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智能电表审计中的解决方案

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  精确度是计量应用获得成功的关键,因为服务提供商绝不会采用无法准确测量的仪表。精确度对于电表应用来说尤为重要,因为与天然气/水流量表模型相比,电表更加依赖模拟片上组件。通常,电表使用片上ADC测量电流和电压的电平(因为片外ADC会增加最终解决方案的价格)。另一方面,燃气流量计使用片外传感器感应气体流的速度。

  这些传感器能够以一系列脉冲的形式提供数字输出,这些输出与流速成正比。由于这些传感器一般都采用数字接口,因此整体精度对SoC的依赖性较低,更多地依赖于外部传感器。

  另一方面,对于电能计量,精确度取决于两个方面:输电线如何与仪表相接(使用变压器、传感器、Rogowski线圈等)以及片上AFE(模拟前端)对电压和电流的测量精度。

  因此,对于燃气/水流量表来说,精度在很大程度上取决于所连接的传感器的精度。对于电表,精度取决于两个因素:SoC的AFE以及SoC的片外模拟接口。下面我们将逐个进行讨论。

  模拟前端(AFE)从客户的角度来说,AFE的精度是最重要的因素。通常情况下,ADC的结果决定SoC的可扩展性。

  模拟系统的精度主要取决于ADC的选择。Σ-Δ ADC和逐次逼近(SAR)ADC是计量应用中最常用的,这两种ADC都有其各自的优缺点。SAR ADC使用逐次逼近算法,Σ-Δ ADC使用过采样技术对输入进行采样,并执行转换。SAR ADC非常适用于功率敏感型应用。

  然而,它们可能不适合在非常嘈杂的环境中使用。因此,根据ADC的性能和用例环境,可以在ADC输入端使用低通滤波器过滤噪声。同时,与Σ-Δ ADC相比,它们还具有较低的稳定时间-稳定ADC以给出准确转换值所需的时间。

  因此,SAR ADC更加适用于需要快速切换输入通道的应用,快速切换通道会导致快速改变输入电平。Σ-Δ ADC需要高频率时钟,从而缩短稳定时间。因此,这会提高解决方案的最终成本并增加功耗。

  负载线接口能耗计算需要在电流和电压值之间执行多次乘法和加法运算。确定输入负载电压很容易;然而,确定电流消耗的确有些困难。

  家庭/工业/建筑物消耗的总电流不能馈送到芯片。然而,可以确定一个比例值(电流或电压)并馈送到AFE,然后使用ADC进行测量。

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