专利名称：预校准电能计量电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及计量芯片领域，特别是涉及一种应用于电能计量电路的预校准电能计量电路。
背景技术：
图1为现有的一种无校准功能的电能计量电路结构示意图。如图1所示，无校准功能的电能计量电路包括采样�？�、模数转换�？�、数字信号处理�？�、基准�？橐约笆敝悠德首荒？椋裳？槎缘缌餍藕偶暗缪剐藕沤胁裳笏椭聊Ｊ荒？榻心Ｊ唬缓蟮牡缌魇至考暗缪故至克腿胧中藕糯砟？榇恚杉屏坎问�。然而，经过图1获得的计量参数往往不准确，电子式电能表在出厂前，一般都需要对其测量精度进行校准，以满足有关电能计量技术规范标准的要求。目前，电子式电能表常用的校准方法主要有两种硬件校准和软件校准。硬件校准是在电子式电能表PCB应用板上，电压采样通道设计电阻分压器网络， 通过短接分压器网络电阻，改变线电压衰减来调准采样电压，从而实现校表目的。硬件校准方法需要根据误差情况手工短接适当的电阻，调整速度慢；且电阻分压网络的校验范围有限(一般为士30%)，对于超出校验范围的电能计量电路，需要手工更换、焊接分压网络中的电阻，增加了硬件成本，还容易因虚焊假焊影响电表计量的精度。软件校准，则一般是在电能计量电路内部设计校准寄存器，通过MCU向校准寄存器写入校准值来实现校准。现有的软件校准方法或技术有两类，一类是在对线电压/电流信号进行模数转换前，预先对模拟信号进行增益调制，如上海华园微电子技术有限公司于 2003年6月沈日申请的申请号为03129510. X的中国专利申请，然而这种方法需要设计高精度的模拟增益可调制放大电路，设计难度大，技术上不容易实现。软件校准方法的另一类则是在将模拟线电压/电流信号转换为数字量后，对数字量进行增益调节。目前的带校准功能的电能计量产品多数按此方法实现。该方法适用于带通讯接口的计量电路，需要重新设计校准寄存器电路、数字信号处理电路，增加数字电路规模。采用该方法设计的电能计量产品应用时，需通过通讯接口外接EEPROM存储器；在校表时，校准数据存储到外部EEPROM存储器；电能表应用时，校准数据从EEPROM读出，通过通讯接口写入校准寄存器实现校准。然而对于无通讯接口的计量电路，往往需要设计校准寄存器电路、通讯接口电路及数字信号运算电路等�？椋黾油ㄑ兑牛薹嫒菰型馕У缏罚匦胫匦律杓芇CB板，成本高。
实用新型内容为克服现有技术的上述缺点，本实用新型的主要目的在于提供一种结构简单、无需增加大量电路规模的预校准电能计量电路，其可以完全兼容原有电子式电能表外围电路，无需重新设计PCB板，同时又能有效提高电能表测量精度，降低了校表成本。为达上述及其它目的，本实用新型提供一种预校准电能计量电路，至少包括采样�？�、模数转换�？榧笆中藕糯砟？椋硗猓迷ばＷ嫉缒芗屏康缏坊拱ㄐＷ技拇嫫骷敖涌谀？橐约靶Ｗ寄？椋眯Ｗ技拇嫫魍ü涌诮邮招Ｗ伎刂铺ㄐ慈氲男Ｗ际菀钥刂聘眯Ｗ寄？榈墓ぷ髯刺眯Ｗ寄？楦莞眯Ｗ技拇嫫鞯纳柚每刂乒ぷ髯刺⒍愿媚Ｊ荒？榈牡髦破鞔浜械髡�。进一步地，该模数转换�？橛蒘igma-Delta ADC实现。进一步地，该Sigma-Delta ADC为二阶Sigma-Delta ADC，其至少包括积分器、比较器以及数模转换器的反馈环。进一步地，该校准寄存器为非易失性可编程单元，其通过复用引脚实现编程接口， 作为该校准寄存器及接口�？榈慕涌诘缏贰＝徊降兀诓馐孕Ｗ际保从靡庞糜诒喑谈眯Ｗ技拇嫫鳎徽９ぷ魇保眯Ｗ技拇嫫髦当３植槐洌从靡耪Ｊ褂�。进一步地，若该电能计量电路为带通讯接口的电能计量电路，采用内部寄存器电路作为该校准寄存器，该校准寄存器及接口�？榈慕涌诘缏酚敫猛ㄑ督涌诟从茫眯Ｗ际菰荽娴酵獠縀EPROM存储器，然后通过该通讯接口写入该校准寄存器。进一步地，该校准寄存器的位宽由该校准�？榈男Ｗ挤段Ь龆�。进一步地，该电能计量电路还包括基准模块以及时钟频率转换�？椋没寄？橛糜诓玫缒芗屏康缏饭ぷ魉璧幕嫉缪剐藕牛⑽貌裳？楹透媚Ｊ荒？樘峁┗嫉缪梗桓檬敝佑肫德首荒？槲貌裳？�、该模数转换模块及该数字信号处理�？樘峁┦敝有藕偶笆涑雎龀迤德驶夹藕拧Ｓ胂钟屑际跸啾龋臼涤眯滦鸵恢衷ばＷ嫉缒芗屏康缏吠ü柚眯Ｗ技拇嫫骺刂菩Ｗ寄？椋阅Ｊ荒？榈牡髦破鞔浜凳形⒌鞔恚谋淠Ｄ庑藕啪Ｊ荒？樽缓笫至康拇笮。佣迪侄缘缒芗屏康缏凡饬烤冉行Ｗ嫉墓δ埽槐臼涤眯滦椭ばＷ嫉缒芗屏康缏返男Ｗ冀峁辜虻ィ扌柙黾哟罅康缏饭婺＃τ檬蓖耆嫒菰械缱邮降缒鼙硗馕У缏罚扌柚匦律杓芇CB板，同时又能有效提高电能表测量精度，降低了校表成本，是电能计量芯片领域一个高效灵活的选择。
