專利名稱：高準(zhǔn)確度電能計量模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電能計量模塊。
背景技術(shù)：
目前市場上使用的電能計量模塊主要采用兩種方案，一種是計量芯片方案，該方 案成熟、穩(wěn)定、成本低，得到了業(yè)界廣泛的使用，但有一定局限性首先，計量芯片的準(zhǔn)確度 一般，難以滿足更高層次的計量準(zhǔn)確度與穩(wěn)定性要求；其次，計量芯片的靈活性較差，難以 實現(xiàn)更先進的高端計量、現(xiàn)代信號處理等一些復(fù)雜算法。另一種是模塊組成方案，該方案一 般由數(shù)字信號處理模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、看門狗電路、電源管理模塊等功能模塊組成，通過 它們之間的有效連接使其成為一個整體的電能計量功能模塊，但由于目前這種模塊組成方 案在芯片選型及信號線和模塊布置方面尚存在不足，使得其計量精度最多在0. 2S-0. 5S這 個等級。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種能有效提高電能計量精度的高準(zhǔn)確度電能計量 模塊。本實用新型提供的這種高準(zhǔn)確度電能計量模塊包括電路板和該電路板上的數(shù)字 信號處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、看門狗電路、溫度檢測芯片、數(shù)字電源管理芯片以及基準(zhǔn)電壓 芯片，其中模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將輸入的模擬電信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換并通過串行接口將數(shù)字信號傳 給數(shù)字信號處理器進行信號處理與電量計算，看門狗電路對數(shù)字信號處理器進行實時監(jiān) 控，數(shù)字電源管理芯片為模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供工作電源，所述數(shù)字信號處理器采用BF533處理 器、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片采用ADS1278芯片、看門狗電路采用ADM706S芯片、溫度檢測芯片采用 TMP122、數(shù)字電源管理芯片采用TPS73250和TPS79918、基準(zhǔn)電壓芯片采用AD780BR。為了增加本實用新型電能計量模塊的信號處理能力與信號抗干擾能力，所述電路 板采用四層結(jié)構(gòu)，信號線布于中間兩層，頂層與底層用銅箔包裹，在關(guān)鍵信號線周圍放置過 孔，使其完全置于一個全封閉的法拉第籠內(nèi)。將數(shù)字電源部分及模擬電源部分分別置于電 路板一對角線的兩對角位置，將數(shù)字信號處理部分和模擬信號采集部分分別置于電路板另 一對角線的兩對角位置。由于本實用新型對電能計量模塊中的所有芯片進行了重新選型，尤其是對數(shù)字信 號處理器和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片進行了選型，使本實用新型的精度大大提高。本實用新型作為計 量模塊功能完整、性能優(yōu)異，并通過各類電磁兼容測試，各技術(shù)參數(shù)穩(wěn)定可靠、各項數(shù)據(jù)指 標(biāo)均可滿足準(zhǔn)確度等級高達(dá)0. IS電能表設(shè)計規(guī)范要求。

圖1是本實用新型的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型實物圖。
具體實施方式
從圖1可知，本實用新型模塊電路由數(shù)字信號處理器BF533、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADS1278、看門狗電路芯片ADM706S、溫度檢測芯片TMP122、基準(zhǔn)電壓芯片AD780BR以及數(shù)字 電源管理芯片TPS73250和TPS79918組成。其中BF533處理器是ADI公司推出的一款嵌入 式處理器，處理器結(jié)構(gòu)主要由雙16位乘法累加器、雙40位算術(shù)邏輯單元(ALU)、四個8位 視頻ALU和1個40位移位器、大容量片內(nèi)存儲器、16KB指令CACHE、64KB指令SRAM、32KB 數(shù)據(jù)CACHE、32KB數(shù)據(jù)SRAM、4KB暫存器以及動態(tài)電源管理等組成，它為計量算法的實現(xiàn)提 供強大、穩(wěn)定的處理平臺。圖中ADS1278是德州儀器(Tl)推出的8通道24位工業(yè)Δ-Σ 模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，內(nèi)部集成有多個獨立的高階斬波穩(wěn)定調(diào)制器和導(dǎo)通帶寬滑落幅度很大 的FIR數(shù)字濾波器，ADS1278具有優(yōu)良的AC和DC特性，采樣率最高可以達(dá)128KS/S，62kHz 帶寬時信噪比(SNR)可達(dá)llldB，失調(diào)漂移為0.8yV/°C，是模塊實現(xiàn)高精度信號采集與高 準(zhǔn)確度計量算法實現(xiàn)的關(guān)鍵部件。它首先接受外部引入的模擬信號，如電壓或電流信號，然 后對其進行采樣，量化，編碼，將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號，隨后這些數(shù)字信 號又被送入數(shù)字信號處理器BF533，按照BF533中設(shè)定的算法程序進行相應(yīng)的運算處理，最 終將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成與之相應(yīng)的頻率脈沖，通過對頻率脈沖的計數(shù)來確定電能的多 少。