專利名稱：預(yù)校準(zhǔn)電能測量芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路領(lǐng)域，尤其涉及一種預(yù)校準(zhǔn)電能測量芯片。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)所使用的傳統(tǒng)的機(jī)械回轉(zhuǎn)式電度表，已逐步被技術(shù)性能優(yōu)秀，省材料，易批量生產(chǎn)的電子式電度表所替代。中國電力系統(tǒng)于2010年前欲完成全國城鎮(zhèn)復(fù)費(fèi)率電度表的改造計(jì)劃，更進(jìn)一步推進(jìn)了市場對電子式電度表的需求量。要完成全國城鎮(zhèn)老式電表改造計(jì)劃，在七八年的時(shí)間內(nèi)，市場的總需求量為近億個(gè)表。但在向市場供應(yīng)電子式電度表的生產(chǎn)企業(yè)面臨著兩大問題的制約一、器材成本高。電子式電度表作為民用電能計(jì)量儀表，在滿足GB國標(biāo)規(guī)范測試精度的前提下，要求高穩(wěn)定性，低成本。電子式電度表的主要部件、電流互感器或分流器以及電能測量芯片，有著精度與成本成正比例的關(guān)系。市場迫切需要一種能對電子電度表組合機(jī)芯(包含有電流互感器或分流器及芯片的電路板組件)進(jìn)行誤差修準(zhǔn)以提高表的綜合測試精度及穩(wěn)定性的預(yù)校準(zhǔn)電能測量芯片。
二、調(diào)校生產(chǎn)工序成本高，作為計(jì)量器具的電子式電度表調(diào)校工序在整個(gè)生產(chǎn)流程中占很大的比重。將各類部件進(jìn)行組裝后的整機(jī)，通常采用手工逐只調(diào)校其測試精度的方法，此工序費(fèi)時(shí)而且可靠性差，生產(chǎn)成本相應(yīng)較高。先進(jìn)的電能表智能自動校驗(yàn)臺需要一種新型的預(yù)校準(zhǔn)電能測量芯片，接受校準(zhǔn)數(shù)據(jù)并相應(yīng)校準(zhǔn)電子電度表組合機(jī)芯的綜合測試精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供了一種預(yù)校準(zhǔn)電能測量芯片，旨在解決目前還沒有自動的對電子電度表組合機(jī)芯進(jìn)行誤差修準(zhǔn)的這種芯片的缺陷。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明包括第一可調(diào)制放大器，第二可調(diào)制放大器，第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器，第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器，第一數(shù)字濾波器，第二數(shù)字濾波器，電壓基準(zhǔn)電路，功率計(jì)算電路，時(shí)鐘發(fā)生器，串行接口電路，內(nèi)部寄存器，校準(zhǔn)電路；所述的第一可調(diào)制放大器將從電流互感器或分流器上提取的電流信號通過第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器經(jīng)第一數(shù)字濾波器輸出到功率計(jì)算電路；所述的第二可調(diào)制放大器將從電壓網(wǎng)絡(luò)上連接的線電壓衰減器提取的電壓信號通過第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器經(jīng)第二數(shù)字濾波器輸出到功率計(jì)算電路；所述的第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器分別與電壓基準(zhǔn)電路雙向連接；
所述的功率計(jì)算電路將根據(jù)電壓數(shù)字量及電流數(shù)字量運(yùn)算得到瞬時(shí)功率量及低通濾波后的瞬時(shí)有功功率量通過第一輸出端輸入到電能表智能自動校驗(yàn)臺；所述的電能表智能自動校驗(yàn)臺通過串行接口電路將相應(yīng)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)輸入到內(nèi)部寄存器；所述的校準(zhǔn)電路的第一輸入端與內(nèi)部寄存器雙向連接，以將狀態(tài)數(shù)據(jù)提供給內(nèi)部寄存器，內(nèi)部寄存器將所對應(yīng)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)輸入到校準(zhǔn)電路；所述的校準(zhǔn)電路的第二輸入端接收來自功率計(jì)算電路的瞬時(shí)功率量和瞬時(shí)有功功率量；所述的校準(zhǔn)電路向第二可調(diào)制放大器發(fā)出校準(zhǔn)模擬量信號，以對第二可調(diào)制放大器進(jìn)行放大增益調(diào)整；所述的時(shí)鐘發(fā)生器是第一可調(diào)制放大器、第二可調(diào)制放大器、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第一數(shù)字濾波器、第二數(shù)字濾波器、電壓基準(zhǔn)電路、功率計(jì)算電路、串行接口電路、內(nèi)部寄存器以及校準(zhǔn)電路的時(shí)鐘源以作為時(shí)間脈沖周期基準(zhǔn)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是它能自動的對電子電度表組合機(jī)芯進(jìn)行誤差修準(zhǔn)以提高表的綜合測試精度及穩(wěn)定性、且價(jià)格低廉。


