專利名稱：電表的制作方法
電表
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電表。背景技術(shù)：
對(duì)傳統(tǒng)電表的改進(jìn)研究正如火如荼地展開(kāi)，但還沒(méi)有形成系統(tǒng)而綜合的成熟方 案，每種產(chǎn)品只具有少數(shù)的幾種功能有的在電表設(shè)計(jì)時(shí)，將只具有有功電量的計(jì)量擴(kuò)展到 分時(shí)計(jì)量等功能；有的采用集中器或無(wú)線傳輸實(shí)現(xiàn)電表與主電站之間的通訊，但主電站卻 不能根據(jù)實(shí)際情況來(lái)控制用電設(shè)備，無(wú)法達(dá)到控制電能消耗的目的。另一方面，隨著集成電路技術(shù)的進(jìn)步、電子產(chǎn)品性能的提高、功能的豐富與完善， 消費(fèi)品對(duì)微小型化的要求也越來(lái)越高。現(xiàn)有的電表，都是將電能計(jì)量模塊、控制模塊和無(wú)線 通信模塊分開(kāi)設(shè)計(jì)，分別使用不同的芯片和外圍電路實(shí)現(xiàn)各自的功能。

發(fā)明內(nèi)容為了解決電站無(wú)法通過(guò)電表控制用電設(shè)備的問(wèn)題，并將電表的各電路模塊組裝為 單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)封裝件，有必要提供一種能完成用電數(shù)據(jù)計(jì)量、數(shù)據(jù)傳輸和實(shí)時(shí)控制用電設(shè)備的 電表。一種電表，包括電能專用計(jì)量芯片、單片機(jī)、顯示裝置、通訊模塊；所述電能專用計(jì) 量芯片用于對(duì)用電設(shè)備的電流和電壓進(jìn)行采樣，得到電能參數(shù)的相應(yīng)計(jì)量數(shù)據(jù)；所述單片 機(jī)用于接收計(jì)量數(shù)據(jù)，儲(chǔ)存到單片機(jī)內(nèi)置的存儲(chǔ)器中，進(jìn)行分析、判斷并做出控制，同時(shí)將 計(jì)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為用電數(shù)據(jù)輸出給顯示裝置顯示，并將用電數(shù)據(jù)傳輸給通訊模塊；所述通訊 模塊將用電數(shù)據(jù)傳送給電力公司的主服務(wù)器，接收由主服務(wù)器發(fā)送的控制指令并傳送給單 片機(jī)，由單片機(jī)對(duì)用電設(shè)備的運(yùn)行模式進(jìn)行調(diào)整。優(yōu)選的，所述單片機(jī)是通過(guò)第一串行外圍設(shè)備接口通訊連線接收計(jì)量數(shù)據(jù)，所述 用電數(shù)據(jù)是通過(guò)第二串行外圍設(shè)備接口通訊連線傳輸給通訊模塊，所述第一串行外圍設(shè)備 接口通訊連線和第二串行外圍設(shè)備接口通訊連線均包括片選線CS、時(shí)鐘線SCLK、數(shù)據(jù)輸入 線DIN、數(shù)據(jù)輸出線D0UT。優(yōu)選的，所述電能專用計(jì)量芯片包括如下引腳RESET，對(duì)所述電能專用計(jì)量芯片復(fù)位；SIG，所述電能專用計(jì)量芯片上電復(fù)位或因異常原因重新啟動(dòng)時(shí)，SIG變?yōu)榈碗娖剑?當(dāng)所述單片機(jī)通過(guò)第一串行外圍設(shè)備接口通訊連線寫(xiě)入校表數(shù)據(jù)后，SIG將立即變成高電 平；SEL，對(duì)三相三線與三相四線的選擇；0SCI，系統(tǒng)晶振的輸入端，或外灌系統(tǒng)時(shí)鐘輸入；0SC0，系統(tǒng)晶振的輸出端； REF0UT，基準(zhǔn)電壓輸出，用作外部信號(hào)的直流偏置；REFCAP，輸出2. 4V基準(zhǔn)電壓；