图1为现有的一种无校准功能的电能计量电路结构示意图；图2为本实用新型一种预校准电能计量电路之较佳实施例的电路结构框图；图3为本实用新型中模数转换�？榈髦破鞯囊恢质凳├峁故疽馔迹煌�4是本实用新型之预校准电能计量电路的校表应用框图；图5本实用新型之预校准电能计量电路的校准方法的步骤流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其它优点与功效。本实用新型亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本实用新型的精神下进行各种修饰与变更。图2为本实用新型一种预校准电能计量电路之较佳实施例的电路结构框图。如图2所示，本实用新型一种预校准电能计量电路，至少包括采样�？�201、模数转换�？�202、 数字信号处理�？�203、校准寄存器及接口模块204、校准�？�205、基准模块206以及时钟频率转换�？�207。其中，采样模块201用于采样电流信号和线电压信号，供给模数转换模块 202 (ADC)处理；模数转换�？�202，把采样�？�201采样的电流信号和线电压信号转换为对应的电流信号数字量和电压信号数字量，供数字信号处理�？�203处理，由于计量精度要求，一般模数转换�？橛蒘igma-Delta ADC实现；数字信号处理�？�203，对电流信号数字量和电压信号数字量进行滤波处理并进行运算，计算得到瞬时功率值，瞬时功率值累加得到电能计量值，输出给外部MCU (未示出)处理；校准寄存器及接口模块204，可通过接口对校准寄存器写校准值来控制校准�？�205的工作状态，校准寄存器的位宽由校准�？�205 的校准范围决定；校准�？�205，根据校准寄存器的设置控制工作状态，直接对模数转换�？�202的调制器传输函数系数做细微调整；基准�？�206，用于产生电路工作所需的基准电压信号，并为采样�？�201和模数转换�？�202提供基准电压；时钟与频率转换�？�207， 为采样�？�201、模数转换�？�202、数字信号处理模块203等提供时钟信号及输出脉冲频率基准信号。图3为本实用新型中模数转换�？榈髦破鞯囊恢质凳├峁故疽馔迹缤�3所示， 模数转换�？�202为二阶的Sigma-Delta调制器，Vin为模拟量输入，Dout为数字量输出。Sigma-Delta调制器以极高的抽样频率对输入模拟信号进行抽样，并对两个抽样之间的差值进行低位量化，从而得到用低位数码表示的数字信号，即Σ -Δ码；然后将该码送到数字抽取滤波器进行抽取滤波，得到高分辨率的线性脉冲编码调制的数字信号，其结构近似于双斜率模数转换器，除了增益放大部分外，还包括积分器、比较器以及数模转换器 (DAC)的反馈环，由于Sigma-Delta调制器的结构为现有技术，在此不予赘述。需进一步说明的是，为了使不同幅度的信号经过Sigma-Delta调制器调制后线性度保持一致，校准�？槎許igma-Delta调制器的反馈系数bl做细微调整。在本实用新型较佳实施例中，对于无通讯接口的电能计量电路，可以采用非易失性可编程单元作为校准寄存器，引脚复用实现编程接口。在测试校准时，复用引脚用于编程校准寄存器；正常工作时，校准寄存器值保持不变，复用引脚正常使用，完全兼容原有电子式电能表外围电路及PCB板，这里采用的非易失性可编程单元可以是熔丝、OTP ROM,EEPROM 等非易失性存储器件；而对于带通讯接口的计量电路，校准寄存器可以采用非易失性可编程单元结构，如前面所述，或者也可采用内部寄存器电路作为校准寄存器，接口电路跟原有的通讯接口复用，校准数据暂存到外部EEPROM存储器，通过通讯接口写入校准寄存器实现校准，完全兼容原有电子式电能表外围电路及PCB板。在此需说明的是，对应于处理单相多通道电流和电压信号，或者三相电流和电压信号，本实用新型之带测量精度预校准功能的电能计量电路分别为单相电能计量电路或者三相电能计量电路。图4是本实用新型之预校准电能计量电路的校表应用框图，图5本实用新型之预校准电能计量电路的校准方法的步骤流程图。以下将配合图4及图5进一步说明本实用新型之预校准电能计量电路的校准方法，该方法步骤如下步骤501，校准初始化，本实用新型之预校准电能计量电路输出电参量计量结果
