通道延时寄存器、电压采样通道延时寄存器、TIME定时值寄存器、带比较功能的第一定时器和带比较功能的第二定时器及时钟脉冲输入和触发输入；时钟脉冲输入来自于SOC芯片的外设时钟源；所述第一定时器的一个输入端接电流采样通道延时寄存器的输出，另一个输入端接TIME定时值寄存器的输出；所述第二定时器的一个输入端接电压采样通道延时寄存器的输出另一个输入端接TIME定时值寄存器的输出；触发输入用于启动该可编程定时器使之进入运行状态。
一种基于上述系统的电流电压同步采样相位自动补偿方法，其特征在于：所述可编程定时器根据电网频率及采样频率将电压、电流采样回路固有相位差转换为可编程定时器先后启动电压、电流采样ADC的时间差，间歇式启动内置采样ADC分别对电压、电流通道进行各自采样。
本发明通过配置SOC芯片内部资源，由所述SOC芯片内部可编程定时器间歇式启动内置采样ADC分别对电压、电流通道进行各自采样，根据电网频率及采样频率将电压、电流采样回路固有相位差转换为可编程定时器先后启动电压、电流采样ADC的时间差，这样能由控制定时器先后启动ADC的时差对电压、电流回路固有的相位差进行硬件自动补偿，实现电压、电流的同步采样，不需要MCU进行额外的相位补偿，不消耗MCU的资源。
附图说明
图1为实施例提供的电流电压同步采样相位自动补偿系统的原理框图。
图2为实施例提供的电流电压同步采样相位自动补偿方法的时序控制图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例提供的电流电压同步采样相位自动补偿系统是通过开发SOC芯片实现的，使得SOC芯片内部配置有电流采样ADC、电流采样结果寄存器、电压采样ADC、电压采样结果寄存器、SOC运算处理单元及可编程定时器。
请继续参见图1，所述可编程定时器用于控制电压电流采样和电流采样ADC的启闭，其包括电流采样通道延时寄存器、电压采样通道延时寄存器、TIME定时值寄存器、带定时功能的比较器1、带定时功能的比较器2及时钟脉冲输入和触发输入。
其中，可编程定时器的时钟源来自于该SOC芯片的外设时钟源，由SOC芯片相关控制字配置确定；可编程定时器的触发输入信号由软件选择，用来控制TIME定时值寄存器及所述电压采样ADC和电流采样ADC进入运行状态；TIME定时值寄存器用来存储ADC采样周期相对应的值，即图2中的T值，T＝FCLK/(Freq×FSample)，其中FSample为ADC采样频率、Freq为电网系统频率、FCLK为时钟输入频率。
结合图2所示，同相电压、电流间每个采样点延时时间为同相电压、电流间相位补偿值，即Δt＝t1-t2＝A0-B0＝A1-B1＝An-Bn，其中相位补偿值Δt由硬件电路确定，A0、A1…..An和B0、B1…..Bn分别是电流、电压采样通道在每个采样点延时寄存器的值(Δt、A、B只需满足上式即可)；在周而复始的每个采样点1、2…..n中TIME定时值寄存器中的值累计达到电流采样通道延时寄存器值A0、A1…..An时，比较器1便产生启动信号使得电流采样ADC工作；同理在每个采样点中TIME定时值寄存器中的值累计达到电压采样通道延时寄存器值B0、B1…..Bn时，比较器2便产生启动信号控制电压采样ADC工作。
电流、电压采样ADC分别被相应的比较器输出的周期性的启动信号启动后，将模拟信号转换为相应的数字信号并自动存储于相应采样结果寄存器中，然后由SOC运算处理单元依据相应的硬件参数及相关的软件算法进行运算得到本次相关运算数据；在电表的正常运行过程中依据采样频率按照上述运行方式周而复始进行计时、采样、运算等操作。
Claims (3)
1.一种电流电压同步采样相位自动补偿系统，基于SOC芯片，SOC芯片内置有电流采样ADC、电流采样结果寄存器、电压采样ADC、电压采样结果寄存器及SOC运算处理单元；其特征在于，SOC芯片还内置有可编程定时器，该可编程定时器间歇式启动电压采样ADC和电流采样ADC，以分别对电压、电流通道进行各自采样；所述可编程定时器包括电流采样通道延时寄存器、电压采样通道延时寄存器、TIME定时值寄存器、带比较功能的第一定时器和带比较功能的第二定时器及时钟脉冲输入和触发输入；时钟脉冲输入来自于SOC芯片的外设时钟源；所述第一定时器的一个输入端接电流采样通道延时寄存器的输出，另一个输入端接TIME定时值寄存器的输出；所述第二定时器的一个输入端接电压采样通道延时寄存器的输出，另一个输入端接TIME定时值寄存器的输出；触发输入用于启动该可编程定时器使之进入运行状态。
2.一种基于权利要求1所述系统的相位自动补偿方法，其特征在于，所述可编程定时器根据电网频率及采样频率将电压、电流采样回路固有相位差转换为可编程定时器先后启动电压、电流采样ADC的时间差，间歇式启动电压采样ADC和电流采样ADC，分别对电压、电流通道进行各自采样。
3.根据权利要求2所述的相位自动补偿方法，其特征在于：根据电网频率及采样频率将电压、电流采样回路固有相位差转换为可编程定时器先后启动电压、电流采样ADC的时间差的公式为：T= FCLK /(Freq×FSample)，其中FSample为采样频率、Freq为电网频率、FCLK为时钟脉冲输入频率。
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