Sur la base des technologies cl�s ma�tre IR46 standard m�tre � deux fils

Zhouzhi Mei 1,2, 1,2 Zhaodong Yan, Zhang Haifeng 1,2, 1,2 Du juin Wang Weibin 1,2

(1. P�kin-core Microelectronics Technology Co., Ltd, Laboratoire cl� de State Grid Corporation de laboratoire d'analyse de conception de puces de puissance, Beijing 100192, Chine;

2. P�kin-core Microelectronics Technology Co., Ltd, Beijing puissance IC Design Engineering Research Center pour une haute fiabilit�, Beijing 100192, Chine)

Notre syst�me standard pour les besoins logiciels de compteurs intelligents et de mat�riel sont relativement curable, compteur d'�nergie sont une conception int�gr�e, une fois que la d�faillance du mat�riel ou du logiciel, ne peut prendre la forme de remplacer toute la table. Sur la base de la norme IR46 mesur�e-core et la gestion s�paration dual core-core des solutions technologiques de compteurs d'�nergie, la gestion � distance et le noyau de mesure d'application de base du syst�me juridique ind�pendant de mise � niveau en ligne. Une analyse d�taill�e de la mesure de puissance core-core et la gestion de leurs besoins en fonction de base � faire, et de se concentrer sur la mesure de base et la gestion de leur puce ma�tre de base pour remplir la fonction, les sp�cifications techniques de base et des technologies cl�s correspondantes. Cette recherche a une bonne r�f�rence pour le d�veloppement des compteurs intelligents et de compteurs standards futurs IR46 ma�tres.

CLC: TN492

Code de document: A

DOI: 10,16157 / j.issn.0258-7998.179013

format de citation chinois: Zhou Zhimei, Zhaodong Yan, Zhang Haifeng, etc. Techniques m�tre normes bas�es duplex cl� ma�tre IR46 Technologie �lectronique, 2017,43 (10): 7-11,19.

Anglais format de citation: Zhou Zhimei, Zhao Dongyan, Zhang Haifeng, et al. De la recherche sur la technologie cl� du double sur le compteur MCUs d'�nergie pour la norme IR46 .Application Technique �lectronique, 2017,43 (10): 7-11,19.

0 introduction

premi�re g�n�ration de compteurs intelligents, a monter et courir plus de cinq ans, a fourni un soutien important de la Chine pour la construction de r�seaux intelligents en Chine. Cependant, nos exigences du logiciel syst�me standard et le mat�riel sont compteur d'�nergie relativement gu�rissaient, watt-heure m�tres sont une conception int�gr�e, une fois que la d�faillance du mat�riel ou du logiciel, ne peut prendre la forme de remplacer toute la table pour prot�ger le travail de comptage d'�lectricit� en douceur. Pour plus de s�curit� et d'emp�cher l'angle de programme de compteur falsification compte tenu du compteur d'�nergie actuelle ne permet pas les mises � jour logicielles en ligne, de sorte que l'application a besoin sous forme de plus en plus intelligent de restriction. � cette fin, la Chine adoptera, sur la base IR46 (Recommendation46 International) programme intelligent dual-core norme m�tre, solution de base est la fonction de mesure avec d'autres fonctions des classes de gestion distinctes, le soutien � la mise � niveau du logiciel section non de mesure en ligne, et non sur la prochaine g�n�ration de la norme de compteurs intelligents d�faut de mise � niveau et la section de mesure ne modifie pas la pr�cision et la stabilit� de la section de mesure.

1 m�tre syst�me duplex

monter Actuellement diagramme � puce du bloc de programme d'application de dosage montr� � la figure 1, la mesure de l'�nergie �lectrique peut �tre r�alis�e, la s�curit�, les donn�es locales de synchronisation RTC et compteur supportant une fonction de communication, y compris 485, SPI, I2C et infrarouge etc. . Les compteurs intelligents utilis�s dans les fonctions de la puce comprennent une puce de commande principale, une puce RTC, une puce de s�curit�, une m�moire EEPROM et d'une puce de mesure, la conception globale de l'ensemble sur une seule carte de compteur.

