针对智能电表的MCU需求

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将传统电表替换成智能电表，是必须给公共事业公司和用户所做的事。新电表的成本要低，但功能要齐备且保证能使用15年。而这种灵活性经常同节约成本的要求相抵触，因此如何解决这个问题是个困扰。

将各种功能尽可能多地集成进微控制器内，能减少外部器件和系统成本。对一个电表来说，这就意味着集成的功能器件经常会分散在PCB板上，包括一个实时时钟，一个精确的、高动态范围的A／D转换器，用于软件升级的双闪存，一个笔段LCD。增加这些功能会给cPu带来压力，驱使系统使用强力的，高效的32位架构去处理计算和代码大小的挑战。然而，许多mcu已经能处理这些任务了。我们将会看一个设计实例，使用带有ColdFire内核的50MHzMCF51EM256MCU。这个MCU家族的新成员最高可达400MH z的运行速度，具备了满足智能电表应用需求的高能效和性能。

智能的三相、四线电表要能测试下列参数：

・导线到中性点的电压和频率

・相电流和平均电流

・有功功率和净有功功率

・电抗和视在功率

・功率因数

・电压／电流非平衡性

・能量计算

功率测量是电表的核心。将电流转化为数字值使用了分流电阻器、一个变流器，或是能同两个双16位A／D转换器工作的Rogowski线圈。这个转换器的有效位数为14.5，带有内置的结果平均功能。

进行测量

用电压和电流敏感器件来同时测量，需要准确地控制测量链中的相位延迟。分流电阻器能在低电流下承受最小的相延，但是电流转换器有更大的相移，有时候会超过4。

用于测量的延迟触发脉冲可以让用在电压测量上的A／D转换器来实施电流测量，减少对外部A／D转换器模块的需求。在我们的MCU当中，一个特殊的计时器模块，一个可编程延迟模块可通过A／D转换器为电流测量来提供触发脉冲，然后执行一个没有CPU干扰的成功的电压测量。当计时器的间隔低至40ns时，分配预分频器就能调整采样的周期，有可能为宽范围的相位延迟来进行补偿。时钟的分辨率为1μs时，4个相位补偿会导致185μs的延迟。通常测量每周期采样64次，因此同样的A／D信道能进行跟随着电压测量的电流测量。PDB因此能从CPU中移除一个重负，增加对A／D模块的使用。

一个能完全工作的三相电表参考设计使用了MCF51EM256，它在128Kb的代码中包含了全部的计量学算法和IEC61107。参考设计被设计成用来满足0.5％的准确性下从10 60A MID C级别的额定标准，并支持以下标准：每个标准IE C 62056-22下的光学口，仪表标准补偿IEC 62053-11，IEC 62053-22，IEC 62053-23和IEC62056-21。MID为电表提供了一系列标准，主要集中在测量的准确性上。

另一方面

进行测量是智能仪表的一个方面。通信、现场升级和安全性则是另一面。智能仪表提供了一系列能支持UART、SPI和12C的通信纠、设，为公用服务供应商和用户提供自动抄表功能，也使消费者能使用电表数据来进行能源管理。

对智能电表的最初投资包括了在15～20年的仪表生命周期内经常进行现场升级。一个闪存阵列正常运行而另一个阵列同时重新编程的能力让MCF5tEM256在升级新软件的同时可执行测量和通信功能。

电表的通信数据率非常低，经常为每秒百个字节，因此不会在这个时间段内停止测量。其内部的内存管理器提供了保护功能，允许确认时传输新的可编程代码，并给使用者一个擦除或保留前面操作的选项。在调试环境中的安全特性则限制了任何代码通过硬件和密码保护机制，强迫闪存在调试环境被激活前进行擦除。此外，其他的安全形态则有赖于运行时间和物理安全性。

防干扰机制是一种通过器件封装上的一个管脚从PCB上断开进行探测的方法。在器件的活动管脚之间放置一对防干扰垫提供了对物理攻击的及时识别。带硬件探测功能的专门引脚强迫内存中的一个代码来触发一个中断，然后让通信软件来警告公共事业公司有入侵行为，并在重新连接时接入时戳事件细节。在MCU上的代码可决定是否擦除闪存或采取其他极端行为来阻止对防火墙的渗透。这些篡改探测电路上的一个关键特性是其不能被清除直到所有的直流源和电池断开。重新连接电源会唤醒备用安全功能，阻止在智能电表上的操作。

RTC的电池备份是很重要的，因此价目表总是应用在一天中的正确时间内。RTC必须以一个钮扣电池来保持10年的操作。在停止模式下，RTC模块消耗了小于2A的电流，并以每小时时钟调节来保持大干2ppm的准确性。

时钟在单个时钟脉冲增量的中是可调的。通常，板上温度传感器会被使用来判断温飘，这是晶体准确率的一个关键参数，允许在一个时间内调节128个时钟。这样，电表就能在没有主电源的情况下坚持数月，而不需冒险进行重新连和在错误的费率表下使用。

AXle和PXI引领模块测试潮流

AXle是基于AdvancedTOA的标位，可扩展至仪器和测试领域。AXle联盟()的目标是提供一个开放式标准，以便创建可靠的元器件、产品和系统的生态系统，满足通用仪器与半导体测试需求。Axle充分参考了现有的PXI、Lxi和IVI标准。Axle可为各种平台提供出色的可扩展性和性能，其中包括工作台测量、机架堆叠模块化和ATE系统。

前不久，作为Axle联盟的发起成员。安捷伦科技公司宣布推出48款新型PXI和AXle产品。包括数字转换器、任意波形发生器、数字示波嚣、数字万用表(DMM)和一系列开关。模块包括IVI-C、IVI-COM和LabVIEW(G)软件驱动程序，以及增强型输入／输出(i／O)程序库。所有驱动程序均已针对需要高性能、高速度和高吞吐量的测试应用进行了优化。这其中，Agilent M9392A是业界首款由单个厂商生产的PXI微波矢量信号分析仪(VsA)，并通过功能强大、广泛应用的Agilent：89600 VSA软件得到了增强。该产品组合能够对通信、雷达和航空电子信号(高达26.50HZ)进行详细分析，并为下一代无线系统和其他应用提供业界领先的250MHz瞬时带宽。新的M9018A Pxle机箱配有16个混合插槽，可提供业界最高的性能和灵活性。M90!8A旨在满足通信，成像和雷达领域数据密集型应用的需求，可提供1)模块到模块或2)模块和系统控制器之间所需的宽带宽。Axle 1.0机箱分为2插槽(2U)和5插糟(4U)两种型号，可以通过能够集成多厂商系统的平台提供AXle优势、稳定的电源以及散热和计时系统。AXle的大电路板尺寸是高性能仪器的理想选择，并且只需爱最小的机架空间。Agilent U4301A PCle Gen 3分析仪是首款可以在Axle机箱中工作的测量模块、能够进行精确的多千兆位信号捕获和协议测试。其开放系统的特矬支持客户分析更广泛的串行总线，以及在数字和计算应用中执行多域测试。