基于90E46的单相智能电表设计方案.doc

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1、基于90E46的单相智能电表设计方案　　智能电能表作为智能电网的重要组成部分，其技术标准也在不断地发展之中，使得相应的芯片技术也在日益提高。以市场需求量最大的单相智能电能表为例，其技术发展主要表现在以下几个方面：　　计量准确度要求越来越高，电流范围越来越宽，从之前的5（20）A到现在的5（60）A，再到1（100）A，早期的计量芯片已无法满足当前电能表设计的要求，高精度、宽量程的计量芯片被广泛应用。　　数据和事件处理要求越来越多，使得MCU的运算能力和程序容量不断提高，传统的8-bitMCU会逐渐被32-b

2、itMCU所取代。　　智能电能表作为智能电网的最终节点，其数据通信要求越来越强，对外的通信方式有RS485、PLC、红外，并且要求各通信接口相互独立并能同时运行；这要求用于电能表设计的MCU具有丰富的硬件通信接口。　　IDT的90E46就是顺应智能电能表的这种发展趋势，在业界推出的第一款集成硬件高精度宽量程计量模块，ARM32位CortexM0高性能低功耗MCU内核，LCD驱动和带温度补偿功能的高精度实时时钟（RTC）于一体真正意义上的系统级芯片（SoC）。在计量动态范围5000:1内，有功电能准确度优于0

3、.1%，无功电能准确度优于0.2%，且只需要单点校准；实时时钟误差小于±0.5秒/天。　　　　90E46芯片与硬件设计　　　　90E46芯片简介　　90E46是业界集成度最高的高精度宽量程单相电能计量SoC，在IDT既有的宽量程计量模拟前端（AFE）的基础上，集成了ARMCortex-M0微处理器、LCD驱动和带温度补偿功能的高精度实时时钟（RTC），可以减少单相电能表的元器件数量，简化设计和生产流程，降低材料成本和库存管理难度。　　　　90E46具有下列特性：　　32位ARMCortexM0内核，6KBR

4、AM，128KBFlash；　　4路独立UART，UART0支持红外调制（IR），UART3支持硬件ISO7816协议；　　集成硬件看门狗（WDT），支持中断功能；　　2路25位通用PWM；　　1路14位低功耗PWM，用于红外唤醒；　　2路16位定时器　　最多45个GPIOs，23个支持5V输入；　　4个外部中断输入，可用于系统唤醒；　　2路12位GPADC，集成高精度参考电压源和阈值比较电路；　　1路低功耗电压比较器，用于芯片掉电检测；　　芯片支持运行模式、睡眠模式、待机模式和LCD显示模式；　　内置PL

5、L电路，外部只需32.768kHz晶体即可工作；　　符合IEC和ANSIC标准要求；可用于单相1级、2级有功电能表和2级无功电能表；　　在计量动态范围5000:1内有功电能准确度优于0.1%，无功电能准确度优于0.2%；　　片内参考电压源的温度系数典型值6ppm/℃；　　电参数测量：电压/电流有效值、平均功率、频率、功率因数和相角的引用误差低于0.5%；　　在整个动态范围内只需要单点校准，可用于50Hz和60Hz电网；　　片内温度传感器在-40℃~+85℃范围内准确度±1℃；　　片内硬件RTC带频率补偿功能

6、。补偿范围：-3900ppm到3900ppm，补偿精度±0.12ppm；　　内置4Com&TImes;34Seg/6Com&TImes;32Seg/8Com&TImes;30SegLCD驱动器，含偏置电压生成电路；　　工作温度：-40℃~+85℃；　　TQFP100绿色封装。　　90E46的功能框图如图1所示：　　　　图190E46功能框图　　　　硬件设计　　90E46采用了高集成度的芯片设计技术，外部只需要少量器件就可以实现最小系统功能。整个MCU小系统如图2所示：　　　　图290E46小系统电路　　　　

7、宽量程电能表的校准和软件设计　　　　测量/计量校准　　采用90E46设计的单相电能表，只需要在Ib电流点进行单点校准，即可保证5000:1动态范围内的计量准确度。对于1（100）A的电能表，可以在5A（或10A）电流下进行校表，同样可以满足整个电流范围内的计量准确度。整个校表流程如图3所示：　　　　图390E46校表流程