Sur la base des protocoles standard IR46 de compteurs intelligents dual-core, le compteur fonctionnera en partie centrale s�par�e et le dosage de deux fonctions ne pas interf�rer avec le noyau. Doseuses fonctions de base partiellement remplis comprennent la mesure, la capacit� de stockage de donn�es, le calendrier RTC, etc., le noyau de mesure fonctionnent ind�pendamment du syst�me juridique certifi� ne permet pas de mises � jour logicielles. partie centrale de gestion comprend une interface de carte � puce, ESAM, l'affichage, la m�moire, le contr�le n�gatif et la gestion des communications externes. Comme la partie de base de la mesure et la gestion de la partie de noyau ind�pendamment comme un syst�me dans la nouvelle solution de mesure, les composants de dosage et la direction n�cessitent chacun une puce principale de commande du microcontr�leur, de deux fonctions de base ma�tre complets et les indicateurs cl�s seront diff�rents c'est la cl� du programme de m�tre dual-core bas� sur la mise en uvre IR46 standard.

Deux fonctions de base de dosage de base et des technologies cl�s

2,1 m�tre fonction de ma�tre et de l'architecture de base

Pour compl�ter la fonction de mesure de la partie de base comprend une synchronisation de communication, stocker la mesure de l'�nergie �lectrique et une gestion de l'�nergie et de l'heure de l'�me. Un noyau comprenant une fonction de ma�tre sur le pesage de conception ce module de fonction RTC, l'interface comprend un port s�rie, I2C, GPIO, etc., et la communication de donn�es interactives via le port SPI et de gestion de base sch�ma fonctionnel repr�sent� sur la figure. CPU en utilisant ARM CPU Cortex-M0, construit 128 Ko de m�moire Flash, 8 Ko RAM, int�gr� le canal DMA 4; 485 responsable de la communication avec la communication s�rie, SPI et la gestion du noyau; op�ration de stockage de donn�es I2C par l'EEPROM, sinon TIMER multiplex�, voir chien de garde et d'autres fonctions.

IR46 normes en mode de fonctionnement, le wattm�tre du noyau ou l'interf�rence ne peuvent �tre contr�l�s, le noyau de dosage en continu RTC plus de 10 ans, et le compteur de pr�cision de calendrier pour r�pondre aux exigences nationales de pr�cision de synchronisation du r�seau. En r�sumant les exigences ci-dessus peut �tre vu, le ma�tre de l'op�ration de base de synchronisation de pr�cision de mesure et de faible puissance est le noyau des indicateurs de cl�s ma�tre.

2.2 synchronisation de pr�cision technologie de base ma�tre Mesure

Mesure en utilisant le ma�tre de cristal RTC 32768 Hz de la fr�quence d'oscillation du cristal varie avec la temp�rature, la caract�ristique de temp�rature d'un cristal est appel�e. la fr�quence d'oscillation de 32768 Hz et la temp�rature de la fonction quadratique de classe forme cristalline , un grand �cart de fr�quence de la basse et de la r�gion � haute temp�rature du cristal, ne peut pas r�pondre aux exigences de pr�cision de synchronisation pour le r�seau national des compteurs intelligents, il faut ajouter pour augmenter le temps de circuit de compensation de temp�rature pr�cision.

Cette conception circuit RTC, comprenant, en plus de la fonction de synchronisation RTC, la temp�rature, comprenant en outre la compensation cl� de cristal, le module RTC comprend un module de synchronisation, un capteur de temp�rature, un circuit de compensation de temp�rature � cristaux d�di�e et une m�moire cache flash, la m�moire flash pour le r�glage de la temp�rature du cristal coefficient de correction, comme repr�sent� sur la Fig. circuit d'horloge RTC d�clenchement d'un circuit de r�glage de synchronisation fonctionne de mani�re � lire la temp�rature actuelle du capteur de temp�rature, et lit ensuite les coefficients d'adaptation correspondants en fonction des valeurs de temp�rature de flash, le r�glage pour compenser le circuit d'horloge RTC par le circuit d'accord.

