1.2 SoC，AFE和独立ADC

在本视频中，我们将谈到培训系列的 “电流传感器和计量架构选项” 部分，我们将讨论 三种不同的架构，用于评估 用于计算计量参数的 电流样本的电压。 这些架构涉及使用SoC、计量AFE 或独立ADC。 我们提供与其他两种架构相比， 独立ADC架构的优势。 在计量子系统中，分压器 及其相关电路的输出 以及卡传感器及其相关电路 都被馈送到ADC。 然后将来自ADC的电流样本的 电压馈送到计量微控制器 以计算计量参数。 有三种不同的计量传感 架构。 在第一种架构中，使用了 像我们的MSP430F67xxA系列这样的SoC器件。 该相关器件感测到其内部ADC检测电压 和电流样本，使用其 自己的计量计算引擎计算计量参数， 并通过执行诸如驱动LCD 和跟踪时间等任务的应用 来充当主微控制器。 在第二种架构中，使用了 像MSP430i20xx系列那样的计量AFE设备。 计量AFE仍然感测到其内部ADC检测电压 和电流样本，并使用 自己的计量计算引擎计算 计量参数。 但是，现在使用不同的设备作为 主微控制器来执行 应用程序级任务。 在第三种架构中，使用独立的ADC器件， 如ADS131M04器件。 该独立ADC感测其内部ADC检测电压 和电流样本。 独立ADC不计算计量参数 或像主微控制器那样工作。 至少需要一个额外的设备 来计算计量参数， 以及执行应用任务。 计量计算和主机处理引擎 可以在一个设备上实现， 也可以在两个独立的设备上实现。 在这里，我们看到了不同 传感架构之间差异的总结。 SoC架构的示例包括 MSP430F67xxA系列中的器件，例如MSP430F6736A、 MSP430F67641A和MSP430F6779A。 这些器件具有集成的24位模数转换器， 用于检测电压和电流。 此外，这些MSP430F67xxA器件的 CPU最大频率为 25兆赫，用于计算 计量参数和主机处理功能。 SoC选件的集成 使其非常适合具有低计量 和主机处理要求的低端系统。 AFE架构的示例包括 MSP430i20xx系列中的器件，例如MSP430i2041。 i20xx器件还具有集成的24位模数转换器， 用于设置电压和电流。 与MSP430 SoC器件相比，这些MSP430i20xx器件 具有更少的功能和更低的CPU时钟速度。 这些AFE设备与单独的主机微控制器 配对。 可以根据具体的应用要求选择 主微控制器。 此架构中的计量和主机功能的分离 使其适用于具有无法在SoC上 实现的高级主机处理要求的 系统。 这种架构也适用于 需要明确物理分离计量 和主机功能的系统。 独立ADC的示例包括ADS131M04。 与MSP430 AFE和MSP430 SoC选项相比， 该ADS131M04器件是一个24位模数转换器， 具有最高的ENOB。 独立ADC可感应电压和电流。 使用独立ADC架构时， 需要单独的微控制器和主机微控制器。 计量微控制器和主机功能 可以使用两个不同的设备或一个 集成设备来完成。 独立ADC架构适用于具有更高精度、 更高计量和主机处理要求的 系统。 公用事业公司有责任 为客户保证良好的电能质量。 但是，来自公用事业客户负载的 电流谐波可能会引起电压谐波， 这可能会影响多个公用事业 客户。 通过执行谐波分析，公用事业提供商 可能能够识别对电能质量产生负面影响的 客户负载。 可以分析的最大谐波次数 等于仪表的采样率除以基波的 2倍。 例如，8,000赫兹的采样率 和50赫兹的基频 将允许捕获高达80次谐波。 为了增加可测量的 谐波数，应该提高 采样率。 对于某些集成ADC， 只能以降低ADC中超出所需水平的SNR 为代价来提高采样率。 独立ADC计量架构的一个优点是， 您可以轻松选择允许 更高采样率，同时仍满足所需SNR要求的 ADC。 此外，使用高采样率 需要具有足够CPU带宽的 计量微控制器，以高采样率 执行各个样本的处理。 如果选择计量AFE或计量SoC， 则仅限于计量AFE或SoC的带宽， 因此使用这两种架构来获得更高的采样率 可能是不可行的。 另一方面，通过独立的ADC架构， 可以选择计量微控制器 来处理会在采样率较高时 发生的增加的样本处理。 因此，在更高的采样率下 不会出现CPU带宽限制，例如计量AFE和SoC 可能具有的计量。 此外，可以选择独立的ADC 以获得更高的精度。 如果选择ADS131M04等高精度ADC， 则可以确保最准确地计算 有源能量等计量参数， 从而确保最高收入的公用事业客户 获得最准确的计费。 使用独立ADC的另一个优点是 它可以灵活地选择微控制器。 由于如果使用独立的ADC， 微控制器不必具有精确的集成ADC， 您可以选择更广泛的 微控制器选项，例如MSP430、SimpleLink MSP432 或SimpleLink无线MCU。 您可以根据任何其他 特定应用要求选择计量和主控微控制器， 不必担心微控制器内的ADC， 例如谐波分析所需的 CPU带宽和电能质量 算法、安全算法以及作为外围设备的 硬件加密加速引擎的存在， 它可以提供更好的数据安全性，以及集成的 通信堆栈。 此外，随着计量和主机处理要求的 不断发展，每季度升级计量 和主控微控制器相对容易， 因为您可以在这些设计中重复使用独立的 ADC，而不用找到可以集成ADC的 计量AFE或SoC，其可以满足新的计量