[发明专利]一种能效业务专用芯片及其应用方法

说明书

技术领域

本发明属于能效领域，具体涉及一种能效业务专用芯片及其应用方法。

背景技术

相关芯片技术在物联网领域世界各国都是重点研究对象，而我国物联网“十二五”发展规划中，明确提出协同开展感知技术、传输技术、处理技术、安全技术的研究与应用，加强核心芯片研发与生产能力，并着力推动其在能源、环保等领域的应用服务。

另一方面，国内外关于节能领域设备繁多，特别是随着我国对节能领域先进产品和技术的大力推广，以及国内电能服务产业的不断发展和壮大，国内与电力能效监测系统相关的电力能效监测终端、通信协议、系统主站以及相关标准也在不断研究与制定。目前就技术和标准而言，国内可实现能效数据采集及传输的方案有很多，这些方案通常采用多芯片集成设计的模式，对于电能质量分析、非电量信号的采集需要分别使用不同的芯片进行系统设计，这大大提高了系统的应用成本，而且目前的应用产品中对于电能质量分析的专用芯片也不多见，大多需要依靠专用的DSP芯片进行计算，这大大提高了系统设计复杂性，不利于应用厂商快速开发相关产品。现在国外的一些大芯片设计公司，包括TI、ST、Ember、Silicon等也都未提供单一芯片的解决方案实现对谐波等电能质量分析数据及非电量信号的采集，所以目前国内外的单一芯片解决方案都无法满足能效领域中电力能效监测终端的整体功能需求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种能效业务专用芯片及其应用方法，其包括电能计量模块、非电量采集模块、安全模块、PLC(Power Line Carrier，电力线载波)通信模块、射频通信模块、芯片内核与外设和片内总线。其中电能计量模块主要实现电参数模拟量信号的采集、电能计量以及相关电参数的测量功能；非电量采集模块即片内ADC(Analog Digital Converter，模数转换器)，主要实现对常见模拟量传感器输出信号(如温度、压力、湿度等传感器)的采集，然后在芯片内核结合传感器量程设置等进行非电参数的计算测量；安全模块内集成公钥密码引擎模块、加密算法模块、RNG(RandomNumber Generator，随机数发生器)和其它辅助电路并可提供安全机制的检查功能；PLC通信模块与射频通信模块均用于为芯片提供通信功能；芯片采用高性能内核，内部集成大容量FLASH(非易失性存储器)和高速SRAM(易失性存储器)，并配置丰富外设，支持外部控制和响应中断能力。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种能效业务专用芯片，其改进之处在于，所述芯片包括电能计量模块、非电量采集模块、安全模块、PLC通信模块、射频通信模块和芯片内核；所述电能计量模块、非电量采集模块、安全模块、PLC通信模块、射频通信模块和芯片内核通过片内总线相连接；所述电能计量模块、非电量采集模块、安全模块、PLC通信模块、射频通信模块和芯片内核集成在一片芯片上。

优选的，所述电能计量模块用于电参数模拟量信号的采集、电能计量以及相关电参数的测量；其包括DSP内核、7路19位2阶ADC及ADC数据Buffer；所述DSP内核用于完成各相电流有效值、电压有效值、功率因数、频率和提供各相及合相的有功功率、无功功率、视在功率、有功能量及无功能量；

所述7路19位2阶ADC采用双端差分信号输入，用于提供三相四线制的电能计量需求；

所述ADC数据Buffer用于同步采样数据，分次谐波分析，无需进行预处理。优选的，所述非电量采集模块用于模拟量传感器输出信号的采集并对非电参数进行计算测量；其包括逐次逼近型ADC；

所述逐次逼近型ADC包括一个比较器和DA转换器。

优选的，所述安全模块用于全机制的检查，其包括随机数发生器、公钥算法引擎单元、加密算法单元、RNG发生电路和辅助电路。

优选的，所述PLC通信模块采用抗干扰性强的OFDM技术，支持DBPSK、DQPSK、D8PSK调制和前向纠错技术，支持电网的可靠数据通信；其集成物理层、媒体访问控制层、可编程陷波机制和6LoWPAN自适应层，用于在群延时、脉冲干扰环境下，与其它窄带发送器协同工作的途径可靠通信。

优选的，所述射频通信模块包括接收机和发射机；

所述接收机用于从众多的电波中选出有用信号，将信号变为基带信号；

所述发射机用于基带信号对中频载波的调制，将其上变频至特定的RF频段后有效的发射出去。

进一步地，所述发射机通过调制、上变频、功率放大和滤波进行对基带信号到射频信号的转换。