IDT90E46：帶溫補高精度RTC的寬量程單相計量SOC概述

概述：
IDT推出全球最先進(jìn)單相電能計量SOC：單相電能表SoC IDT90E46 是一款基于IDT 成熟的電能計量技術(shù)（AFE）和ARM 高效低功耗32 位 Cortex M0 MCU，配備128kB Flash，6kB RAM，同時集成了單相智能電能表必須的帶溫度補償功能的高精度RTC，帶高精度內(nèi)置參考電壓源的12 位A/D等常用外設(shè)于一身的系統(tǒng)級芯片，它可以大大減少單相智能電能表的元器件數(shù)量和整體布版面積，簡化單相智能電能表的設(shè)計和生產(chǎn)。IDT 特有的A/D 和DSP 技術(shù)確保了產(chǎn)品在電網(wǎng)和環(huán)境變化的場合也能保持長期穩(wěn)定性。本文主要介紹IDT90E46的性能、內(nèi)部功能設(shè)計及應(yīng)用。

IDT90E46性能介紹

計量特性

• 內(nèi)置計量模塊的計量特性完全符合中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/ T17215.211-2006(IEC62052-11)、GB/T17215.321-2008(IEC62053-21) 和 GB/T17215.323-2008(IEC62053-23)的要求，芯片可應(yīng)用于 1 級或 2 級單相有功電能表和2 級單相無功電能表；
• 在計量動態(tài)范圍5000:1 內(nèi)有功電能準(zhǔn)確度優(yōu)于0.1%，無功電能準(zhǔn)確度優(yōu)于0.2% ；
• 片內(nèi)基準(zhǔn)電壓源的溫度系數(shù)典型值為 6ppm/°C；
• L 線和 N 線電流采樣回路采用獨立的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，并具有不同的增益。電流采樣回路可以選用錳銅或者電流傳感器(CT) ，電壓采樣回路可以采用電阻分壓網(wǎng)絡(luò)或者電壓傳感器(PT) ；
• 正向/ 反向有功/ 無功電能具有獨立的能量寄存器和能量輸出引腳；
• 在整個動態(tài)范圍內(nèi)只需要單點校準(zhǔn)；
• 電參數(shù)測量：電壓/ 電流有效值，平均有功/ 無功/視在功率，頻率，功率因數(shù)和相角的引用誤差均低于±0.5% ；
• L 線和 N 線的測量模式可以設(shè)定；
• 啟動和潛動功率閾值可以設(shè)定；
• 防竊電模式下，L 線和 N 線功率比較閾值可以設(shè)定；
• 可以用于 50Hz 和 60Hz 供電網(wǎng)絡(luò)；

MCU 特性

• 32 位ARM Cortex M0 內(nèi)核，6k Byte RAM，128k Byte可編程Flash，最高主頻16MHz ；
• 4 路獨立UART 接口, 其中UART0 提供 IR 調(diào)制功能，UART3支持硬件ISO7816 協(xié)議；
• 1 個獨立的看門狗（WDT）定時器，復(fù)位時間可以設(shè)定，最長4 秒。軟件開啟后，不能關(guān)閉；
• 2 路獨立的 25 位 PWM 輸出，可以分別用于控制繼電器和蜂鳴器；
• 1 路 14 位 低功耗PWM 輸出；
• 2 個帶 8 位預(yù)分頻器的8 位定時器；
• 提供多達(dá) 45 個通用IO ；
• 4 個外部中斷輸入，可以用來喚醒芯片；
• 2 路 12 位 A/D，內(nèi)置高精度參考電壓源；
• 1 路 低功耗電壓比較器；

提供 4 種工作模式：普通模式，空閑模式，待機模式和LCD 顯示模式。提供掉電和上電監(jiān)測電路 。

• 實時時鐘和溫度傳感器
• 在工業(yè)級溫度范圍內(nèi)（-40 °C ~ 85 °C），內(nèi)置溫度傳感器精度：±1 °C；
• 日歷寄存器( 年、月、日、時、分、秒等) 以 BCD 格式提供，帶閏年功能；
• 1 個帶中斷功能的可編程報警信號；
• 硬件頻率補償功能。補償范圍：-3900ppm 到3900ppm，補償精度是 ±0.12ppm ；
• 32768Hz 時鐘信號和修正后的 1Hz 脈沖信號可以通過I/O 輸出；
• 2 個獨立的 16 位定時器，可對秒脈沖進(jìn)行計數(shù)；
• 1 個專用 32 位秒信號計數(shù)器，可用于時間計量。

其它特性

• 內(nèi)置4Com×34Seg / 6Com×32Seg 或者 8Com×30Seg LCD 驅(qū)動器，支持1/3 偏壓，內(nèi)置偏置電壓生成電路；
• 外部只需配置 32.768 kHz 晶體即可工作，內(nèi)置PLL 電路；
• 3.3V 單一供電：MCU 工作電壓范圍：2.5V ~ 3.6V ；保證計量精度的電壓范圍：3.0V ~ 3.6V ；
• 工作溫度范圍：-40 °C ~ +85 °C；
• TQFP100 綠色封裝；

IDT帶溫補高精度RTC的寬量程單相計量SOC設(shè)計方案

圖1 應(yīng)用方案示意圖

應(yīng)用

• 90E46 可以用于單相 2 線制，單相 3 線制和防竊電有功/ 無功智能電能表；
• 同時集成通用 A/D，功率測量，豐富的串行口，實時時鐘（RTC）和 LCD 驅(qū)動器，90E46 也可以用于需要電氣參數(shù)測量，實時時鐘 (RTC)，通訊接口和 LCD顯示的電力儀表設(shè)備。

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摘要：智能電能表作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也在不斷地發(fā)展之中，使得相應(yīng)的芯片技術(shù)也在日益提高。智能電能表作為智能電網(wǎng)的最終節(jié)點，其數(shù)據(jù)通信要求越來越強，對外的通信方式有RS485、PLC、紅外，并且要求各通信接口相互獨立并能同時運行；這要求用于電能表設(shè)計的MCU具有豐富的硬件通信接口。