圖1是本發(fā)明的電路方框圖；圖2是本發(fā)明應(yīng)用在電子式電度表中的引腳排列圖；其中第一可調(diào)制放大器1，第二可調(diào)制放大器2，電壓基準(zhǔn)電路3，功率計(jì)算電路4，時(shí)鐘發(fā)生器5，串行接口電路6，內(nèi)部寄存器7，校準(zhǔn)電路8，電能表智能自動校驗(yàn)臺9，第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器11，第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器21，第一數(shù)字濾波器12，第二數(shù)字濾波器22；具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述由圖1可見本發(fā)明包括第一可調(diào)制放大器1，第二可調(diào)制放大器2，第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器11，第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器21，第一數(shù)字濾波器12，第二數(shù)字濾波器22，電壓基準(zhǔn)電路3，功率計(jì)算電路4，時(shí)鐘發(fā)生器5，串行接口電路6，內(nèi)部寄存器7，校準(zhǔn)電路8；所述的第一可調(diào)制放大器1將從電流互感器或分流器上提取的電流信號通過第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器11經(jīng)第一數(shù)字濾波器12輸出到功率計(jì)算電路4；所述的第二可調(diào)制放大器2將從電壓網(wǎng)絡(luò)上連接的線電壓衰減器提取的電壓信號通過第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器21經(jīng)第二數(shù)字濾波器22輸出到功率計(jì)算電路4；所述的第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器11和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器21分別與電壓基準(zhǔn)電路3雙向連接；所述的功率計(jì)算電路4將根據(jù)電壓數(shù)字量及電流數(shù)字量運(yùn)算得到瞬時(shí)功率量及低通濾波后的瞬時(shí)有功功率量通過第一輸出端輸入到電能表智能自動校驗(yàn)臺9；所述的電能表智能自動校驗(yàn)臺9通過串行接口電路6將相應(yīng)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)輸入到內(nèi)部寄存器7；所述的校準(zhǔn)電路8的第一輸入端與內(nèi)部寄存器7雙向連接，以將狀態(tài)數(shù)據(jù)提供給內(nèi)部寄存器7，內(nèi)部寄存器7將所對應(yīng)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)輸入到校準(zhǔn)電路8；所述的校準(zhǔn)電路8的第二輸入端接收來自功率計(jì)算電路4的瞬時(shí)功率量和瞬時(shí)有功功率量；所述的校準(zhǔn)電路8向第二可調(diào)制放大器2發(fā)出校準(zhǔn)模擬量信號，以對第二可調(diào)制放大器2進(jìn)行放大增益調(diào)整；所述的時(shí)鐘發(fā)生器5是第一可調(diào)制放大器1、第二可調(diào)制放大器2、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器11、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器21、第一數(shù)字濾波器12、第二數(shù)字濾波器22、電壓基準(zhǔn)電路3、功率計(jì)算電路4、串行接口電路6、內(nèi)部寄存器7以及校準(zhǔn)電路8的時(shí)鐘源以作為時(shí)間脈沖周期基準(zhǔn)；所述的內(nèi)部寄存器7包括串行口接收寄存器、數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、狀態(tài)寄存器及數(shù)據(jù)發(fā)送暫存器；所述的串行口接收寄存器、數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、狀態(tài)寄存器及數(shù)據(jù)發(fā)送暫存器可以是EEPROM存儲器或者是CMOS電路結(jié)構(gòu)；所述的校準(zhǔn)電路8包括狀態(tài)讀入電路，數(shù)據(jù)讀入電路及校準(zhǔn)信號發(fā)送電路；所述的校準(zhǔn)信號發(fā)送電路包括可將數(shù)字信號轉(zhuǎn)為模擬信號的D/A轉(zhuǎn)換器和模擬量信號發(fā)送電路。
由圖2可見1腳VA+ 模擬電路電源正極。
2腳AGND模擬電路電源地。
3腳VIN+差分電壓正輸入端。
4腳VIN-差分電壓負(fù)輸入端。
5腳IIN+差分電流正輸入端。
6腳IIN-差分電流負(fù)輸入端。
7腳EOUT電能脈沖輸出。
8腳EDIR功率方向指示輸出。
9腳NC空腳。
10腳VREF+基準(zhǔn)電壓輸入正極。
11腳VREF-基準(zhǔn)電壓輸入負(fù)極。
12腳OSC+晶體振蕩器正端。
13腳OSC-晶體振蕩器負(fù)端。
14腳SDI串行數(shù)據(jù)接口輸入端。
15腳DGND數(shù)字電路電源地。
16腳UD+數(shù)字電路電源正極。
