電力公司和消費(fèi)者希望在較寬的負(fù)載范圍內(nèi)得到精確的測(cè)量結(jié)果，避免因測(cè)量誤差造成的損失。如今，典型的一級(jí)儀表要求的電流測(cè)量范圍為1000:1或更高，這就要求電表測(cè)量的功率/能量誤差必須低于1%，對(duì)測(cè)量IC的要求則更高，如一級(jí)儀表要求測(cè)量IC的典型誤差容限小于0.3%。
由于交流電源電壓的變化范圍很少超過10%，因此實(shí)現(xiàn)精確功率測(cè)量的關(guān)鍵是精準(zhǔn)測(cè)量交流電流。獲取高精度電流信號(hào)數(shù)據(jù)有3個(gè)關(guān)鍵因素：ADC、電流傳感器和電表的印刷電路板。ADC和電流傳感器在要求的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)必須具有高精度。多相電表通常采用電流互感器和Rogowski線圈(如，di/dt傳感器)。盡管電流互感器和di/dt傳感器都能提供所需的隔離(通過磁場(chǎng)耦合模擬信號(hào)與數(shù)據(jù)采集器件)，但是它們所提供的精確模擬信號(hào)耦合的成本很高，并且隨著信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍和高線性度要求的提高，相應(yīng)的成本也會(huì)顯著增加。
為此，Maxim公司推出了MAXQ3108和DS8102芯片組，二者配合工作，采用3個(gè)低成本分流器替代昂貴的電流互感器，從而節(jié)省了多相電表的成本和空間。
雙核MAXQ3108包含2個(gè)16位RISC處理器。用戶內(nèi)核具有如下資源： 6 4 k B 程序閃存存儲(chǔ)器， 2 kB數(shù)據(jù)SRAM，16字節(jié)電池備份的( V B AT ) 數(shù)據(jù)SRAM，可調(diào)節(jié)數(shù)字實(shí)時(shí)時(shí)鐘， S P I 、I 2C 以及兩個(gè)USART端口，硬件乘法器、3個(gè)曼徹斯特解碼器以及三路三階sinc函數(shù)濾波器，具有32kHz輸入的10MHz FLL。DSP內(nèi)核包含：8kB用戶可裝載SRAM代碼存儲(chǔ)器，1kB數(shù)據(jù)SRAM，硬件乘法器。
如果DSP處理器被禁用，DSP代碼存儲(chǔ)器可以配置為用戶內(nèi)核可訪問的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。這種配置下，用戶內(nèi)核可訪問10kB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。DSP內(nèi)核和用戶內(nèi)核均可獲取ADC采樣值(十進(jìn)制轉(zhuǎn)換器的輸出值)。
DS8102包含兩個(gè)高精度、二階Δ-Σ調(diào)制器，具有高達(dá)32x的可編程增益、曼徹斯特編碼器、內(nèi)部8MHz振蕩器和內(nèi)部基準(zhǔn)。調(diào)制器的輸出編碼至單位碼流，大大降低了隔離和數(shù)據(jù)耦合的成本。
數(shù)據(jù)處理由MA X Q 3 1 0 8 完成。由MAXQ3108接收DS8102的輸出碼流，將數(shù)據(jù)解碼并轉(zhuǎn)換至十進(jìn)制，以產(chǎn)生較寬動(dòng)態(tài)范圍的原始ADC采樣值。ADC采樣值傳輸至MAXQ3108的集成數(shù)字信號(hào)處理器，用于計(jì)算多功能電表所需的功率、電量、功率因數(shù)以及RMS電壓和電流參數(shù)。
DS8102調(diào)制器和編碼器與MAXQ3108微控制器一起構(gòu)成了針對(duì)多相電表中隔離和數(shù)據(jù)耦合的獨(dú)特方案。三相電表需使用三個(gè)DS8102和一個(gè)MAXQ3108，。每一相分別安裝一個(gè)DS8102進(jìn)行測(cè)量。DS8102將電壓和電流輸入轉(zhuǎn)換成高頻數(shù)字碼流，然后通過低成本電容耦合至MAXQ3108。MAXQ3108與三個(gè)DS8102直流隔離，通過交流耦合從每個(gè)DS8102接收數(shù)字碼流。每個(gè)DS8102與其它相以及MAXQ3108均隔離，每相采用一個(gè)電阻式分流器檢測(cè)電流。由此省去了昂貴的電流互感器，極大地降低了BOM成本。
該方案還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)，數(shù)據(jù)耦合采用數(shù)字形式，因此在任何模擬輸入范圍下均不會(huì)產(chǎn)生損耗。■
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