[实用新型]一种全能电能计量芯片

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种微电子技术领域，尤其是一种全能电能计量芯片。 

背景技术

我国是一个电能表应用大国，每年全国需求约3000万台，目前我国的电能表主要有机械电能表、机电一体化电能表及全电子式电能表。由于电子工艺的发展与进步以及电能表技术的发展，全电子式电能表的可靠性、稳定性、经济性都有了极大的提高，目前全电子式电能表所占市场份额在70％左右，由于电能表牵涉到千家万户，根据市场需求，电能表需要进一步增加功能，提高可靠性。 

目前电能表中用到的专用电能计量芯片，存在着以下几方面的缺陷：1、程序部分已经由芯片厂家固化，用户只能访问和设置相关的寄存器，即用户不能根据自己的需求更改程序来满足一些不同的要求，若按照用户的需求由厂家来更改，则需要很长的周期，影响了整个产品的上市时间；2、不具备判断火线电流和零线电流的大小，存在被窃电的问题；3、计量芯片与外部MCU的通讯方式只有SPI，由于SPI通讯本身的特性决定了采用这种方式的可靠性不高，通讯的正确与否不能得到保证。 

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种全能电能计量芯片。本实用新型具有设置灵活，开发周期短和通讯可靠性高的特点。 

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：一种全能电能计量芯片，其特征在于，包括： 

3路二阶16位∑-ΔADC，用于同时采样三路模拟信号并将采样的模拟信号转换为数字信号； 

3路梳状数字滤波器，分别与3路二阶16位∑-ΔADC输出端连接，用于将输入的数字信号进行滤波，滤除数字信号本身固有的量化噪声，保证数字信号的有效位数； 

3路高通滤波器，分别与3路梳状数字滤波器输出端连接，用于滤除采样信号中的直流分量和集成电路本身的直流偏置值； 

电参数计量单元，与3路高通滤波器连接，用于将滤波后的信号进行计量得到电参数； 

电源管理单元，用于为3路二阶16位∑-ΔADC和电参数计量单元提供电源。 

前述的全能电能计量芯片中，所述的3路二阶16位∑-ΔADC的输入端分别连接有可编程增益放大器PGA，用于对小信号进行放大，保证宽电流范围的准确测量。 

前述的全能电能计量芯片中，所述的电参数计量单元的输出端连接有脉冲发生器和通信接口，通信接口包括UART通信接口或具有校验码的SPI通信接口，用于完成电参数的读取，实现电参数计量单元的计量结果与外围设备间的数据交换。 

前述的全能电能计量芯片中，所述的电参数计量单元，是内部设有可编程的16K字节的程序存储单元和512字节的数据存储单元且主频可调的数字信号处理器，最高主频为8MHz，可根据不同的工作模式和测量要求选择不同的采样频率。 

前述的全能电能计量芯片中，所述的三路模拟信号包括火线电流 信号、零线电流信号和电压信号，用于将火线电流信号与零线电流信号的大小进行比较实现防窃电功能。 

前述的全能电能计量芯片中，所述的电参数包括火线的电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数和频率，零线的电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数。 

根据前述的全能电能计量芯片实现的电能计量方法中，将电压测量、火线电流测量和零线电流测量信号转换成数字信号，将数字信号通过梳状数字滤波器进行滤波，滤除数字信号本身固有的量化噪声，再通过高通滤波器滤除测量信号中的直流分量和集成电路本身的直流偏置值，最后通过电参数计量单元将滤波后的信号进行计量得到电参数。 

前述的电能计量方法中，所述的将电压测量、火线电流测量和零线电流测量信号转换成数字信号的方法，是通过三路采样电路对电压信号、火线电流信号和零线电流信号进行采样得到三路模拟信号，并通过可编程增益放大器对三路模拟信号进行放大，再通过二阶16位∑-ΔADC将采样的模拟信号转换为数字信号。 

前述的电能计量方法中，通过判断火线电流和零线电流的大小，当检测到两路电流不平衡时，自动选择较大电流通道来计量，实现防窃电功能。 

前述的电能计量方法中，所述的电参数计量单元通过UART通信接口或具有校验码的SPI通信接口，实现电参数计量单元的计量结果与外围设备间的数据交换。