在方興未艾的智能電網(wǎng)應用中，智能電表發(fā)揮關(guān)鍵的作用。安森美半導體身為應用于高能效綠色電子產(chǎn)品的首要高性能硅方案供應商，在提供應用于智能電表的方案方面經(jīng)驗豐富，歷史悠久。我們應用于智能電表的電力線載波(PLC)調(diào)制解調(diào)器和電源管理產(chǎn)品在歐洲擁有成功應用紀錄，同時我們還提供豐富的存儲器(EEPROM及SRAM)、時鐘、接口、保護/濾波產(chǎn)品等，構(gòu)成我們應用于智能電表的完整解決方案。本文將介紹用于各個功能模塊的方案。

圖1：智能電表簡化框圖。

通信模塊：PLC調(diào)制解調(diào)器及線路驅(qū)動器方案

智能電網(wǎng)應用中，從智能電表到數(shù)據(jù)集中器(concentrator)這一段的網(wǎng)絡連接通常對通信速率的要求不高，較主要的考慮因素是降低成本。電力線載波(PLC)技術(shù)因為不需要額外布線以及相對較低的成本，非常適合應用于這類系統(tǒng)。而在PLC調(diào)制技術(shù)方面，復雜度低、商業(yè)應用潛力更大及有可靠現(xiàn)場應用記錄的S-FSK調(diào)制技術(shù)無疑是適合的選擇。

圖2：應用于智能電表通信模塊的PLC調(diào)制解調(diào)器及線路驅(qū)動器方案。

安森美半導體在開發(fā)PLC調(diào)制解調(diào)器方面擁有較長的歷史。速率1.2 kb的AMIS-30585為早前推出，較初開發(fā)時就符合IEC 61334標準(S-FSK規(guī)范)，迄今已歷經(jīng)8年的現(xiàn)場應用檢驗。這器件采用PLCC-28封裝。

為了應對客戶對更高數(shù)據(jù)率的要求，安森美半導體推出了AMIS-49587高集成度低功率PLC調(diào)制解調(diào)器方案。這器件支持2.4 kb的更高半雙工可調(diào)節(jié)通信速率，提供PLCC-28和QFN-52等不同封裝，符合IEC61334-5-1標準，為客戶提供眾多應用優(yōu)勢，如基于ARM7TDMI處理器內(nèi)核，同時包含物理接口收發(fā)器(PHY)和媒體訪問控制器(MAC)層，使其以單芯片方案結(jié)合了模擬調(diào)制解調(diào)器前端和數(shù)字后處理功能。設計人員使用AMIS-49587調(diào)制解調(diào)器，可以簡化設計，能更快地開發(fā)出全套互操作PLC方案，還降低開發(fā)成本。

PLC通信中的線路驅(qū)動也非常重要，需要為應用選擇適合的PLC線路驅(qū)動器。這樣的線路驅(qū)動器要求具有大輸出電流能力、低壓降、低諧波失真、寬工作溫度范圍和便于散熱等特性。安森美半導體針對PLC線路驅(qū)動應用推出了一款高能效的A/B類低失真線路驅(qū)動器——NCS5650。NCS5650的設計經(jīng)過了優(yōu)化，接收PLC調(diào)制解調(diào)器輸送的信號，輸出段設計成能夠驅(qū)動高達2 A的電流，經(jīng)隔離變壓器或簡單的線圈耦合至交流主電源。NCS5650獨特的2 A驅(qū)動能力確保在很低電力線阻抗時也可保持有效的通信。該器件除了對信號進行功率放大外，集成的兩級運算放大器的結(jié)構(gòu)還組成了衰減特性很陡的4階低通濾波器，除了幫助減少器件數(shù)量進而節(jié)省成本，還能夠保證系統(tǒng)對電力線的高頻干擾注入滿足EN-50065規(guī)范的要求。

電源管理模塊：AC-DC、DC-DC及LDO

安森美半導體為智能電表電源/電源管理模塊提供包括交流-直流(AC-DC)轉(zhuǎn)換器/穩(wěn)壓器、直流-直流(DC-DC)開關(guān)穩(wěn)壓器/控制器和低壓降(LDO)線性穩(wěn)壓器等多種選擇(參見圖3和表1)，方便用戶選擇適合的電源方案。

