1 前言

在方興未艾的智能電網應用中，智能電表發(fā)揮關鍵的作用。安森美半導體身為應用于高能效綠色電子產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驗豐富，歷史悠久。我們應用于智能電表的電力線載波(PLC)調制解調器和電源管理產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/濾波產品等，構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

2 通信模塊—PLC調制解調器及線路驅動器方案

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

圖2 應用于智能電表通信模塊的PLC調制解調器及線路驅動器方案

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

為了應對客戶對更高數據率的要求，安森美半導體推出了AMIS-49587高集成度低功率PLC調制解調器方案。這器件支持2.4kb的更高半雙工可調節(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合了模擬調制解調器前端和數字后處理功能。設計人員使用AMIS-49587調制解調器，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通信中的線路驅動也非常重要，需要為應用選擇適合的PLC線路驅動器。這樣的線路驅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線路驅動應用，推出了一款高能效的A/B類低失真線路驅動器——NCS5650。NCS5650的設計經過了優(yōu)化，接收PLC調制解調器輸送的信號，輸出段設計成能夠驅動高達2A的電流，經隔離變壓器或簡單的線圈耦合至交流主電源。NCS5650獨特的2A驅動能力，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構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量進而節(jié)省成本，還能夠保證系統對電力線的高頻干擾注入滿足EN-50065規(guī)范的要求。

3 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)轉換器/穩(wěn)壓器、直流-直流(DC-DC)開關穩(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穩(wěn)壓器，集成了1個固定頻率電流模式控制器和1個700V MOSFET，主要功能特性包括軟啟動、頻率抖動、短路保護、跳周期和最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穩(wěn)壓器以及脈寬調制(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100V的寬輸入電源電壓范圍工作。這器件還提供1A門驅動能力，能夠產生低至1.25V的輸出電壓。它的同步特性讓外部源來設定開關頻率，或輸出1個同步信號至多顆NCP1034控制器。除了NCP1034等開關穩(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。

4 存儲器模塊—串行EEPROM、并行EEPROM、串行SRAM及NVRAM

智能電表涉及到數據存儲問題，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品選型指南(見附注1)。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品，其中I2C接口產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1kb到1Mb范圍。

5 時鐘模塊—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)。