Conception d'un oscillateur � quartz avec horloge en temps r�el de 32768 Hz, le nombre est de plus de 32768 cycles de 1 s, de sorte qu'un compteur qui change par rapport � la quantit� de second cycle:

-�-dire si une impulsion simple de la deuxi�me compensation num�rique, la pr�cision de la compensation peut �tre obtenue est de 30,5 ppm, 30,5 ppm � moins de l'�cart de fr�quence, l'�cart ne peut pas �tre compens�e introduit, et avec le plus long, la variation temporelle dans le cadencement de la synchronisation sera plus grande. Cette conception utilise une puce ma�tre et algorithme de compensation propos� sur la base du contr�le d'erreur accumul�e . L'algorithme de compensation de formule (2):

Dans lequel, Xn est la valeur de l'heure courante en fonction de l'erreur de fr�quence de compensation de temp�rature cristalline obtenue est n�cessaire pour lire � partir de Flash (en ppm); Yn-1 est l'erreur r�siduelle apr�s que la valeur de compensation de temp�rature pr�c�dente; N en fonction du courant Xn et Yn-1 cycles d'horloge entiers calcul�s pour �tre compens�e; Yn de la valeur de compensation de d�calage de fr�quence r�siduel sur la base des num�ros de sous, lorsqu'il est utilis� avec la compensation de l'erreur accumul�e suivante. �tant donn� que la valeur de compensation N avec arrondi, la valeur de la valeur d'erreur r�siduelle Y sera inf�rieure � 15,3 ppm, et � cause de cette erreur r�siduelle � la compensation de la valeur d'erreur accumul�e sera compens�e dans le prochain, afin de ne pas erreurs de synchronisation mesur�es temps plus l'accumulation devient importante. sch�ma fonctionnel du circuit de compensation repr�sent� � la figure 4, la pr�cision de la th�orie de l'effet repr�sent� sur la figure 5 de la Fig.

Le circuit de compensation utilise de mani�re num�rique, peu affect�e par les variations de processus de circuit int�gr� et simple. La puce ma�tresse RTC par des tests de laboratoire Sethi, dans la plage de temp�rature de -45 ~ 85 , l'erreur de synchronisation est inf�rieure � 4 ppm.

2.3 noyau ma�tre mesure des techniques de faible puissance de conception

Une autre mesure cl� du ma�tre de base de la technologie de base est basse puissance pour soutenir la mesure de base 10 ann�es de travail ininterrompu. Circuit logique CMOS de puissance peut �tre divis� en consommation de puissance statique et dynamique en deux parties. la consommation d'�nergie dynamique est lorsque la puce est activ�e �tat (actif), � savoir lorsque le g�n�rateur de signal de saut de puissance, la consommation de puissance statique se r�f�re � la consommation d'�nergie de la puce est inactif ou pas de transitions de signal . 70% dynamique condensateur consommation du courant d'alimentation sous tension repr�sent� � , la consommation de puissance est d�fini comme � condensateur commut� de formule (3):

2.3.1 Dynamic Power Optimization

Selon la th�orie de la formule (3), le proc�d� de r�duction de la consommation de puissance dynamique des circuits num�riques con�us principalement pour r�duire le taux d'inversion, y compris la technique suivante.

(1) de d�clenchement d'horloge

Les modules de fonction pour chaque d�clenchement d'horloge s�par�, lorsque le module de travail est pas n�cessaire, l'horloge le module hors tension, r�duisant la consommation �lectrique d'un circuit d'inversion d'horloge. Pendant ce temps, lorsque le code puce int�gr�e de RTL, les cellules de d�clenchement d'horloge ins�r�es, de sorte que l'entr�e d'horloge du registre ne sera pas invers� lorsque le signal n'a pas �t� invers�e, ce qui r�duit consid�rablement la consommation d'�nergie dynamique de l'horloge .

