一种具有单线双向串行通讯接口的电能计量芯片制造技术

本实用新型专利技术是一种具有单线双向串行通讯接口的电能计量芯片，除了包含一般的电能计量芯片都具有的电能计量及电力参数测量和校准模块、片内高精度参考电压源模块以及系统控制模块之外，还包含一个单线双向串行通讯接口控制模块，使得所述芯片与电子式电表系统的主控单片机之间只通过一根电线相连，就能实现两者的双向串行通讯，既可以简化设计，节省印制电路板的面积，又可以提升电表功能，开放更多的电力参数结果，支持软件校表方式，也使得电表的自动校准成为可能，可大大提高电表生产过程的自动化程度，提高生产效率，提高生产质量。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及微电子
，尤其是带有串行通讯接口的电能计量芯片。
技术介绍
电能计量芯片和单片机是现代全电子式电能表的主要组成部分；如图1所示，是 目前主流的电子式单相有功电能表的系统构成，电能计量芯片101完成有功功率计算，将 平均功率值转化成频率并通过芯片的专用引脚103输出数字脉冲信号104 ；如果电能计量 芯片101包含无功电能和视在电能功能，那么还需要2个专门的管脚输出各自的功率脉冲； 单片机102使用特定的管脚105连接电能计量芯片101的脉冲输出管脚103，通过计数连接 线上传导的表示平均功率的脉冲信号104计算电能计量结果；这种电能计量芯片101的缺 点是与单片机之间信息传送方式单向的、专用的，如果还要传递无功电能和视在电能，还 需要消耗电能计量芯片101以及单片机102各2个管脚资源；除了电能计量结果，无法开放 更多的电力参数测量结果；不能实现软件自动校表，只能通过调节取样电阻网络的方式进 行校表，这种硬件校准方式必须以手工操作电烙铁的方式来调整电路板上的电阻网络来实 现，使得电能表的生产效率低下，质量没有保证，难于满足电能表生产厂商大规模生产的需 求；为解决这种电能表的缺点，具有SPI(Serial Peripheral Interface，串行外围设 备接口 )通讯接口的电能计量芯片201应运而生，如图2所示，是目前市面的基于具有SPI 通讯接口的电能计量芯片201的电子式单相有功电能表的系统构成；SPI总线204是一种 高速的、双工、同步的串行总线；电能计量芯片201作为SPI总线204的从设备，单片机202 作为SPI总线204主设备，单片机202可以通过SPI总线204实现对电能计量芯片201的全 面控制，除了功率脉冲输出管脚203之外，单片机202还可以通过SPI总线204访问电能计 量芯片201内部的结果参数和校准参数存储模块205中的结果参数存储单元直接获取电能 计量结果，而且电能计量芯片201可以提供更多的结果参数，比如电压电流有效值、电压 频率等，单片机202也可以通过SPI总线204访问结果参数和校准参数存储模块205中的 结果参数存储单元方便的获取这些结果参数；功率脉冲输出203的作用就简化输出到校准 台作为校准脉冲或者驱动LED指示，而不再用作单片机202获取电能计量结果的唯一途径； 除此之外，单片机202还可以通过SPI总线204配置电能计量芯片201中的结果参数和校 准参数存储模块205中的校准参数存储单元来实现软件校表功能，能够提供相对于硬件校 表更多的校准项目，可提高电能表校准精度，这种软件校准方式也使得自动校准得以实现， 大幅提高电能表生产效率，减少人为因素对生产质量的影响。“ SPI从设备接口模块+电能计量模块"，是目前具有双向通讯功能电能计量芯 片普遍采用的架构，这种电能计量芯片也引入了新的缺点SPI总线需要占用4根线，这就 要占用单片机至少3个管脚资源来完成通讯功能，增加了电能表电路设计难度，占用更多 的电能表电路板的面积；