圖中ADM706S在上電過程中對系統(tǒng)供電電壓進行監(jiān)控，如果供電電壓未達(dá)到BF533預(yù)置 工作電壓時，為BF533提供一路復(fù)位信號，禁止其工作；如果供電電壓達(dá)到BF533預(yù)置工作 電壓且電壓穩(wěn)定時間超過200ms，釋放復(fù)位信號，令BF533工作，可有效防止因電源電壓較 低使BF533產(chǎn)生錯誤的動作。此外，在BF533正常工作期間，ADM706S還對BF533進行運行 狀態(tài)監(jiān)控，如果超過1. 6SBF533未向ADM706S進行報告(BF533每隔1. 6S就向ADM706S發(fā) 送一個電平信號)，則ADM706S會發(fā)出復(fù)位信號使BF533重新進入工作狀態(tài)。基準(zhǔn)電壓芯片 AD780BR為ADS1278提供一路3ppm初始精度0. 的高穩(wěn)定2. 5V基準(zhǔn)電壓，溫度檢測芯片 TMP122負(fù)責(zé)對ADS1278進行溫度檢測，并實時向BF533報告當(dāng)前溫度，用于實現(xiàn)模塊計量 算法的溫度補償。數(shù)字電源管理芯片TPS73250和TPS79918為ADS1278提供+5. 0V、+1. 8V 兩路工作電壓，同時利用其電源芯片的使能引腳功能，由BF533控制實現(xiàn)ADS1278芯片先上 1. 8V工作電源、后上+5. OV工作電源的上電時序功能。由圖2可知，為增加電路模塊的信號處理能力與信號抗干擾能力，電路板采用4層 板布板技術(shù)，所有關(guān)鍵信號線布于電路板中間兩層，并用頂層與底層電路板上完整的銅箔 進行包裹，同時在幾個關(guān)鍵信號旁放置過孔，使其完全置于一個全封閉的法拉第籠內(nèi)，極大 減少了外界信號對信號線的干擾。在電路布局上，形成了兩個電源區(qū)域、一個模擬信號采集 區(qū)域、一個數(shù)字信號處理區(qū)域共4大區(qū)域。其中，數(shù)字電源部分置于電路板左上角，模擬電 源置于電路板右下角，這樣就減少了數(shù)字電源與模擬電源的相互干擾；同樣將數(shù)字信號處 理單元置于電路板右上角，模擬信號采集單元置左下角，也減少了高速數(shù)字處理信號對低 頻模擬信號的干擾。
權(quán)利要求一種高準(zhǔn)確度電能計量模塊，包括電路板和該電路板上的數(shù)字信號處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、看門狗電路、溫度檢測芯片、數(shù)字電源管理芯片以及基準(zhǔn)電壓芯片，其中模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將輸入的模擬電信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換并通過串行接口將數(shù)字信號傳給數(shù)字信號處理器進行信號處理與電量計算，看門狗電路對數(shù)字信號處理器進行實時監(jiān)控，數(shù)字電源管理芯片為模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供工作電源，其特征在于所述數(shù)字信號處理器采用BF533處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片采用ADS1278芯片、看門狗電路采用ADM706S芯片、溫度檢測芯片采用TMP122、數(shù)字電源管理芯片采用TPS73250和TPS79918、基準(zhǔn)電壓芯片采用AD780BR。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高準(zhǔn)確度電能計量模塊，其特征在于所述電路板采用四層結(jié) 構(gòu)，信號線布于中間兩層，頂層與底層用銅箔包裹，在關(guān)鍵信號線周圍放置過孔，使其完全 置于一個全封閉的法拉第籠內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高準(zhǔn)確度電能計量模塊，其特征是將數(shù)字電源部分及模 擬電源部分分別置于電路板一對角線的兩對角位置，將數(shù)字信號處理部分和模擬信號采集 部分分別置于電路板另一對角線的兩對角位置。
專利摘要本實用新型公開了一種高準(zhǔn)確度電能計量模塊，該模塊包括電路板和該電路板上的數(shù)字信號處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、看門狗電路、溫度檢測芯片、數(shù)字電源管理芯片以及基準(zhǔn)電壓芯片，其中模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將輸入的模擬電信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換并通過串行接口將數(shù)字信號傳給數(shù)字信號處理器進行信號處理與電量計算，看門狗電路對數(shù)字信號處理器進行實時監(jiān)控，數(shù)字電源管理芯片為模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供工作電源，所述數(shù)字信號處理器采用BF533處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片采用ADS1278芯片、看門狗電路采用ADM706S芯片、溫度檢測芯片采用TMP122、數(shù)字電源管理芯片采用TPS73250和TPS79918、基準(zhǔn)電壓芯片采用AD780BR。本實用新型能滿足準(zhǔn)確度等級高達(dá)0.1S電能表設(shè)計規(guī)范要求。
文檔編號G01R22/06GK201681123SQ201020197368
公開日2010年12月22日 申請日期2010年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月20日
發(fā)明者馮燕, 宋慧娜, 易龍強, 熊政 申請人:威勝集團有限公司