低功耗MCU在智能表中的应用

王雪艳 上海复旦微电子集团股份有限公司

1 低功耗MCU的需求原因

在电子产品上需要使用低功耗MCU的原因都是对大自然环境保护的因素，自然方面就是地球温室效应带来的问题需要我们通过节约能源来解决，人为方面就是大量的废旧电池若没有按正常渠道回收可能会污染我们的土地和水资源。其实低功耗MCU的需求主要是因为以下几种情况：1）我们一般的家电电源使用来自电源插头，当我们的家用电器关闭使用的时候插头会继续插在插座上，没有及时拔下来，就算家电没有使用也会消耗一些功率，这样就造成了资源的浪费。2）有些智能家电具有时钟功能，当把插头从插座拔下来以后，时钟还要继续使用备用电池来维持时钟能够继续运行。3）还有一些有遥控功能的家用电器需要长时间维持较低的待机电流。在基于这些实际需求的情况下，就需要将低功耗MCU应用在我们的家用电器上边来实现我们的需求。

2 智能电表的MCU解析

2.1 智能电表关键设计

智能电表关键设计要求包括以下内容：(1)它们应当以低能量工作，使他们能够对电池电源长时间运行，(2)它们必须包括安全功能，可以保护通信的内容和安全的存储的数据。基本还提供单向通信，从而实现电力供应商自动地和远程读取仪表使用不同的通信解决方案，包括RF无线，电力线载波，以及通用分组无线系统(GPRS)的数据通信

2.2 智能电表服务的MCU

32位电能计量IC的恩智浦EM773FHN33是一个基于ARM的Cortex-M0，低成本，32位，电能计量IC。它运行在48兆赫，并配有嵌套向量中断控制器，串行线调试，32 KB的闪存和SRAM的8字节。此外，在其外围补充，该MCU包括一个I 2；C总线接口，一个RS-485 / EIA-485 UART，具有SSP功能，一个SPI接口，三个通用计数器/定时器，多达25个通用I / O引脚和一个“计量引擎”设计成收集一负载的电压和电流输入来计算有功功率，无功功率，视在功率和功率因数。有两个电流输入和一个电压输入，并且部分具有表示1百分比的测量精度。它有一个7×7×0.85毫米HVQFN塑料热增强型，薄型四方扁平封装与33端子。在电能计量IC是准确的可伸缩输入源高达230 V / 50赫兹/ 16 A和110 V / 60赫兹/ 20 1%。的16位MCU具有高分辨率ADC 的德州仪器MSP430AFE253IPW低功耗16位位MCU的目标公用事业计量应用与支持超过2,400 0.1%的精度的单相计量模拟前端：1的动态范围。该MSP430AFE253IPW有三个24位Σ-ΔA / D转换器和闪存的多达16个字节，512字节的RAM，以及温度测量。MCU也有一个，速度更快，10位A / D。对于24位A / D给出的精度指标的FS，最大值为±0.2%的偏移误差-这使得约19位转换器。主动模式电源电流为1 MHz的只有220μA，2.2 V和待机为0.5μA。它运行在-40℃至85℃。其中A / D的可用于防篡改功能。

图一

如图一一个典型的智能电表框图。

2.3 智能电表所要考虑的问题

在智能电表的供电设计中，能效是必须考虑的问题。美国SiliconLabs公司推出的Si10xx无线MCU系列，集成超低功耗MCU及高穿透力的RF芯片，当处理器处于运行状态时，可以提供非常低的工作电流，从而降低损耗。当设备处于非工作状态时，我们可以用深度睡眠的模式节省系统的损耗。在芯片电压管理方面，该芯片集成了DC-DC的开关稳压器，提升了系统电压稳定性。开关模式的稳压器与现行模式相比效率更高，电池寿命更长。

结束语：虽然一些MCU是具有集成的AFE，在其他情况下，信号的捕获和转换的要求可以导致使用单独的模拟前端芯片。在电表中，AFE感测电流和电压，所述感测的值转换成数字形式，然后将数字值到微控制器。在所有的情况下，将需要全智能仪表操作的其它部件。智能电表必不可少的外围设备的设备，如EEPROM芯片并提供线路隔离光耦合器。而且，当然，需要软件来进行各种数据处理功能，包括使用电力量的计算，和客户的能源成本的处理。这就是说，所有提到的MCU的可用现在，并与一个或两个外部集成电路的完整的智能电表功能，可以实现-在非常低的功耗。