CN1566968A - 预校准电能测量芯片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种预校准电能测量芯片，包括第一可调制放大器(1)，第二可调制放大器(2)，第一模数转换器(11)，第二模数转换器(21)，第一数字滤波器(12)，第二数字滤波器(22)，电压基准电路(3)，功率计算电路(4)，时钟发生器(5)，串行接口电路(6)，内部寄存器(7)，校准电路(8)；校准电路(8)的第一输入端与内部寄存器(7)双向连接，所述的校准电路(8)的第二输入端接收来自功率计算电路(4)的瞬时功率量和瞬时有功功率量，校准电路(8)向第二可调制放大器(2)发出校准模拟量信号；本发明的有益效果是：能自动的对电子电度表组合机芯进行误差修准以提高表的综合测试精度及稳定性、且价格低廉。

Description

预校准电能测量芯片

技术领域

本发明涉及集成电路领域，尤其涉及一种预校准电能测量芯片。

背景技术

电力系统所使用的传统的机械回转式电度表，已逐步被技术性能优秀，省材料，易批量生产的电子式电度表所替代。中国电力系统于2010年前欲完成全国城镇复费率电度表的改造计划，更进一步推进了市场对电子式电度表的需求量。要完成全国城镇老式电表改造计划，在七八年的时间内，市场的总需求量为近亿个表。但在向市场供应电子式电度表的生产企业面临着两大问题的制约：

一、器材成本高。电子式电度表作为民用电能计量仪表，在满足GB国标规范测试精度的前提下，要求高稳定性，低成本。电子式电度表的主要部件、电流互感器或分流器以及电能测量芯片，有着精度与成本成正比例的关系。市场迫切需要一种能对电子电度表组合机芯(包含有电流互感器或分流器及芯片的电路板组件)进行误差修准以提高表的综合测试精度及稳定性的预校准电能测量芯片。

二、调校生产工序成本高，作为计量器具的电子式电度表调校工序在整个生产流程中占很大的比重。将各类部件进行组装后的整机，通常采用手工逐只调校其测试精度的方法，此工序费时而且可靠性差，生产成本相应较高。先进的电能表智能自动校验台需要一种新型的预校准电能测量芯片，接受校准数据并相应校准电子电度表组合机芯的综合测试精度。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供了一种预校准电能测量芯片，旨在解决目前还没有自动的对电子电度表组合机芯进行误差修准的这种芯片的缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括第一可调制放大器，第二可调制放大器，第一模数转换器，第二模数转换器，第一数字滤波器，第二数字滤波器，电压基准电路，功率计算电路，时钟发生器，串行接口电路，内部寄存器，校准电路；

所述的第一可调制放大器将从电流互感器或分流器上提取的电流信号通过第一模数转换器经第一数字滤波器输出到功率计算电路；

所述的第二可调制放大器将从电压网络上连接的线电压衰减器提取的电压信号通过第二模数转换器经第二数字滤波器输出到功率计算电路；

所述的第一模数转换器和第二模数转换器分别与电压基准电路双向连接；

所述的功率计算电路将根据电压数字量及电流数字量运算得到瞬时功率量及低通滤波后的瞬时有功功率量通过第一输出端输入到电能表智能自动校验台；

所述的电能表智能自动校验台通过串行接口电路将相应的校准数据和状态数据输入到内部寄存器；

所述的校准电路的第一输入端与内部寄存器双向连接，以将状态数据提供给内部寄存器，内部寄存器将所对应的校准数据输入到校准电路；

所述的校准电路的第二输入端接收来自功率计算电路的瞬时功率量和瞬时有功功率量；

所述的校准电路向第二可调制放大器发出校准模拟量信号，以对第二可调制放大器进行放大增益调整；

所述的时钟发生器是第一可调制放大器、第二可调制放大器、第一模数转换器、第二模数转换器、第一数字滤波器、第二数字滤波器、电压基准电路、功率计算电路、串行接口电路、内部寄存器以及校准电路的时钟源以作为时间脉冲周期基准。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：它能自动的对电子电度表组合机芯进行误差修准以提高表的综合测试精度及稳定性、且价格低廉。

附图说明

图1是本发明的电路方框图；

图2是本发明应用在电子式电度表中的引脚排列图；

其中：第一可调制放大器1，第二可调制放大器2，电压基准电路3，功率计算电路4，时钟发生器5，串行接口电路6，内部寄存器7，校准电路8，电能表智能自动校验台9，第一模数转换器11，第二模数转换器21，第一数字滤波器12，第二数字滤波器22；