5(计量参量)给校准控制台；步骤502，校准控制台根据上述电参量计量结果，计算得出初测误差值及校准补偿数据；步骤503，根据上述校准补偿数据，推算出要补偿该误差值所需调整的调制器系数范围；步骤504，由需调整的调制器系数范围推算校准�？榈墓ぷ髯刺⒌玫蕉杂Φ男Ｗ技拇嫫髦担徊街�505，将校准数据写校准寄存器，控制校准�？楣ぷ髟诓街�504得出的状态；步骤506，计量电路重新计量输出电参量结果，并送给校准控制台；步骤507，校准控制台判断计量误差是否符合要求，若符合，则完成校表；若不符合，重复步骤502至步骤506过程。承上所述，由于不管是硬件校准方法，还是软件校准方法，对计量精度的校准归根结底是通过调整信号幅度来实现的。模拟信号经过模数转换�？樽晃至康拇笮。苯痈Ｊ荒？榈牡髦破飨喙兀敲赐ü⒌鞯髦破鞔浜南凳涂梢允迪侄缘缒芗屏康缏凡饬烤冉行Ｗ嫉哪康�。正是基于上述思路，本实用新型提出了一种带测量精度预校准功能的电能计量电路，其可以实现电能测量精度预校准，同时兼容原有电子式电能表外围电路，无需重新设计PCB板。上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何本领域技术人员均可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本实用新型的权利保护范围，应如权利要求书所列。
权利要求1.一种预校准电能计量电路，至少包括采样�？�、模数转换�？榧笆中藕糯砟？椋� 其特征在于该预校准电能计量电路还包括校准寄存器及接口�？橐约靶Ｗ寄？椋眯Ｗ技拇嫫魍ü涌诮邮招Ｗ伎刂铺ㄐ慈氲男Ｗ际菀钥刂聘眯Ｗ寄？榈墓ぷ髯刺眯Ｗ寄？楦莞眯Ｗ技拇嫫鞯纳柚每刂乒ぷ髯刺⒍愿媚Ｊ荒？榈牡髦破鞔浜械麟xiF. ο
2.如权利要求1所述的预校准电能计量电路，其特征在于该模数转换模块由 Sigma-Delta ADC 实现。
3.如权利要求2所述的预校准电能计量电路，其特征在于该Sigma-DeltaADC为二阶Sigma-Delta ADC，其至少包括积分器、比较器以及数模转换器的反馈环。
4.如权利要求1所述的预校准电能计量电路，其特征在于该校准寄存器为非易失性可编程单元，其通过复用引脚实现编程接口，作为该校准寄存器及接口�？榈慕涌诘缏�。
5.如权利要求4所述的预校准电能计量电路，其特征在于在测试校准时，复用引脚用于编程该校准寄存器；正常工作时，该校准寄存器值保持不变，复用引脚正常使用。
6.如权利要求1所述的预校准电能计量电路，其特征在于若该电能计量电路为带通讯接口的电能计量电路，采用内部寄存器电路作为该校准寄存器，该校准寄存器及接口�？榈慕涌诘缏酚敫猛ㄑ督涌诟从茫眯Ｗ际菰荽娴酵獠縀EPROM存储器，然后通过该通讯接口写入该校准寄存器。
7.如权利要求1所述的预校准电能计量电路，其特征在于该校准寄存器的位宽由该校准模块的校准范围决定。
8.如权利要求1所述的预校准电能计量电路，其特征在于该电能计量电路还包括基准模块以及时钟频率转换�？椋没寄？橛糜诓玫缒芗屏康缏饭ぷ魉璧幕嫉缪剐藕牛⑽貌裳？楹透媚Ｊ荒？樘峁┗嫉缪梗桓檬敝佑肫德首荒？槲貌裳？�、该模数转换模块及该数字信号处理�？樘峁┦敝有藕偶笆涑雎龀迤德驶夹藕�。
专利摘要本实用新型公开了一种预校准电能计量电路，至少包括采样�？�、模数转换�？椤⑹中藕糯砟？�、校准寄存器及接口�？橐约靶Ｗ寄？椋渲校眯Ｗ技拇嫫魍ü涌诮邮招Ｗ伎刂铺ㄐ慈氲男Ｗ际菀钥刂聘眯Ｗ寄？榈墓ぷ髯刺眯Ｗ寄？楦莞眯Ｗ技拇嫫鞯纳柚每刂乒ぷ髯刺⒍愿媚Ｊ荒？榈牡髦破鞔浜械髡ü臼涤眯滦停纯梢允迪值缒鼙淼牡缒懿饬烤仍ばＷ迹北臼涤眯滦涂梢约嫒菰械缱邮降缒鼙硗馕У缏罚扌柚匦律杓芇CB板。
文档编号G01R22/10GK202281803SQ20112042593
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月31日 优先权日2011年10月31日
发明者严淼, 尤剑源, 张蓉, 罗先才, 胡燕, 陈富涛 申请人:无锡华润矽科微电子有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
