電能計量IC配合閃存單片機實現(xiàn)靈活創(chuàng)新的電表設(shè)計

　　軟件中的電表設(shè)計對話框允許用戶輸入具體的電表參數(shù)。對于任意給定的電表生產(chǎn)批次，可以在生產(chǎn)時進行自定義，為RMS或有功功率計算增大ADC量程。其他電表常量（例如空載閾值限制）也可以在生產(chǎn)電表時通過軟件/閃存接口簡便地更改。

　　USB電表數(shù)據(jù)讀取/校準(zhǔn)

　　對于高級電表設(shè)計，電表所需的校正因數(shù)不僅在生產(chǎn)時在電表外部計算，而且還通過軟件和校準(zhǔn)設(shè)備在校準(zhǔn)期間進行計算。通過USB與電表校準(zhǔn)軟件進行通信更符合實際需求，因為現(xiàn)在的許多PC已經(jīng)沒有曾經(jīng)普遍使用的RS-232串行端口。RS-232僅支持每次與連接到總線上的一個設(shè)備進行通信。進行電表校準(zhǔn)時，通常要控制10至50個電表的校準(zhǔn)電壓和電流。使用RS-232時，通過單個控制校準(zhǔn)的PC無法與多個電表進行通信。

　　電表的USB監(jiān)視與校準(zhǔn)軟件具有一些優(yōu)于傳統(tǒng)串行與并行軟件解決方案的優(yōu)點。這些優(yōu)點包括：連接能力提高、通信帶寬更寬，以及可為多個電表供電。此外，使用USB還可以快速地從多個電表收集數(shù)據(jù)。

　　圖4顯示的是利用Microchip公司免費的USB電表軟件通過前面介紹的閃存PIC18F和MCP3909電能計量IC示例進行電表校準(zhǔn)和數(shù)據(jù)讀取。對于兩種方案，軟件的接口均支持RS-232/485和USB。

圖4 MCP3909三相電表校準(zhǔn)軟件

　　該開源USB軟件具有多項優(yōu)勢功能，包括能夠存儲和讀取電表校準(zhǔn)狀態(tài)。閃存MCU中包含一些校準(zhǔn)狀態(tài)寄存器，軟件使用這些寄存器來標(biāo)記一些特定功率量是否已校準(zhǔn)。相校準(zhǔn)狀態(tài)使用$圖標(biāo)標(biāo)記，如圖4所示。這種校準(zhǔn)方式只能用于基于閃存的電表計算引擎，不能由基于ROM的電表IC執(zhí)行。此外，系統(tǒng)還會跟蹤哪相被選擇為標(biāo)準(zhǔn)相，用于在校準(zhǔn)期間進行相間增益匹配。

　　為了幫助防止電表篡改行為，采用該方案時需要考慮的一個重要方面就是代碼安全性和加密。除了防止篡改外，可能還需要保護電表設(shè)計的知識產(chǎn)權(quán)（IP）。針對特定客戶需求進行修改之后，如果電表計算引擎中包含電表制造商希望針對最終客戶保護的IP，有一些選項可用于實現(xiàn)代碼安全性。

　　有一種安全性級別可以對存儲器算法進行鎖定，禁止通過串行端口讀取一些存儲區(qū)的內(nèi)容。對MCU存儲器的一些區(qū)域設(shè)置讀寫鎖定，可以防止其他代碼部分（例如RS-485或USB部分）訪問受保護的區(qū)域，例如保存校準(zhǔn)和校正因數(shù)的那些區(qū)域。此外，還提供了標(biāo)準(zhǔn)的加密算法，例如高級加密標(biāo)準(zhǔn)（AES）和微型加密算法2（XTEA）。

　　安全的協(xié)作式公用儀表設(shè)計

　　保護協(xié)作式公用事業(yè)計量系統(tǒng)設(shè)計中的知識產(chǎn)權(quán)也是一個常見的挑戰(zhàn)，因為對電表計算引擎進行自定義會在設(shè)計中產(chǎn)生額外的IP。在公用儀表中，計量器設(shè)計事務(wù)所、軟件IP供應(yīng)商、傳感器模塊和OEM可能各自具有自己的IP，而最終的計量器中可能包含二至三種嵌入式MCU，每種具有不同的計量功能和特定于不同公司的IP。使用多種具有不同IP的器件會增加最終客戶和公用事業(yè)公司的成本。

　　可以將多個IP區(qū)域整合到單個器件中，同時對各個代碼區(qū)域進行獨立保護，并將解決方案集成到單個16位MCU或數(shù)字信號控制器（DSC）中。這種在單個器件上整合IP的協(xié)作式方案可以保護各方的IP，并且可以較低的成本提供最終的產(chǎn)品。

　　電表設(shè)計的新選擇

　　今天，可供選擇的閃存MCU和模擬產(chǎn)品非常廣泛，這為電表設(shè)計提供了許多令人激動的新途徑。近年來，出現(xiàn)了只有6個引腳的小尺寸閃存MCU，單價低于0.40美元，這為低成本的單相電表校準(zhǔn)提供了新的可能性。此外，采用模塊化的AFE計算模塊，還可以簡便地開發(fā)更高端的16位和32位電表；這些模塊協(xié)同工作，實現(xiàn)簡化的校準(zhǔn)技術(shù)和更快速的電表生產(chǎn)。采用△-∑ ADC技術(shù)的高精度、靈活的AFE，配合閃存MCU的智能，為創(chuàng)新性的單相和三相電表設(shè)計開辟了新的途徑。