GND，所述電能專用計(jì)量芯片數(shù)字電路接地引腳；AGND，所述電能專用計(jì)量芯片模擬電路接地引腳；VDD，所述電能專用計(jì)量芯片內(nèi)核電源，額定工作電壓3V ；AVCC，模擬電路電源，額定工作電壓5V ；VCC，數(shù)字電路電源，額定工作電壓5V ；CS,串行外圍設(shè)備接口片選信號(hào)，低電平有效；SCLK，串行外圍設(shè)備接口時(shí)鐘輸入；DIN,串行外圍設(shè)備接口數(shù)據(jù)輸入；D0UT,串行外圍設(shè)備接口數(shù)據(jù)輸出；Revp,當(dāng)檢測(cè)到任意一相的有功功率為負(fù)時(shí)，輸出高電平；當(dāng)檢測(cè)到各相有功功率 都為正時(shí)，輸出復(fù)位到低電平；CFl，有功電能脈沖輸出，其頻率反映有功功率的大??；CF2，有功電能脈沖輸出，其頻率反映無(wú)功功率的大小。優(yōu)選的，所述電能專用計(jì)量芯片包括模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、參考電壓產(chǎn)生電路、數(shù)字信號(hào) 處理器、脈沖生成器、電壓監(jiān)控電路；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于將采集到的電能參數(shù)由模擬信 號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；所述參考電壓產(chǎn)生電路用于產(chǎn)生參考電壓；所述數(shù)字信號(hào)處理器用于 測(cè)量所述電能參數(shù)；所述脈沖生成器生成有功電能脈沖輸出和無(wú)功電能脈沖輸出，用于將 有功電能脈沖輸出或無(wú)功電能脈沖輸出接入標(biāo)準(zhǔn)電能表后，對(duì)所述電表進(jìn)行校正；所述電 壓監(jiān)控電路對(duì)數(shù)字電路電源的電壓VCC、模擬電路電源的電壓AVCC、內(nèi)核電源的電壓VDD進(jìn) 行監(jiān)控，當(dāng)其中任意一電壓偏離額定電壓值5%時(shí)，所述電能專用計(jì)量芯片將被復(fù)位。優(yōu)選的，所述單片機(jī)通過(guò)SIG引腳對(duì)電能專用計(jì)量芯片的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，所 述單片機(jī)還連接電能專用計(jì)量芯片的RESET引腳，控制電能專用計(jì)量芯片的復(fù)位，以保證 所述單片機(jī)和電能專用計(jì)量芯片的同步工作。優(yōu)選的，所述電能專用計(jì)量芯片和單片機(jī)之間設(shè)置有模擬控制開(kāi)關(guān)，用于控制所 述電能專用計(jì)量芯片是否將計(jì)量數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)。優(yōu)選的，所述單片機(jī)還用于控制通訊模塊的工作模式。優(yōu)選的，所述單片機(jī)還用于定時(shí)將電表本身的運(yùn)行狀態(tài)通過(guò)通訊模塊上傳給主服 務(wù)器。優(yōu)選的，所述電能專用計(jì)量芯片是測(cè)量單相電路的電流電壓互感器或者是測(cè)量三 相電路的電流電壓互感器。優(yōu)選的，所述電能專用計(jì)量芯片、單片機(jī)、通訊模塊采用系統(tǒng)級(jí)封裝結(jié)構(gòu)，所述系 統(tǒng)級(jí)封裝結(jié)構(gòu)包括基板和多條金線。優(yōu)選的，所述單片機(jī)和電能專用計(jì)量芯片是集成到一個(gè)片上系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的。優(yōu)選的，所述系統(tǒng)級(jí)封裝結(jié)構(gòu)是將電能專用計(jì)量芯片、單片機(jī)、通訊模塊三塊芯片 并列排布于基板上，單片機(jī)置于另外兩芯片中間，并分別通過(guò)所述金線連接到基板。優(yōu)選的，所述系統(tǒng)級(jí)封裝結(jié)構(gòu)是將片上系統(tǒng)與通訊模塊并列排布與基板上，并分 別通過(guò)金線連接到基板。 