(2) � faible puissance Bus

La technologie de bus dans la conception de telle sorte que la puce SoC stade de la conception � la conception modulaire, le syst�me facilite l'int�gration, l'expansion du syst�me est �galement b�n�fique. D'autre part, le bus d'AHB et de bus APB �tendent des signaux � chacun des blocs fonctionnels de la puce, et peut �tre vu � partir de l'acc�s mutuellement exclusif au bus, le ma�tre de bus acc�de � la fois � partir d'un appareil, mais pas en cours d'acc�s ou il va suivre le signal d'entr�e renvers� de bus � partir du dispositif, de sorte que le bus invalide retourn�e forte consommation d'�nergie.

La conception du premier bus de donn�es d'�criture et le bus d'adresse sur le d�clenchement s�lectionn� actionn� uniquement envoy� � l'adresse de p�riph�rique et le bus de donn�es sont valides invers�, le bus de donn�es d'�criture p�riph�rique restante et l'adresse est maintenue stationnaire. En outre, l'utilisation de la technologie de l'onduleur de bus, le module de traitement de la matrice de bus de courant sur les valeurs de bus de donn�es sur un bus de donn�es avec la valeur et s�lectionne le code d'origine est transmis ou code anti, et entra�ne moins un code d'inversion de bus qui est bas� sur. Un besoin d'augmenter le signal de polarit� du bus con�u pour permettre au r�cepteur de r�cup�rer correctement module de donn�es sur le bus. Par ces deux m�thodes, un bus de puissance dynamique fortement r�duite, bus de puissance repr�sentant la consommation totale d'�nergie dynamique de la puce est pass�e de 32% � 26%.

(3) la conception de circuits asynchrones

Dans le circuit de synchronisation, le syst�me est command� par une horloge globale, � chaque impulsion d'horloge, tant que tous les registres sont cadenc�s � la consommation de puissance dynamique invers�, ind�pendamment du fait que les donn�es des changements de registre.

unit� de circuit et de la technologie de conception de circuits asynchrones, toute la conception ne n�cessite pas une horloge unifi�e, le circuit ne commencera le travail en cas de besoin renvers�, la consommation d'�nergie inutile sans une telle invalide, apr�s l'ach�vement des travaux sur la restauration de l'�tat stationnaire, dans un �tat statique que la consommation de courant de fuite, la consommation d'�nergie dynamique est pas . Ce ma�tre de conception RTC dans le module, le module de surveillance, � la fois la conception du circuit asynchrone, assurer un timing correct de la puissance de la batterie, et de minimiser la dissipation de puissance.

La puce TSMC 180 nm en amont du processus de eFlash, puissance dynamique de la puce des donn�es mesur�es: la tension d'alimentation de la puce est de 3,0 V, LDO configur�s pour 1,7 V, le principal s�lection d'horloge de 2 MHz, � une temp�rature dans la plage de -40 ~ 85 , la consommation d'�nergie totale de la puce repr�sent�e au tableau 1.

2.3.2 Puissance statique Optimisation

La conception rationnelle des modes de fonctionnement de la puce en fonction du sc�nario d'application m�tres. M�tre dans l'�tat de fonctionnement normal apr�s la mise en service 3 types. Pas pour le premier m�tre de montage sur le site de l'entrep�t, mais cette fois d'autres fonctions RTC moment pr�cis, ne n�cessite pas de mesure, la communication, n'a pas besoin de conserver les donn�es stock�es dans la m�moire vive, ce mode peut �tre fait par une panne de courant locale la puissance la plus faible, un second sc�nario de fonctionnement applique lorsque l'appareil de montage fonctionne correctement, le compteur reste en mode totalement fonctionnel, ce mode, la puce principale est n�cessaire pour minimiser la consommation de puissance dynamique de la puce; sc�ne correspondant � la troisi�me shi pour monter la puissance du compteur �choue, le mode aliment� par batterie de fonctionnement dans ce besoin de cas pour maintenir l'�tat bas sur le terrain lorsque le compteur, le temps normal RTC. Correspondant au mode ma�tre de fonctionnement, la n�cessit� de maintenir le fonctionnement normal et la compensation normale de temp�rature du cristal RTC, alors que la CPU et la RAM sont tous charg�s de conserver la n�cessit� de maintenir le site de travail, et un circuit de d�clenchement appel r�veil r�veil actif, les autres circuits sont ferm�s � l'horloge r�duire la consommation d'�nergie.