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

由图1可见：本发明包括第一可调制放大器1，第二可调制放大器2，第一模数转换器11，第二模数转换器21，第一数字滤波器12，第二数字滤波器22，电压基准电路3，功率计算电路4，时钟发生器5，串行接口电路6，内部寄存器7，校准电路8；

所述的第一可调制放大器1将从电流互感器或分流器上提取的电流信号通过第一模数转换器11经第一数字滤波器12输出到功率计算电路4；

所述的第二可调制放大器2将从电压网络上连接的线电压衰减器提取的电压信号通过第二模数转换器21经第二数字滤波器22输出到功率计算电路4；

所述的第一模数转换器11和第二模数转换器21分别与电压基准电路3双向连接；

所述的功率计算电路4将根据电压数字量及电流数字量运算得到瞬时功率量及低通滤波后的瞬时有功功率量通过第一输出端输入到电能表智能自动校验台9；

所述的电能表智能自动校验台9通过串行接口电路6将相应的校准数据和状态数据输入到内部寄存器7；

所述的校准电路8的第一输入端与内部寄存器7双向连接，以将状态数据提供给内部寄存器7，内部寄存器7将所对应的校准数据输入到校准电路8；

所述的校准电路8的第二输入端接收来自功率计算电路4的瞬时功率量和瞬时有功功率量；

所述的校准电路8向第二可调制放大器2发出校准模拟量信号，以对第二可调制放大器2进行放大增益调整；

所述的时钟发生器5是第一可调制放大器1、第二可调制放大器2、第一模数转换器11、第二模数转换器21、第一数字滤波器12、第二数字滤波器22、电压基准电路3、功率计算电路4、串行接口电路6、内部寄存器7以及校准电路8的时钟源以作为时间脉冲周期基准；

所述的内部寄存器7包括：串行口接收寄存器、数据发送寄存器、数据寄存器、状态寄存器及数据发送暂存器；

所述的串行口接收寄存器、数据发送寄存器、数据寄存器、状态寄存器及数据发送暂存器可以是EEPROM存储器或者是CMOS电路结构；

所述的校准电路8包括：状态读入电路，数据读入电路及校准信号发送电路；

所述的校准信号发送电路包括可将数字信号转为模拟信号的D/A转换器和模拟量信号发送电路。

由图2可见：

1脚：VA+  模拟电路电源正极。

2脚：AGND模拟电路电源地。

3脚：VIN+差分电压正输入端。

4脚：VIN-差分电压负输入端。

5脚：IIN+差分电流正输入端。

6脚：IIN-差分电流负输入端。

7脚：EOUT电能脉冲输出。

8脚：EDIR功率方向指示输出。

9脚：NC空脚。

10脚：VREF+基准电压输入正极。

11脚：VREF-基准电压输入负极。

12脚：OSC+晶体振荡器正端。

13脚：OSC-晶体振荡器负端。

14脚：SDI串行数据接口输入端。

15脚：DGND数字电路电源地。

16脚：UD+数字电路电源正极。

下面对本发明的原理作如下描述：

从电流通道连接的电流互感器或分流器上提取电流信号，再从电压网络上连接的线电压衰减器提取电压信号，接入本发明的两路可调制放大器，共模差分信号输入端后进行可控增益放大，与之相对应的两路模数转换器(ADC)对来自放大器的电流和电压信号进行数字化变换。在接入功率计算电路前，数字量通过高低通数字滤波器可滤掉信号中的直流分量，从而消除由于电流和电压放大失调所造成的有功功率计算上的误差。功率计算电路根据电压数字量及电流数字量运算得到瞬时功率量及低通滤波后的瞬时有功功率量，再进行平均长时间的累加，获得电能计量值。未进行校准的这个电能计量值是初测后包含有电流，电压传感器及测量芯片的误差的。这个误差值可被外接的电能表智触自动校验台所读取和记录。

本发明结构中设计有串行接口电路，能接收电能表智能自动校验台，根据初测误差值向芯片发出相应的校准数据和状态数据，通过芯片内部寄存器的串行口接收寄存器将校准数据存入数据寄存器中，将状态数据存入状态寄存器中。

