采用TI能耗測量 IC 簡化輔助計量
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能耗測量及報告
能耗測量計算利用由 ADC 收集的電壓和電流樣本來完成。由下式可見，為了計算有功能耗 (active energy)、無功能耗 (reactive energy) 或表觀能耗 (apparent energy)，MCU 必須具備針對諸如平方根、平方和除法等常用函數(shù)的優(yōu)良數(shù)學庫。
式中的 Vsamp 為電壓樣本，Isamp 為電流樣本，N 為樣本數(shù)量。
一旦計算出能耗測量結(jié)果，即可利用輔助計量表自身或一個遠程終端上的 LCD進行顯示。MCU 可通過串行通信接口與 LCD 驅(qū)動器或無線通信模塊相連。倘若采用的是分路電阻器和分壓器之類的非隔離傳感器，抑或 AFE 和 MCU 以饋電線電壓為基準，則應(yīng)對連接至其他采用不同基準電壓的器件或系統(tǒng)的所有線路進行隔離，這一點至關(guān)緊要。可采用光耦合器或電容性隔離 IC 來實現(xiàn)這種隔離。
使用低功率組件的能耗測量系統(tǒng)可采用簡單的電容式電源供電。然而，電容式電源不能提供用于驅(qū)動 RF 收發(fā)器的足夠電流。采用 Wi-Fi™ 或 ZigBee® 技術(shù)傳送能耗數(shù)據(jù)的輔助計量表將需要一個額外的 NPN 輸出緩沖器或變壓器以及開關(guān)式電源，用于為 RF 收發(fā)器供電。
校準
由于組件和傳感器容差的緣故，計量表之間可能存在能耗測量值的差異。公用事業(yè)公司提供的電表有著嚴格的精度要求，而且在每個電表上都必須對由于組件容差造成的誤差加以校準。然而，諸如智能插頭和電器電度表等輔助計量表的精度要求往往比較寬松，因為它們的測量結(jié)果并不用于收費目的。設(shè)計的校準常數(shù)可在開發(fā)期間確定并寫入 MCU 閃存之中，因而不必在生產(chǎn)過程中逐個單元進行校準。預(yù)計采用這種方法可實現(xiàn) <3% 的準確度。該準確度在許多輔助計量表應(yīng)用中均可滿足要求，而且校準的免除還能在生產(chǎn)中節(jié)省大量的成本。
MSP430AFE2xx 能耗測量 IC
MSP430AFE2xx 能耗測量 IC 在單個封裝中集成了多個 24 位 Σ-Δ ADC、可編程增益放大器和一個 16 位 MCU。該器件配套提供了用于執(zhí)行能耗測量計算任務(wù)的 TI MSP430™ MCU Energy Library4 軟件。
圖 5：面向能耗測量應(yīng)用的 MSP430AFE2xx 的特性
當把 MSP430AFE2xx 能耗測量 IC 應(yīng)用于輔助計量表時，開發(fā)人員將會體驗到以下的主要特性與優(yōu)勢：
高集成度
MSP430AFE2xx 集成了多種能耗測量所需的組件，包括 ADC 和 MCU。這使得低成本和小占板面積輔助計量表設(shè)計能夠采用極少的組件。除了能耗測量之外，MSP430AFE2xx 還可根據(jù)需要用于運行其他的小應(yīng)用程序。
多個 24 位 Σ-Δ ADC
內(nèi)置的三個 ADC 皆可支持 ±500 mV 的差分輸入電壓，因此來自電流傳感器的輸出無需電平移位即可直接饋送至 ADC。另外，ADC 輸入還支持高達 －1 V 的負輸入電壓，所以同樣允許來自 AC 饋電線的分壓電壓信號直接連接至 ADC，而不必進行額外的電平移位。
MSP430AFE2xx 提供了多達 3 個具有 24 位分辨率的 Σ-Δ ADC。這些 ADC 能在很寬的負載電流范圍內(nèi)提供公用事業(yè)級 (< 0.1%) 的準確度。ADC 的同時采樣特性消除了電流和電壓樣本之間的固有延遲，并且不再需要進行軟件校正，這在順序采樣法中是一反常規(guī)的。
低功耗
MSP430AFE2xx 能耗測量 IC 具有低功耗特性，這一點對于擁有依靠低成本電容式電源給器件供電的能力十分重要。
軟件可編程性
TI 提供的 MSP430™ MCU 能源庫 (Energy Library) 和代碼范例有助輕松快捷地實現(xiàn)基于 MSP430AFE2xx 的能耗測量計算。
諸如 MSP430AFE2xx 等軟件可編程解決方案的一項關(guān)鍵優(yōu)勢是其為系統(tǒng)設(shè)計人員提供了根據(jù)特定的應(yīng)用要求對解決方案做適應(yīng)性調(diào)整的靈活性。例如：系統(tǒng)設(shè)計人員可執(zhí)行一種非標準的通信協(xié)議，以將能耗數(shù)據(jù)發(fā)送到主處理器或遠程終端。軟件可編程能耗測量 IC 的另一項優(yōu)勢是可在生產(chǎn)過程免除校準工作。
串行通信接口和 GPIO
MSP430AFE2xx 允許通過標準的串行接口（如 SPI 或 UART）傳送能耗數(shù)據(jù)。其另外的 GPIO 可用實現(xiàn) LCD 接口、LED 脈沖發(fā)生或者與諸如按鍵等輸入相連接。
總結(jié)
要在智能插頭、電器設(shè)備和服務(wù)器中廣泛推廣使用能耗測量，可完成能耗測量的低成本組件起著重要的作用。MSP430AFE2xx 能耗測量 IC 將能耗測量所需的主要組件集成在了單個封裝之中。這些組件包括可編程增益放大器、ADC、MCU 以及負責與其他器件進行通信的串行接口。MSP430AFE2xx 只需區(qū)區(qū)幾個無源組件便可與諸如分路電阻器和分壓器等低成本傳感器相連。MSP430 系列微控制器的低功耗性能允許采用低成本的電容式電源為 MSP430AFE2xx 供電。由于這款解決方案可采用軟件進行編程，因此提供了執(zhí)行非標準通信協(xié)議的靈活性。最后，一旦在開發(fā)過程中完成了校準，則可在生產(chǎn)期間將相同的校準常數(shù)寫入每個 MSP430AFE2xx 單元，以輕松實現(xiàn) 3% 或更好的準確度。由于在生產(chǎn)過程中免除了校準，故而有望顯著降低生產(chǎn)成本。
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