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作为智能电网的的基本数据采集设备,智能电表除了必须的采集、计量和传输功能外,还因该具有双向多种费率计量、用户端控制、多种数据传输模式的双向数据通信、防窃电等智能化功能。这就要求核心器件——MCU具有LCD接口、RTC实时时钟、各类通信等外设,如RS485、PLC、无线模块等接口,具有良好的性价比和超低功耗。
由于特殊工作模式和超低功耗要求,智能电表MCU属于一种专用芯片。以下以FM3318为例,说明电表类MCU的实用方法。
1.性能特点
电表MCU电源范围2.0~5.5V,工作温度-40°C~+85°C,具有低电压检测报警功能,其特殊性主要体现在时钟和模数转换方面。
(1)时钟系统
FM3318带有两路内部时钟,高速时钟RCHF工作电流典型值为70μA,最大值为100μA,高速振荡频率最小值为8MHz,最大值为32MHz。低速时钟RCLF频率125kHz,工作电流为5μA。
FM3318支持两路外部晶体振荡器,高速外部振荡频率XTHF采用外接的1-12MHz石英晶体作为时钟源,振荡频率最小为1MHz,最大为12MHz,工作电流为750-2000μA。
FM3318 MCU的6种工作模式
低速外部振荡频率XTLF由外接32768Hz石英晶体产生。为降低智能电表的系统功耗,该晶振提供4种工作模式,工作电流分别为:
弱振:0.8μA
次弱振:1.6μA
次强振:4μA
强振:10μA
由于如此苛刻的工作模式和超低功耗要求,FM3318 MCU采用了由日本精工专门定制的32768Hz石英晶体作为时钟源。
PLL方面,FM3318 MCU的输入时钟频率为32kHz,输出时钟频率典型值为16MHz,最大值24MHz,最小值为8MHz,锁定时间2ms,抖动峰峰值为500ps。
(2)ADC
MCU带有高分辨率ADC,典型值为11bits,DNL差分非线性度为+-1LSB,INL积分分线性度为+-2,失调误差典型值+-1,最大值+-3,转换时间不超过2048个时钟,转换速率为500Sps。
2.使用事项
为了满足智能电表的低功耗要求,FM3318 MCU采用了由日本精工专门定制的32768Hz石英晶体作为时钟源。安排生产时,必须注意以下事项:
(1)采用FM3318 MCU芯片进行生产时,与FM3318匹配的32768Hz晶振必须采用复旦微定制的精工晶体,具体型号为VT-200-F(匹配电容12.5pF,20ppm)。
(2)32768Hz晶振外壳在进行固定时,不得采用点锡方式将外壳与地进行固定,点锡时过高的温度会导致32768Hz晶体的永久性损伤。
(3)在布板时,32768Hz晶振应尽量靠近FM3318芯片的60、61引脚放置,距离不能超过5mm。由于晶体振荡器较弱,距离太远会导致晶体振荡不稳定,布板时建议32768Hz晶振两管脚中间开槽(0.6mm),防止焊接晶体时留下的松香等助焊剂吸潮,减小晶体引脚间的阻抗,造成频率变化。并且在铺地时,建议网络XTAL1和XTAL2与地的安全间距设置>=25mil。
(4)若采用超声波工艺对电表模块进行清洗时,32768Hz晶振不得焊接,必须在超声波清洗工艺完成以后,再焊接上32768Hz晶振,否则超声波会导致32768Hz晶体的永久性损伤。
(5)不得采用超声波进行表壳焊接,否则也会导致32768Hz晶体的永久性损伤。另外,如果对引脚进行焊接,温度要控制在300摄氏度以下,加热时间要控制在5秒以内,外壳受热部位温度要控制在150摄氏度以内。
审核编辑:汤梓红
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