本发明经初校后正式运用时，在结构中所设计的校准电路通过状态读入电路，它能随时从功率计算电路的输出口读取瞬时有功功率值状态，根据状态，通过数据读入电路可从内部寄存器的数据发送暂存器取得与状态相对应的校准数据。

本发明结构中设计有可调制放大器，它能随时根据校准电路的校准信号发送电路发出的校准信号进行放大增益调节。经过校准放大后得到的电流和电压信号，已去除了电流、电压、传感器及测量芯片的误差，最后经芯片运算得到的电能计量值的综合误差大大地减小，从而提高了电子式电度表整机的测量精度。

本发明结构中设计有电压基准电路，提供芯片模数转换ADC电路用参考电压，时钟发生器是整个芯片的时钟源作为时间脉冲周期基准。

本发明的结构设计包括有两路可调制放大器，与之相对应的是两路模数转换器(ADC)，由两路高低通数字滤波器连接到功率计算电路，能对外通讯的串行接口电路与内部寄存器相连。内部寄存器阵列包括有串行口接收寄存器、数据发送寄存器、数据寄存器、状态寄存器及数据发送暂存器。校准电路分别与功率计算电路，内部寄存器及可调制放大器相连。校准电路内部包含有状态读入电路，数据读入电路及校准信号发送电路。校准信号发送电路可细分为：D/A转换器及校准模拟量信号输出两部分电路。可调制放大器的增益调整是由校准电路提供的校准模拟量信号所控制。本发明设计有基准电压，也能外接入基准电压。本发明设计有时钟发生器，有外接晶体振荡器输入端，本发明还设计有电能脉冲输出端口以及功率方向指示输出端口。

Claims (5)

1.一种预校准电能测量芯片，其特征在于：包括第一可调制放大器(1)，第二可调制放大器(2)，第一模数转换器(11)，第二模数转换器(21)，第一数字滤波器(12)，第二数字滤波器(22)，电压基准电路(3)，功率计算电路(4)，时钟发生器(5)，串行接口电路(6)，内部寄存器(7)，校准电路(8)；

所述的第一可调制放大器(1)将从电流互感器或分流器上提取的电流信号通过第一模数转换器(11)经第一数字滤波器(12)输出到功率计算电路(4)；

所述的第二可调制放大器(2)将从电压网络上连接的线电压衰减器提取的电压信号通过第二模数转换器(21)经第二数字滤波器(22)输出到功率计算电路(4)；

所述的第一模数转换器(11)和第二模数转换器(21)分别与电压基准电路(3)双向连接；

所述的功率计算电路(4)将根据电压数字量及电流数字量运算得到瞬时功率量及低通滤波后的瞬时有功功率量通过第一输出端输入到电能表智能自动校验台(9)；

所述的电能表智能自动校验台(9)通过串行接口电路(6)将相应的校准数据和状态数据输入到内部寄存器(7)；

所述的校准电路(8)的第一输入端与内部寄存器(7)双向连接，以将状态数据提供给内部寄存器(7)，内部寄存器(7)将所对应的校准数据输入到校准电路8；

所述的校准电路(8)的第二输入端接收来自功率计算电路(4)的瞬时功率量和瞬时有功功率量；

所述的校准电路(8)向第二可调制放大器(2)发出校准模拟量信号，以对第二可调制放大器(2)进行放大增益调整；

所述的时钟发生器(5)是第一可调制放大器(1)、第二可调制放大器(2)、第一模数转换器(11)、第二模数转换器(21)、第一数字滤波器(12)、第二数字滤波器(22)、电压基准电路(3)、功率计算电路(4)、串行接口电路(6)、内部寄存器(7)以及校准电路(8)的时钟源以作为时间脉冲周期基准。

2.根据权利要求1所述的一种预校准电能测量芯片，其特征在于：所述的内部寄存器(7)包括：串行口接收寄存器、数据发送寄存器、数据寄存器、状态寄存器及数据发送暂存器。

3.根据权利要求2所述的一种预校准电能测量芯片，其特征在于：所述的串行口接收寄存器、数据发送寄存器、数据寄存器、状态寄存器及数据发送暂存器可以是EEPROM存储器或者是CMOS电路结构。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种预校准电能测量芯片，其特征在于：所述的校准电路(8)包括：状态读入电路，数据读入电路及校准信号发送电路。

5.根据权利要求4所述的一种预校准电能测量芯片，其特征在于：所述的校准信号发送电路包括可将数字信号转为模拟信号的D/A转换器和模拟量信号发送电路。