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是，克服现有具有SPI通讯接口的电能计量芯片 的不足，减少因为电能计量芯片增加双向通讯功能而带来的过多的管脚资源消耗和电路板 空间消耗，降低互联成本。为解决上述问题，本技术提出一种具有单线双向串行通讯接口的电能计量芯 片301，如图3所示，所述的电能计量芯片301只需要一根连接电线309就能实现与单片机 311双向通讯，所述的电能计量芯片301包含单线双向串行通讯接口控制模块307，所述的电能计量芯片301通过单线双向串 行总线309与单片机311相连，所述电能计量芯片301是该单线总线309的从设备，而单 片机作为该单线总线309的主设备，单线双向串行通讯接口控制模块307用于解析单线双 向串行总线309从设备方协议，实现所述电能计量芯片301与单片机311之间的单线双向 串行通讯功能；总线主设备单片机311可以通过该单线串行总线309读取所述的电能计量 芯片301的电能参数结果，也可以将校准参数写入所述电能计量芯片301，实现软件校准功 能；电能计量及电力参数测量和校准模块302，主要用于电能量的计量和校准，也用于 其他电力参数的测量和校准；所述电能量包含有功电能、无功电能、视在电能等，但不限 于此；所述电力参数包含有功功率、无功功率、视在功率、有功电能、无功电能、视在电能； 电压有效值、电流有效值、电网频率、功率因数、电压电流相角、电压相序、电流相序、谐波功 率、谐波能量、基波功率、基波能量等，但不限于此；电能计量及电力参数测量和校准模块 302包含模数转换器(ADC)模块303，参数计算及校准模块304，结果参数和校准参数存储 模块305，功率-频率转换及脉冲输出模块306等；模数转换器(ADC)模块303将所述电能 计量芯片301外部的电压电流通道的采样电路(320和321)的输出模拟信号(322和323) 采样并分别转换为各自通道的高精度的数字信号323，外部电压通道和电流通道可以是各 1路，或者更多路，根据所述芯片的应用范围而定；模数转换器(ADC)模块303内可以实现2 路ADC，分别用于1路电压通道和1路电流通道；也可以是多路，对应与多路电压和多路电 流；也可以采用分时复用单元配合1路ADC来实现多路信号的模数转换功能；但不限于此； 参数计算及校准模块304用于将所述的模数转换器(ADC)模块303输出的数字信号323用 相应的数字滤波器电路和算术运算电路计算电能量和其他电力参数的结果，并根据结果参 数和准参数存储模块305中的校准参数配置值校准结果参数，将结果参数存储到结果参数 和校准参数存储模块305中去；结果参数存储到结果参数和准参数存储模块305用于保存 电能计量结果、电力参数测量结果以及单片机配置的校准参数，参数结果由所述参数计算 及校准模块304计算并写入，单片机311可以通过单线双向串行通讯总线309读取参数结 果；校准参数由单片机311通过单线双向串行通讯总线309写入，所述的参数计算及校准模 块304读取校准参数，并依据适当的算法加入参数结果的计算中去，达到校准计算参数的 目的，该模块的存储介质可以由寄存器(Register)、随机存取存储器(RAM)、闪存(Flash) 等实现，但不限于此；功率-频率转换及脉冲输出模块306将平均电能功率值转换成周期性 的数字脉冲信号310输出，可以连接到电表校准器用作电能量校准脉冲，或者用于驱动LED 指示灯，也可以连接到单片机311，单片机311通过计数脉冲计算电能量，由于单线双向串 行总线309的存在，同样可以让单片机311获取电能计量结果，所以上述第三项功能所述的4用于计数电能量的功能就变成了非必要的功能，该功率脉冲信号310就没有必要连接到单 片机311上去消耗单片机311的管脚资源；其他模块308，指用于维持芯片正常工作必要的模块，如上电复位模块、掉电监 测、时钟管理模块等，或者提供附加功能的模块，如片内高精度参考电压源，为所述模数转 换器(ADC)模块303提供稳定的参考电压等，但不限于此，本技术亦不对这些模块做任 何限制。本技术的技术方案包括一种具有单线双向串本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有单线双向串行通讯接口的电能计量芯片，其特征在于：所述芯片包含有单线双向串行通讯接口控制模块，所述芯片通过一根电线连接电子式电能表系统中主设备，实现芯片与主设备的双向串行通讯，所述芯片还包括用于电能计量和电力参数测量的电能计量及电力参数测量和校准模块。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵琮，
申请(专利权)人：深圳市锐能微科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：94[中国|深圳]