下面對本發(fā)明的原理作如下描述從電流通道連接的電流互感器或分流器上提取電流信號，再從電壓網(wǎng)絡(luò)上連接的線電壓衰減器提取電壓信號，接入本發(fā)明的兩路可調(diào)制放大器，共模差分信號輸入端后進(jìn)行可控增益放大，與之相對應(yīng)的兩路模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)對來自放大器的電流和電壓信號進(jìn)行數(shù)字化變換。在接入功率計(jì)算電路前，數(shù)字量通過高低通數(shù)字濾波器可濾掉信號中的直流分量，從而消除由于電流和電壓放大失調(diào)所造成的有功功率計(jì)算上的誤差。功率計(jì)算電路根據(jù)電壓數(shù)字量及電流數(shù)字量運(yùn)算得到瞬時(shí)功率量及低通濾波后的瞬時(shí)有功功率量，再進(jìn)行平均長時(shí)間的累加，獲得電能計(jì)量值。未進(jìn)行校準(zhǔn)的這個(gè)電能計(jì)量值是初測后包含有電流，電壓傳感器及測量芯片的誤差的。這個(gè)誤差值可被外接的電能表智觸自動校驗(yàn)臺所讀取和記錄。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)有串行接口電路，能接收電能表智能自動校驗(yàn)臺，根據(jù)初測誤差值向芯片發(fā)出相應(yīng)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過芯片內(nèi)部寄存器的串行口接收寄存器將校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)寄存器中，將狀態(tài)數(shù)據(jù)存入狀態(tài)寄存器中。
本發(fā)明經(jīng)初校后正式運(yùn)用時(shí)，在結(jié)構(gòu)中所設(shè)計(jì)的校準(zhǔn)電路通過狀態(tài)讀入電路，它能隨時(shí)從功率計(jì)算電路的輸出口讀取瞬時(shí)有功功率值狀態(tài)，根據(jù)狀態(tài)，通過數(shù)據(jù)讀入電路可從內(nèi)部寄存器的數(shù)據(jù)發(fā)送暫存器取得與狀態(tài)相對應(yīng)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)有可調(diào)制放大器，它能隨時(shí)根據(jù)校準(zhǔn)電路的校準(zhǔn)信號發(fā)送電路發(fā)出的校準(zhǔn)信號進(jìn)行放大增益調(diào)節(jié)。經(jīng)過校準(zhǔn)放大后得到的電流和電壓信號，已去除了電流、電壓、傳感器及測量芯片的誤差，最后經(jīng)芯片運(yùn)算得到的電能計(jì)量值的綜合誤差大大地減小，從而提高了電子式電度表整機(jī)的測量精度。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)有電壓基準(zhǔn)電路，提供芯片模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC電路用參考電壓，時(shí)鐘發(fā)生器是整個(gè)芯片的時(shí)鐘源作為時(shí)間脈沖周期基準(zhǔn)。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括有兩路可調(diào)制放大器，與之相對應(yīng)的是兩路模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，由兩路高低通數(shù)字濾波器連接到功率計(jì)算電路，能對外通訊的串行接口電路與內(nèi)部寄存器相連。內(nèi)部寄存器陣列包括有串行口接收寄存器、數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、狀態(tài)寄存器及數(shù)據(jù)發(fā)送暫存器。校準(zhǔn)電路分別與功率計(jì)算電路，內(nèi)部寄存器及可調(diào)制放大器相連。校準(zhǔn)電路內(nèi)部包含有狀態(tài)讀入電路，數(shù)據(jù)讀入電路及校準(zhǔn)信號發(fā)送電路。校準(zhǔn)信號發(fā)送電路可細(xì)分為D/A轉(zhuǎn)換器及校準(zhǔn)模擬量信號輸出兩部分電路?？烧{(diào)制放大器的增益調(diào)整是由校準(zhǔn)電路提供的校準(zhǔn)模擬量信號所控制。本發(fā)明設(shè)計(jì)有基準(zhǔn)電壓，也能外接入基準(zhǔn)電壓。本發(fā)明設(shè)計(jì)有時(shí)鐘發(fā)生器，有外接晶體振蕩器輸入端，本發(fā)明還設(shè)計(jì)有電能脈沖輸出端口以及功率方向指示輸出端口。
權(quán)利要求
1.一種預(yù)校準(zhǔn)電能測量芯片，其特征在于包括第一可調(diào)制放大器(1)，第二可調(diào)制放大器(2)，第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器(11)，第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器(21)，第一數(shù)字濾波器(12)，第二數(shù)字濾波器(22)，電壓基準(zhǔn)電路(3)，功率計(jì)算電路(4)，時(shí)鐘發(fā)生器(5)，串行接口電路(6)，內(nèi)部寄存器(7)，校準(zhǔn)電路(8)；所述的第一可調(diào)制放大器(1)將從電流互感器或分流器上提取的電流信號通過第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器(11)經(jīng)第一數(shù)字濾波器(12)輸出到功率計(jì)算電路(4)；所述的第二可調(diào)制放大器(2)將從電壓網(wǎng)絡(luò)上連接的線電壓衰減器提取的電壓信號通過第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器(21)經(jīng)第二數(shù)字濾波器(22)輸出到功率計(jì)算電路(4)；所述的第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器(11)和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器(21)分別與電壓基準(zhǔn)電路(3)雙向連接；所述的功率計(jì)算電路(4)將根據(jù)電壓數(shù)字量及電流數(shù)字量運(yùn)算得到瞬時(shí)功率量及低通濾波后的瞬時(shí)有功功率量通過第一輸出端輸入到電能表智能自動校驗(yàn)臺(9)；所述的電能表智能自動校驗(yàn)臺(9)通過串行接口電路(6)將相應(yīng)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)輸入到內(nèi)部寄存器(7)；所述的校準(zhǔn)電路(8)的第一輸入端與內(nèi)部寄存器(7)雙向連接，以將狀態(tài)數(shù)據(jù)提供給內(nèi)部寄存器(7)，內(nèi)部寄存器(7)將所對應(yīng)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)輸入到校準(zhǔn)電路8；所述的校準(zhǔn)電路(8)的第二輸入端接收來自功率計(jì)算電路(4)的瞬時(shí)功率量和瞬時(shí)有功功率量；所述的校準(zhǔn)電路(8)向第二可調(diào)制放大器(2)發(fā)出校準(zhǔn)模擬量信號，以對第二可調(diào)制放大器(2)進(jìn)行放大增益調(diào)整；所述的時(shí)鐘發(fā)生器(5)是第一可調(diào)制放大器(1)、第二可調(diào)制放大器(2)、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器(11)、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器(21)、第一數(shù)字濾波器(12)、第二數(shù)字濾波器(22)、電壓基準(zhǔn)電路(3)、功率計(jì)算電路(4)、串行接口電路(6)、內(nèi)部寄存器(7)以及校準(zhǔn)電路(8)的時(shí)鐘源以作為時(shí)間脈沖周期基準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)校準(zhǔn)電能測量芯片，其特征在于所述的內(nèi)部寄存器(7)包括串行口接收寄存器、數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、狀態(tài)寄存器及數(shù)據(jù)發(fā)送暫存器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種預(yù)校準(zhǔn)電能測量芯片，其特征在于所述的串行口接收寄存器、數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、狀態(tài)寄存器及數(shù)據(jù)發(fā)送暫存器可以是EEPROM存儲器或者是CMOS電路結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種預(yù)校準(zhǔn)電能測量芯片，其特征在于所述的校準(zhǔn)電路(8)包括狀態(tài)讀入電路，數(shù)據(jù)讀入電路及校準(zhǔn)信號發(fā)送電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種預(yù)校準(zhǔn)電能測量芯片，其特征在于所述的校準(zhǔn)信號發(fā)送電路包括可將數(shù)字信號轉(zhuǎn)為模擬信號的D/A轉(zhuǎn)換器和模擬量信號發(fā)送電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種預(yù)校準(zhǔn)電能測量芯片，包括第一可調(diào)制放大器(1)，第二可調(diào)制放大器(2)，第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器(11)，第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器(21)，第一數(shù)字濾波器(12)，第二數(shù)字濾波器(22)，電壓基準(zhǔn)電路(3)，功率計(jì)算電路(4)，時(shí)鐘發(fā)生器(5)，串行接口電路(6)，內(nèi)部寄存器(7)，校準(zhǔn)電路(8)；校準(zhǔn)電路(8)的第一輸入端與內(nèi)部寄存器(7)雙向連接，所述的校準(zhǔn)電路(8)的第二輸入端接收來自功率計(jì)算電路(4)的瞬時(shí)功率量和瞬時(shí)有功功率量，校準(zhǔn)電路(8)向第二可調(diào)制放大器(2)發(fā)出校準(zhǔn)模擬量信號；本發(fā)明的有益效果是能自動的對電子電度表組合機(jī)芯進(jìn)行誤差修準(zhǔn)以提高表的綜合測試精度及穩(wěn)定性、且價(jià)格低廉。
文檔編號G01R22/00GK1566968SQ03129510
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月26日
發(fā)明者申強(qiáng), 印義中, 印義言 申請人:上海華園微電子技術(shù)有限公司