優(yōu)選的，所述系統(tǒng)級(jí)封裝結(jié)構(gòu)是將電能專用計(jì)量芯片、單片機(jī)、通訊模塊三塊芯片 依次疊設(shè)在基板上，或?qū)⑷我鈨尚酒B設(shè)在基板上，第三塊芯片與該兩芯片并列排布于基板上，并分別通過(guò)所述金線連接到基板。優(yōu)選的，所述系統(tǒng)級(jí)封裝結(jié)構(gòu)是將片上系統(tǒng)設(shè)置于基板上，將所述通訊模塊疊設(shè) 在片上系統(tǒng)上，并分別通過(guò)金線連接到基板。優(yōu)選的，所述系統(tǒng)級(jí)封裝結(jié)構(gòu)是將電能專用計(jì)量芯片、單片機(jī)、通訊模塊三塊芯片 中的任意兩芯片相互疊設(shè)于基板的一面，第三塊芯片設(shè)置于基板的另一面，并分別通過(guò)金 線連接到基板。優(yōu)選的，所述系統(tǒng)級(jí)封裝結(jié)構(gòu)是將片上系統(tǒng)和通訊模塊分別接合于基板的正反兩 面上，并分別通過(guò)金線連接到基板。優(yōu)選的，所述系統(tǒng)級(jí)封裝結(jié)構(gòu)在基板上設(shè)置開(kāi)孔，并結(jié)合倒裝焊技術(shù)，將所述芯片 正面朝下，采用在芯片正面焊盤(pán)上沉積錫鉛球的接合方式。上述電表實(shí)現(xiàn)了電力公司通過(guò)該電表對(duì)用電設(shè)備的實(shí)時(shí)控制，能夠有效減輕用電 高峰期的電網(wǎng)負(fù)擔(dān)。采用系統(tǒng)級(jí)封裝結(jié)構(gòu)，組成一個(gè)完整的，具有高計(jì)量、控制和數(shù)據(jù)傳輸 精度的電表，減小了電表體積，增強(qiáng)了可靠性。

圖1是電表示意圖。圖2是電能專用計(jì)量芯片原理圖。圖3是電表系統(tǒng)級(jí)封裝結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施例。圖4是電表系統(tǒng)級(jí)封裝結(jié)構(gòu)的第二實(shí)施例。圖5是電表系統(tǒng)級(jí)封裝結(jié)構(gòu)的第三實(shí)施例。
具體實(shí)施方式圖1為電表的示意圖。電表包括電能專用計(jì)量芯片102、單片機(jī)104、顯示裝置108、 通訊模塊110，其中電能專用計(jì)量芯片102和單片機(jī)104可以集成到一個(gè)片上系統(tǒng)(System on Chip, SOC) 11 中。電能專用計(jì)量芯片102采用電流電壓互感器對(duì)用電設(shè)備的電流和電壓進(jìn)行采樣， 并通過(guò)內(nèi)部電路轉(zhuǎn)化成各種電能參數(shù)的相應(yīng)計(jì)量數(shù)據(jù)。單片機(jī)104通過(guò)第一串行外圍設(shè)備 接口(Serial Peripheral Interface, SPI)通訊連線接收該計(jì)量數(shù)據(jù)，儲(chǔ)存到內(nèi)置的存儲(chǔ) 器中并轉(zhuǎn)化為用電數(shù)據(jù)輸出給顯示裝置108顯示，并且對(duì)該計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析、判 斷并做出控制，同時(shí)通過(guò)通訊模塊110將用電數(shù)據(jù)傳送到電力公司的主服務(wù)器，由其對(duì)用 電數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析處理后，在必要時(shí)發(fā)出控制指令。通訊模塊110接到指令后傳送 給單片機(jī)104，由單片機(jī)104對(duì)用電設(shè)備的運(yùn)行模式進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到監(jiān)控和管理用電設(shè) 備的目的。

圖2是電能專用計(jì)量芯片102的原理圖。其各引腳的功能如下表所示。引腳名 引腳功能
RESET 對(duì)電能專用計(jì)量芯片102復(fù)位
