專利名稱：電能計量芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電能計量芯片。
背景技術(shù)：
我國是一個電能表應(yīng)用大國，每年全國需求約3000萬臺，目前我國的電能表主要有機械電能表、機電一體化電能表及全電子式電能表。由于電子工藝的發(fā)展與進步以及電能表技術(shù)的發(fā)展，全電子式電能表的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性都有了極大的提高，目前全電子式電能表所占市場份額在70％左右，由于電能表牽涉到千家萬戶，根據(jù)市場需求，電能表需要進一步增加功能，提高可靠性。
在目前的主流單相電能表，如圖1所示，采用電能計量加脈沖計數(shù)器的結(jié)構(gòu)，該方案包括電能計量模塊及步進電機計數(shù)器，該方案在電能計量芯片中直接將功率轉(zhuǎn)換為脈沖信號，由脈沖信號驅(qū)動步進計數(shù)器進行電能計數(shù)。方案非常簡單，但步進脈沖計數(shù)器存在一些缺點，如計數(shù)器由于故障卡字，不能夠正常計量電能等。
而且，使用脈沖計數(shù)器的電能表存在抄表不方便，不能夠自動抄表，為了抄表要耗費大量的人力、物力，這降低了工作效率，增加了浪費。
為了解決電能表的缺點，目前有一些解決方案，如圖2所示分立元件方法，該方案需要至少三～五顆芯片，包括電能計量芯片、單片機、外接存儲器、LCD顯示驅(qū)動芯片以及RS485等通訊接口芯片。該方法將電能計量芯片的脈沖輸入單片機，由單片機完成電能計數(shù)，由單片機將電能數(shù)據(jù)存儲到外接的存儲芯片中，并由單片機控制LCD顯示驅(qū)動芯片，將電能數(shù)據(jù)顯示在顯示器上。其RS485等通訊接口可以完成電能數(shù)據(jù)傳送等功能，可以實現(xiàn)自動抄表功能。
為了解決分立元件的方案帶來的問題，中國實用新型專利公告號CN1490626A提供了一種復(fù)費率電能表專用芯片，其原理圖如圖3所示，在單芯片中集成了前述分立元件的所有功能，雖然該方案可以解決分立元件電能表帶來的問題，但它同時引入新的缺點芯片功能復(fù)雜，芯片的制造工藝也復(fù)雜，這就不能夠很好的降低芯片成本，這降低了電能表的經(jīng)濟性。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種電能計量芯片，解決脈沖計數(shù)器的卡字問題，降低電能表的設(shè)計復(fù)雜度，提高經(jīng)濟性。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種電能計量芯片，包括電壓電流采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，用于將兩路輸入模擬信號轉(zhuǎn)換為高精度兩路數(shù)字信號；功率計算模塊，用于將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸出的兩路信號經(jīng)濾波、相位調(diào)整后相乘，并將乘積結(jié)果濾波后轉(zhuǎn)換為周期脈沖信號輸出，其中，該電能計量芯片還包括能量計算模塊，用于對功率計算模塊輸出的乘積脈沖進行計數(shù)，計數(shù)的結(jié)果即表示電能；上電復(fù)位及時鐘單元，用于保持所述電能計量芯片在穩(wěn)定的時鐘輸入及穩(wěn)定電壓情況下穩(wěn)定工作，當電壓非正常時，所述電能計量芯片內(nèi)部電路將進入相應(yīng)復(fù)位狀態(tài)。
參考電壓源，用于為所述電能計量芯片提供穩(wěn)定的參考電壓。
上述技術(shù)方案的進一步改進在于該電能計量芯片還包括一顯示驅(qū)動模塊，用于將所述顯示能量計算模塊的計算結(jié)果傳送至顯示設(shè)備顯示。
上述技術(shù)方案的進一步改進在于該電能計量芯片還包括一能量數(shù)據(jù)存儲模塊，用于儲存所述顯示能量計算模塊的計算結(jié)果。
上述技術(shù)方案的進一步改進在于該電能計量芯片還包括一通訊與控制接口，用于實現(xiàn)所述顯示能量計算模塊的計算結(jié)果與所述電能計量芯片外圍裝置間的數(shù)據(jù)交換；上述技術(shù)方案的進一步改進在于該通訊與控制接口控制能量計算模塊中功率一脈沖轉(zhuǎn)換中的脈沖常數(shù)可以通過芯片的通訊控制接口來控制。