圖3：PLC智能電表電源/電源管理模塊示意圖。

在AC-DC部分，可以采用安森美半導體的一系列單片高壓開關(guān)穩(wěn)壓器，如NCP1014、NCP1027、NCP1051等。以NCP1014為例，這是一款低功率離線電源用自供電高壓單片開關(guān)穩(wěn)壓器，集成了1個固定頻率電流模式控制器和1個700 V MOSFET，主要功能特性包括軟啟動、頻率抖動、短路保護、跳周期和較大峰值電流設定點等。

表1：適用于智能電表電源/電源管理模塊的器件列表(*預計在2010年第4季度推出)。

在DC-DC部分，同樣有很多選擇，包括支持不同電流等級的開關(guān)穩(wěn)壓器以及脈寬調(diào)制(PWM)控制器等。以NCP1034為例，這是一款靈活的同步高壓PWM控制器，設計適合采用高至100 V的寬輸入電源電壓范圍工作。這器件還提供1 A門驅(qū)動能力，能夠產(chǎn)生低至1.25 V的輸出電壓。它的同步特性讓外部源來設定開關(guān)頻率，或輸出1個同步信號至多顆NCP1034控制器。除了NCP1034等開關(guān)穩(wěn)壓器，設計人員同樣可以選用安森美半導體的多款DC-DC低壓降(LDO)線性穩(wěn)壓器，如NCP562、NCP4640等。

存儲器：串行EEPROM、并行EEPROM、串行SRAM及NVRAM

智能電表涉及到數(shù)據(jù)存儲問題，故需要使用安全可靠的存儲器。安森美半導體提供串行電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)、并行EEPROM、串行靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)和非易失性隨機存取存儲器(NVRAM)等，詳情參見安森美半導體存儲器產(chǎn)品選型指南(登錄www.onsemi.cn在搜尋框中輸入SGD530-D后點擊搜尋即可)。就其中的串行EEPROM而言，也包含I²C、SPI或MicroWire等不同接口類型的產(chǎn)品，其中I²C接口產(chǎn)品中也涉及完全陣列寫保護、部分陣列寫保護及專用等不同類型，密度涵蓋從1 kb到1 Mb范圍。

時鐘：NLRTC1220實時時鐘  

安森美半導體為智能電表應用提供多種時鐘產(chǎn)品，包括PureEdge™系列晶體振蕩器模塊、零延遲緩沖器等。此外，安森美半導體還計劃在2010年第4季度推出NLRTC1220實時時鐘，可配合安森美半導體的NCT66溫度傳感器用于智能電表(參見圖4)。

圖4：NLRTC1220實時時鐘在智能電表中的應用。

溫度傳感器：基于I²C接口的系列數(shù)字溫度傳感器

安森美半導體提供豐富的數(shù)字溫度傳感器，用于熱密度不斷升高的智能電表設計。這些數(shù)字溫度傳感器將溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式，并通過I²C接口總線傳送信息。溫度設定點和極限也可以通過總線設計。這些信息可以用于動態(tài)校準實時時鐘，提升系統(tǒng)精度、性能及可靠性。

以NCT1008為例，這是一款精度達±1°C的雙通道數(shù)字溫度傳感器，適合智能電表等應用。這器件具備串聯(lián)電阻消減功能，能夠根據(jù)溫度測量結(jié)果自動消減與溫度監(jiān)測二極管串聯(lián)的多達1.5 kΩ，從而幫助濾除噪聲。這器件還提供可配置的警示(ALERT)輸出，及可擴展、可轉(zhuǎn)換的溫度測量范圍(從默認的0°C至+127°C擴展至-64°C至+191°C)。

圖5：適用于智能電表的NCT1008數(shù)字溫度傳感器。

除了NCT1008，安森美半導體還提供NCT66和NCT124些數(shù)字溫度傳感器。這兩款產(chǎn)品計劃在2010年第4季度推出，均采用I²C接口，提供±1°C的溫度精度，分別采用WDFN-6和WDFN-10封裝。

接口：符合標準的智能卡接口及SIM卡接口

安森美半導體為智能電表應用提供NCN6001智能卡接口。這器件符合ISO7816-3、EMV及GSM11.11標準，并且兼容于同步卡及異步卡。這器件通過簡單及靈活的微控制器接口處理任何類型的智能卡，特別是由于采用內(nèi)置芯片選擇引腳，能夠并聯(lián)連接數(shù)個耦合器。這器件特別適合于低成本及低功率應用。