~~SIG電能專用計(jì)量芯片102上電復(fù)位或因異常原因重啟時(shí)，SIG變?yōu)榈碗?br> 平；當(dāng)單片機(jī)104通過(guò)SPI寫(xiě)入校表數(shù)據(jù)后，SIG將立即變成高電平
"^EL三相三線與三相四線的選擇
~~OSCI系統(tǒng)晶振的輸入端，或外灌系統(tǒng)時(shí)鐘輸入
OSCO系統(tǒng)晶振的輸出端
REFOUT基準(zhǔn)電壓輸出，用作外部信號(hào)的直流偏置
REFCAP輸出2. 4V基準(zhǔn)電壓
~GND電能專用計(jì)量芯片102數(shù)字電路接地引腳
"^GND電能專用計(jì)量芯片102模擬電路接地引腳
VDD電能專用計(jì)量芯片102內(nèi)核電源，額定工作電壓3V
AVCC模擬電路電源，額定工作電壓5V
~~VCC數(shù)字電路電源，額定工作電壓5V
~CSSPI片選信號(hào)，低電平有效
SCLKSPI串行時(shí)鐘輸入
DINSPI串行數(shù)據(jù)輸入
DOUTSPI串行數(shù)據(jù)輸出
當(dāng)檢測(cè)到任意一相的有功功率為負(fù)時(shí)，輸出高電平；當(dāng)檢測(cè)到各相有 功功率都為正時(shí)，輸出復(fù)位到低電平
~~CFl有功電能脈沖輸出，其頻率反映有功功率的大小
CF2無(wú)功電能脈沖輸出，其頻率反映無(wú)功功率的大小 電能專用計(jì)量芯片102的輸入電壓和輸入電流的采樣采用了電流電壓互感器，將 電能專用計(jì)量芯片102與電網(wǎng)進(jìn)行隔離，從而獲得良好的抗干擾性能。電能專用計(jì)量芯片 102通過(guò)四條串行外圍設(shè)備接口通訊連線與單片機(jī)104連接片選線CS、時(shí)鐘線SCLK、數(shù)據(jù) 輸入線DIN、數(shù)據(jù)輸出線D0UT。
電能專用計(jì)量芯片102集成了 Δ- Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換(sinma-delta ADC)模塊、參考電 壓產(chǎn)生電路以及具有功率、能量、有效值、功率因數(shù)和頻率等測(cè)量功能的數(shù)字信號(hào)處理器， 能夠測(cè)量有功功率、無(wú)功功率、視在功率、有功能量以及無(wú)功能量，同時(shí)還能測(cè)量各相電流、 電壓有效值、功率因數(shù)、相角、頻率等電能參數(shù)，充分滿足分時(shí)計(jì)費(fèi)多功能電能表的需求。電 能專用計(jì)量芯片102支持全數(shù)字域的增益、相位校正。脈沖生成器生成有功電能脈沖輸出 CF1、無(wú)功電能脈沖輸出CF2提供瞬時(shí)有功、無(wú)功功率信息，可以直接將CFl或CF2接入標(biāo)準(zhǔn) 電能表，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電能表的讀數(shù)對(duì)電表進(jìn)行校正。所述標(biāo)準(zhǔn)電能表是精度等級(jí)在千分之二 以上的電能表，主要用于對(duì)電表進(jìn)行校驗(yàn)。電能專用計(jì)量芯片102內(nèi)部還設(shè)有電壓監(jiān)控電 路，對(duì)VCC、AVCC、VDD進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)其中任一電壓偏離額定電壓5%時(shí)，電能專用計(jì)量芯片 102將被復(fù)位。這有利于保證電表上電和斷電時(shí)電能專用計(jì)量芯片102的正常啟動(dòng)和工作。單片機(jī)104通過(guò)SIG引腳對(duì)電能專用計(jì)量芯片102的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。電能專 用計(jì)量芯片102上電復(fù)位或因異常原因重啟時(shí)，單片機(jī)104通過(guò)第一串行外圍設(shè)備接口通 訊連線對(duì)電能專用計(jì)量芯片102中寄存器的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，以保證計(jì)量的準(zhǔn)確性。