上述技術(shù)方案的進一步改進在于該功率計算模塊包括濾波電路、相位調(diào)整電路及乘法器，所述濾波電路、相位調(diào)整電路分別連接于所述乘法器的兩輸入端。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明電能計量芯片包括電壓電流采樣及數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、功率計算模塊、能量計算模塊、上電復(fù)位及時鐘單元、參考電壓源，從而可實現(xiàn)芯片內(nèi)電能的計量，解決了傳統(tǒng)采用脈沖計數(shù)器易出現(xiàn)卡字的問題，降低了電能表的設(shè)計復(fù)雜度，提高了經(jīng)濟性。
同時，本發(fā)明電能計量芯片還包括顯示驅(qū)動模塊、能量數(shù)據(jù)存儲模塊、通訊與控制接口，從而表示電能數(shù)據(jù)的計量結(jié)果可存儲在非易失儲存器中，并且可通過顯示驅(qū)動模塊驅(qū)動外部的顯示器顯示能量數(shù)據(jù)或通過芯片中的通訊及控制接口完成電能數(shù)據(jù)的讀取，實現(xiàn)電能表的抄表功能，因而非常適合于電子式電能表的應(yīng)用。

圖1是一種現(xiàn)有電能計量芯片的原理框圖。
圖2是一種現(xiàn)有多功能電能表原理框圖。
圖3是一種現(xiàn)有多功能電能計量芯片的原理方框圖。
圖4是本發(fā)明電能計量芯片的原理方框圖。
具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。
如圖4所示，本發(fā)明電能計量芯片一種電能計量芯片，包括電壓電流采樣及數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、功率計算模塊、能量計算模塊、上電復(fù)位及時鐘單元、參考電壓源。
該電壓電流采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，用于將兩路輸入模擬信號轉(zhuǎn)換為高精度兩路數(shù)字信號；該功率計算模塊，用于將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸出的兩路信號相乘，并經(jīng)濾波輸出乘積脈沖信號，該功率計算模塊包括濾波電路、相位調(diào)整電路及乘法器，所述濾波電路、相位調(diào)整電路分別連接于所述乘法器的兩輸入端；
該電壓電流采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于將兩路輸入模擬信號轉(zhuǎn)換為蓋精度兩路數(shù)字信號；該功率計算模塊用于將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸出的兩路信號相乘，并經(jīng)濾波輸出乘積脈沖信號，其特征在于該電能計量芯片還包括該能量計算模塊，用于對功率計算模塊輸出的乘積脈沖進行計數(shù)，計數(shù)的結(jié)果即表示電能；該上電復(fù)位及時鐘單元，用于保持所述電能計量芯片在穩(wěn)定的時鐘輸入及穩(wěn)定電壓情況下穩(wěn)定工作，當電壓非正常時，所述電能計量芯片內(nèi)部電路將進入相應(yīng)復(fù)位狀態(tài)；參考電壓源，用于為所述電能計量芯片提供穩(wěn)定的參考電壓，以使芯片能夠滿足電能計量的相關(guān)標準規(guī)定。
該電能計量芯片還包括一顯示驅(qū)動模塊，用于將所述顯示能量計算模塊的計算結(jié)果傳送至顯示設(shè)備顯示。
該電能計量芯片還包括一能量數(shù)據(jù)存儲模塊，用于儲存所述顯示能量計算模塊的計算結(jié)果。
該電能計量芯片還包括一通訊與控制接口，用于實現(xiàn)所述顯示能量計算模塊的計算結(jié)果與所述電能計量芯片外圍裝置間的數(shù)據(jù)交換，該通訊與控制接口控制能量計算模塊中功率-脈沖轉(zhuǎn)換中的脈沖常數(shù)可以通過芯片的通訊控制接口來控制。
該電能計量芯片還包括一工作時，先將輸入兩路模擬信號(電流信號/電壓信號)進行高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)，然后，將高精度的數(shù)字信號后直接送入功率計算模塊，在進行功率計算時，要對每路數(shù)據(jù)進行濾波、相位調(diào)整后再計算功率，將功率數(shù)據(jù)低通濾波后轉(zhuǎn)換脈沖信號輸出至電能計量模塊，其中功率-脈沖轉(zhuǎn)換時的脈沖常數(shù)可以通過芯片的通訊控制接口來控制。
隨后，電能計數(shù)模塊將功率計算模塊來的脈沖進行計數(shù)，計數(shù)的結(jié)果即表示電能，芯片對電能數(shù)據(jù)進行實時儲存，同時可以通過顯示驅(qū)動模塊驅(qū)動輸出或通過通訊接口輸出電能數(shù)據(jù)。
