在方興未艾的智能電網應用中，智能電表發揮關鍵的作用。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。
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以及相對較低的成本，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，最初開發時就符合IEC 61334標準(S-FSK規范)，迄今已歷經8年的現場應用檢驗。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2.4 kb的更高半雙工可調節通信速率，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勢，如基于ARM7TDMI處理器內核，同時包含物理接口收發器(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，能更快地開發出全套互操作PLC方案，還降低開發成本。
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2 A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2 A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)轉換器/穩壓器、直流-直流(DC-DC)開關穩壓器/控制器和低壓降(LDO)線性穩壓器等多種選擇(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100 V的寬輸入電源電壓范圍工作。這器件還提供1 A門驅動能力，能夠產生低至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電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)、并行EEPROM、串行靜態隨機存取存儲器(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(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接口的系列數字溫度傳感器
安森美半導體提供豐富的數字溫度傳感器，用于熱密度不斷升高的智能電表設計。這些數字溫度傳感器將溫度數據轉換為數字格式，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校準實時時鐘，提升系統精度、性能及可靠性。
以NCT1008為例，這是一款精度達±1°C的雙通道數字溫度傳感器，適合智能電表等應用。這器件具備串聯電阻消減功能，能夠根據溫度測量結果自動消減與溫度監測二極管串聯的多達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數字溫度傳感器。
除了NCT1008，安森美半導體還提供NCT66和NCT124些數字溫度傳感器。這兩款產品計劃在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，特別是由于采用內置芯片選擇引腳，能夠并聯連接數個耦合器。這器件特別適合于低成本及低功率應用。NCN6001采用TSSOP-20或LLGA-20封裝。
圖6：NCN6001在智能電表中的應用電路圖。
此外，安森美半導體采用QFN16封裝的NCN4555 1.8 V/3.0 V SIM卡接口符合IMT-2000(即3G)標準，同時也符合ISO7816智能卡標準，適合于利用需要利用移動通信技術傳輸數據的智能電表應用。
保護及濾波：瞬態電壓抑制器系列
安森美半導體是領先的電路保護及濾波方案供應商，適用于智能電表的保護及濾波產品包括P6SMB系列齊納瞬態電壓抑制器(TVS)、1SMB系列齊納TVS、ESD5Z系列TVS及ESD9X系列TVS。其中，P6SMB和1SMB系列均提供單向及雙向保護，能夠承受600 W的額定浪涌峰值功率，采用SMB封裝。ESD5Z和ESD9X系列用于ESD保護，符合IEC61000-4-2 4級ESD保護標準(接觸放電±30 kW；空氣放電±30 kW)，分別采用SOD-523和SOD-923封裝，其中SOD-923封裝的尺寸僅為1.0 x 0.6 x 0.37 mm，非常適合空間受限的應用。
總結：
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，為智能電表應用提供豐富的解決方案，其中包括在歐洲擁有成功應用紀錄的PLC調制解調器方案和安森美半導體具有專長的高能效電源及電源管理方案，以及各類存儲器、時鐘、接口、保護和濾波產品等。工程師利用安森美半導體的這些完整解決方案，可以設計可靠及高性價比的智能電表產品，在市場競爭中占據先機。
供稿：安森美半導體