低功耗MCU在智能表中的應用

王雪艷 上海復旦微電子集團股份有限公司

1 低功耗MCU的需求原因

在電子產品上需要使用低功耗MCU的原因都是對大自然環境保護的因素，自然方面就是地球溫室效應帶來的問題需要我們通過節約能源來解決，人為方面就是大量的廢舊電池若沒有按正常渠道回收可能會污染我們的土地和水資源。其實低功耗MCU的需求主要是因為以下幾種情況：1）我們一般的家電電源使用來自電源插頭，當我們的家用電器關閉使用的時候插頭會繼續插在插座上，沒有及時拔下來，就算家電沒有使用也會消耗一些功率，這樣就造成了資源的浪費。2）有些智能家電具有時鐘功能，當把插頭從插座拔下來以后，時鐘還要繼續使用備用電池來維持時鐘能夠繼續運行。3）還有一些有遙控功能的家用電器需要長時間維持較低的待機電流。在基于這些實際需求的情況下，就需要將低功耗MCU應用在我們的家用電器上邊來實現我們的需求。

2 智能電表的MCU解析

2.1 智能電表關鍵設計

智能電表關鍵設計要求包括以下內容：(1)它們應當以低能量工作，使他們能夠對電池電源長時間運行，(2)它們必須包括安全功能，可以保護通信的內容和安全的存儲的數據?；具€提供單向通信，從而實現電力供應商自動地和遠程讀取儀表使用不同的通信解決方案，包括RF無線，電力線載波，以及通用分組無線系統(GPRS)的數據通信

2.2 智能電表服務的MCU

32位電能計量IC的恩智浦EM773FHN33是一個基于ARM的Cortex-M0，低成本，32位，電能計量IC。它運行在48兆赫，并配有嵌套向量中斷控制器，串行線調試，32 KB的閃存和SRAM的8字節。此外，在其外圍補充，該MCU包括一個I 2；C總線接口，一個RS-485 / EIA-485 UART，具有SSP功能，一個SPI接口，三個通用計數器/定時器，多達25個通用I / O引腳和一個“計量引擎”設計成收集一負載的電壓和電流輸入來計算有功功率，無功功率，視在功率和功率因數。有兩個電流輸入和一個電壓輸入，并且部分具有表示1百分比的測量精度。它有一個7×7×0.85毫米HVQFN塑料熱增強型，薄型四方扁平封裝與33端子。在電能計量IC是準確的可伸縮輸入源高達230 V / 50赫茲/ 16 A和110 V / 60赫茲/ 20 1%。的16位MCU具有高分辨率ADC 的德州儀器MSP430AFE253IPW低功耗16位位MCU的目標公用事業計量應用與支持超過2,400 0.1%的精度的單相計量模擬前端：1的動態范圍。該MSP430AFE253IPW有三個24位Σ-ΔA / D轉換器和閃存的多達16個字節，512字節的RAM，以及溫度測量。MCU也有一個，速度更快，10位A / D。對于24位A / D給出的精度指標的FS，最大值為±0.2%的偏移誤差-這使得約19位轉換器。主動模式電源電流為1 MHz的只有220μA，2.2 V和待機為0.5μA。它運行在-40℃至85℃。其中A / D的可用于防篡改功能。

圖一

如圖一一個典型的智能電表框圖。

2.3 智能電表所要考慮的問題

在智能電表的供電設計中，能效是必須考慮的問題。美國SiliconLabs公司推出的Si10xx無線MCU系列，集成超低功耗MCU及高穿透力的RF芯片，當處理器處于運行狀態時，可以提供非常低的工作電流，從而降低損耗。當設備處于非工作狀態時，我們可以用深度睡眠的模式節省系統的損耗。在芯片電壓管理方面，該芯片集成了DC-DC的開關穩壓器，提升了系統電壓穩定性。開關模式的穩壓器與現行模式相比效率更高，電池壽命更長。

結束語：雖然一些MCU是具有集成的AFE，在其他情況下，信號的捕獲和轉換的要求可以導致使用單獨的模擬前端芯片。在電表中，AFE感測電流和電壓，所述感測的值轉換成數字形式，然后將數字值到微控制器。在所有的情況下，將需要全智能儀表操作的其它部件。智能電表必不可少的外圍設備的設備，如EEPROM芯片并提供線路隔離光耦合器。而且，當然，需要軟件來進行各種數據處理功能，包括使用電力量的計算，和客戶的能源成本的處理。這就是說，所有提到的MCU的可用現在，并與一個或兩個外部集成電路的完整的智能電表功能，可以實現-在非常低的功耗。