本發(fā)明電能計量芯片包括電壓電流采樣及數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、功率計算模塊、能量計算模塊、上電復(fù)位及時鐘單元，從而可實現(xiàn)芯片內(nèi)電能的計量，解決了傳統(tǒng)采用脈沖計數(shù)器易出現(xiàn)卡字的問題，降低了電能表的設(shè)計復(fù)雜度，提高了經(jīng)濟性。
同時，本發(fā)明電能計量芯片還包括顯示驅(qū)動模塊、能量數(shù)據(jù)存儲模塊、通訊與控制接口，從而表示電能數(shù)據(jù)的計量結(jié)果可存儲在非易失儲存器中，并且可通過顯示驅(qū)動模塊驅(qū)動外部的顯示器顯示能量數(shù)據(jù)或通過芯片中的通訊及控制接口完成電能數(shù)據(jù)的讀取，實現(xiàn)電能表的抄表功能，因而非常適合于電子式電能表的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種電能計量芯片，包括電壓電流采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，用于將兩路輸入模擬信號轉(zhuǎn)換為高精度兩路數(shù)字信號；功率計算模塊，用于將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸出的兩路信號進行濾波、相位調(diào)整后相乘，并將乘積結(jié)果濾波后轉(zhuǎn)換為脈沖信號，其特征在于該電能計量芯片還包括能量計算模塊，用于對功率計算模塊輸出的乘積脈沖進行計數(shù)，計數(shù)的結(jié)果即表示電能；上電復(fù)位及時鐘單元，用于保持所述電能計量芯片在穩(wěn)定的時鐘輸入及穩(wěn)定電壓情況下穩(wěn)定工作，當電壓非正常時，所述電能計量芯片內(nèi)部電路將進入相應(yīng)復(fù)位狀態(tài)。參考電壓源，用于為所述電能計量芯片提供穩(wěn)定的參考電壓。
2.如權(quán)利1所述的電能計量芯片，其特征在于該電能計量芯片還包括一顯示驅(qū)動模塊，用于將所述能量計算模塊的計算結(jié)果傳送至顯示設(shè)備顯示。
3.如權(quán)利1所述的電能計量芯片，其特征在于該電能計量芯片還包括一能量數(shù)據(jù)存儲模塊，用于儲存所述能量計算模塊的計算結(jié)果。
4.如權(quán)利1所述的電能計量芯片，其特征在于該電能計量芯片還包括一通訊與控制接口，用于實現(xiàn)所述能量計算模塊的計算結(jié)果及能量數(shù)據(jù)存儲模塊所存儲數(shù)據(jù)與所述電能計量芯片外圍裝置間的數(shù)據(jù)交換。
5.如權(quán)利4所述的電能計量芯片，其特征在于該通訊與控制接口控制能量計算模塊中功率一脈沖轉(zhuǎn)換中的脈沖常數(shù)可以通過芯片的通訊控制接口來控制。
6.如權(quán)利1所述的電能計量芯片，其特征在于該功率計算模塊包括濾波電路、相位調(diào)整電路及乘法器，所述濾波電路、相位調(diào)整電路分別連接于所述乘法器的兩輸入端。
全文摘要
本發(fā)明一種電能計量芯片，包括電壓電流采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，用于將兩路輸入模擬信號轉(zhuǎn)換為高精度兩路數(shù)字信號；功率計算模塊，用于將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸出的兩路信號經(jīng)濾波后相乘，并將相應(yīng)乘積結(jié)果濾波后再轉(zhuǎn)換為乘積脈沖信號輸出；能量計算模塊，用于對功率計算模塊輸出的乘積脈沖進行計數(shù)，計數(shù)的結(jié)果即表示電能；上電復(fù)位及時鐘單元，用于保持所述電能計量芯片在穩(wěn)定的時鐘輸入及穩(wěn)定電壓情況下穩(wěn)定工作，當電壓非正常時，所述電能計量芯片內(nèi)部電路將進入相應(yīng)復(fù)位狀態(tài)；參考電壓源，用于為所述電能計量芯片提供穩(wěn)定的參考電壓。本發(fā)明采用單芯片即可完成電能的計量，極大的簡化了電子式電能表的設(shè)計，非常適合電子式電能表的應(yīng)用。
文檔編號G01R22/00GK1987488SQ20051012084
公開日2007年6月27日 申請日期2005年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月23日
發(fā)明者周命福, 盧國建, 陳克林, 張革遠 申請人:深圳市芯?？萍加邢薰?