Selon les trois sc�narios d'exploitation, l'arr�t de la conception de la puce, le sommeil et les modes actifs. Ma�tre actif pendant le fonctionnement normal, en mode veille, RTC et source de r�veil pour continuer � travailler, d'autres modules restent sous tension mais toujours en mode, prochain arr�t, � l'exception RTC et la source de r�veil, les modules restants directement vers le bas pour atteindre la plus faible consommation �lectrique. 3 modes peuvent �tre interchangeables, comme le montre la Fig.

Le mode veille de la puce, la tension d'alimentation est de 3,0 V, LDO configur� de fa�on � 1,8 V, RTC est activ�, tous les autres p�riph�riques ne sont pas activ�s, une temp�rature dans la plage de -40 ~ 105 , la consommation d'�nergie totale de la puce en tant que donn�es de test dans le tableau 2.

3 fonctions de gestion de base de ma�tre et des technologies cl�s

3,1 fonction de ma�tre de base de gestion

gestion de base de compteurs intelligents dual-core est responsable du contr�le des frais de gestion, �mission, la journalisation des �v�nements, le contr�le de charge et d'autres t�ches, tout en offrant une gamme d'interface de communication externe. Cette gestion de la conception partie de noyau de puce ma�tresse du sch�ma fonctionnel repr�sent� sur la Fig.

IR46 plus caract�ristique importante des compteurs intelligents traditionnels est de g�rer des applications de base pour �tre mis � niveau pour soutenir le programme local ou � distance de. besoins ma�tre de gestion de base pour fournir une des solutions compl�tes raisonnables pour r�pondre � l'�curie de m�tres, une conduite fiable et efficace du programme de mise � niveau du compteur local et � distance, qui est une fonction cl� de la gestion diff�rente ma�tre de base des besoins pr�c�dents de m�tres � faire.

3.2 Master en technologies cl�s de mise � niveau des applications de base de gestion

Ma�tre mise � niveau local ou � distance se r�f�re principalement aux donn�es contenues dans la puce MCU m�moire flash est effac�e et re-t�l�chargement. programmation MCU de la m�moire flash peut �tre divis�e en trois fa�ons g�n�rales : JTAG, ISP (Dans le programme System) et IAP (Dans le programme d'application). JTAG programmation g�n�ralement utilis� pour les applications de d�bogage stade de d�veloppement de produits, l'accent fournisseur d'acc�s sur les applications dans le domaine de la mise � niveau de la puce, mais n'est pas n�cessaire de continuer � continuer � travailler lorsque le programme de mise � niveau � puce, vous pouvez mettre fin � la mise � niveau du logiciel d'application pour les appareils portables; IAP et la plus grande diff�rence est le cas IAP demandes de soutien fournisseur d'acc�s Internet et en cours d'ex�cution jusqu'�, et de la part du programme d'effacement de m�moire flash et le fonctionnement rewrite, firmware terminal � distance mise � niveau a automatiquement une grande commodit�. programme de gestion de base m�tre dual-core, en utilisant l'IAP, aux programmes de soutien dans la modernisation des applications locales ou distantes.

Afin d'assurer la pr�cision du programme de m�tre de la mise � niveau de l'application, la gestion de la conception ma�tre de base � diff�rentes �tapes du programme de mise � niveau, sont v�rifi�es pour l'exactitude des instructions et des proc�dures. Tout d'abord, v�rifiez si un package de mise � niveau compl�te re�u correctement, apr�s avoir re�u correctement, le nouveau programme va �crire le Flash et l'�criture des r�sultats de la v�rification pour confirmer, juste apr�s l'�talonnage, la nouvelle mise � jour auto-test, sinon par l'auto-test , vous avez besoin d'un moyen de restaurer cette partie du programme � une version avant la mise � niveau. Besoin d'avoir assez d'espace pour le mat�riel remplac� l'ancienne version du programme pour sauvegarder et enregistr�, PC peut prendre en charge des sauts pointeur souple, le processus pour faire en sorte que tous les besoins de l'�tape � v�rifier pour confirmer correcte, passez � l'�tape suivante. Pendant ce temps, les exigences en mati�re de gestion de logiciel de programme de commande ma�tre noyau sch�ma de conception modulaire, � savoir le module d'affichage de conception ind�pendante, le module de communication, � des charges de module de commande, le module d'�v�nements et d'autres modules, ind�pendamment l'un de l'autre, afin d'assurer que le support de logiciel de l'appareil pour chaque module la mise � niveau de fa�on ind�pendante, �vitant ainsi la mise � niveau du logiciel � faible mise � niveau globale apporte l'efficacit�, le stockage et le mat�riel de communication d�savantage des co�ts.

Application de l'organigramme de la commande de mise � niveau montr� sur la Fig. La puce dans le processus feuille amont UMC55 r�ussie, l'application de test dans la mise � niveau d'un d�veloppement de puces de table �chantillon, simulation erreur de transmission du programme lors de la mise � niveau, le programme d'erreurs d'�criture, la perte de courant se produit compteur de mise � niveau de tous les aspects, la puce peut g�rer correctement signaler un lien d'erreur et donne le signal de d�part prochaine mise � jour, mise � niveau et, finalement, le succ�s.

4 R�sum�

Dans le pr�sent document, le syst�me de duplex de compteurs intelligents bas� IR46 standards, conform�ment � la mesure et la gestion de la base de chaque noyau pour remplir la fonction de la partie de noyau puce ma�tresse mesure et de gestion de la puce ma�tresse de base. exigences de synchronisation de pr�cision pour le dosage du coeur, le circuit de compensation de temp�rature est propos�e sur la base du contr�le d'erreur accumul�e; pour les faibles besoins en �nergie, en utilisant une s�rie de technologies cl�s pour r�duire la consommation de puissance statique et dynamique. Gestion pi�ce ma�tresse de base, ax�e sur la s�curit� tr�s fiable dans l'application de la technologie pertinente mise � niveau, de base de gestion des applications h�tes de mise � niveau � distance. Le contenu de ce document a une bonne r�f�rence pour le d�veloppement futur de la norme IR46 m�tre dual-core et les puces de contr�leur de compteur.

r�f�rences

State Grid Corporation d'entreprise standard Q / GDW1364-2013, les caract�ristiques des compteurs intelligents monophas�s .

Conception et recherche Shen Bin. Syst�me de compteurs intelligents Nanjing: Universit� foresti�re de Nanjing, 2013.

�tude Zou temp�rature nuage oscillateur � cristal compens� Tianjin: Universit� Nankai, 2010.

Zhaodong Yan, Zhou Zhimei. Algorithme de compensation RTC sur la base de l'erreur accumul�e et le circuit de commande Technologie �lectronique, 2014,40 (12).

cheval Chi. M�thode de faible puissance de conception de puces SoC . IC de la Chine, 2010 (7).

Cuiyi Zhi. Technique de conception de faible puissance dans l'extr�mit� arri�re . Shanghai: Fudan University, 2008.

Guo Honghong. Conception de circuit asynchrone ultra-basse Zhenjiang: Universit� du Jiangsu, 2009.

Peng bien pass�, son Cai ville. Logiciel syst�me embarqu� bas� GPRS � distance de mise � niveau en ligne technologie �lectronique moderne, 2009 (4).

Route de la soie

Apprenez � conna�tre la Chine

Sur la base des technologies cl�s ma�tre IR46 standard m�tre � deux fils