SIG信號(hào) 就是用來(lái)通知單片機(jī)104的一個(gè)握手信號(hào)。電能專用計(jì)量芯片102的RESET信號(hào)也由單片 機(jī)104控制，這樣就能保證無(wú)論是電能專用計(jì)量芯片102還是單片機(jī)104上電和復(fù)位后，電 能專用計(jì)量芯片102都能與單片機(jī)104同步工作。單片機(jī)104通過(guò)第一串行外圍設(shè)備接口 通訊連線可以實(shí)時(shí)讀出電能專用計(jì)量芯片102提供的各種計(jì)量數(shù)據(jù)并保存到內(nèi)置的存儲(chǔ) 器中，并對(duì)接收到的計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析、判斷并做出控制，當(dāng)計(jì)量數(shù)據(jù)不在用電設(shè)備 正常工作允許范圍內(nèi)時(shí)，可自行關(guān)閉用電設(shè)備、并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的情況判斷是否被竊電等?？梢栽陔娔軐Ｓ糜?jì)量芯片102和單片機(jī)104之間設(shè)置一模擬控制開(kāi)關(guān)(圖未示)， 控制電能專用計(jì)量芯片102是否將采集到的計(jì)量數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)104。單片機(jī)104與通訊模塊110之間通過(guò)第二串行外圍設(shè)備接口通訊連線進(jìn)行連接， 由單片機(jī)104控制通訊模塊110的工作模式，當(dāng)電表正常工作時(shí)，單片機(jī)104使通訊模塊 110處于一直接收信號(hào)的模式。當(dāng)主服務(wù)器發(fā)送控制指令時(shí)，通訊模塊110接收指令，并將指令傳送到單片機(jī) 104，單片機(jī)104根據(jù)接收到的控制信息對(duì)用電設(shè)備的工作模式進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)，單片機(jī)104 也要定時(shí)地將用電數(shù)據(jù)通過(guò)通訊模塊110發(fā)送到服務(wù)器。服務(wù)器將其管轄區(qū)域內(nèi)電表傳送 來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并傳送到電力公司的主服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電能消耗情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，有 利于電力公司根據(jù)實(shí)際情況作出一些調(diào)節(jié)。比如在用電高峰期，電網(wǎng)不堪重負(fù)時(shí)，電力公司 的主服務(wù)器發(fā)出控制指令，由服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)給通訊模塊110，由每個(gè)電表把各個(gè)用戶使用的空 調(diào)的溫度自動(dòng)上浮2 ;TC。相比以往只能采取大規(guī)模停電的辦法，這樣的方式更加合理。 通訊模塊110和服務(wù)器之間可以通過(guò)有線通信方式連接，如RS485、RS232等，也可以通過(guò)無(wú) 線通信方式連接，如433模塊、WLAN、藍(lán)牙等。同時(shí)，單片機(jī)104還將電表本身的運(yùn)行狀態(tài)通過(guò)通訊模塊110上傳給主服務(wù)器，使 主服務(wù)器能實(shí)時(shí)掌握各電表的工作情況。本電表的電能專用計(jì)量芯片102采用測(cè)量單相電路的電流電壓互感器時(shí)，應(yīng)用于 家庭用戶；采用測(cè)量三相電路的電流電壓互感器時(shí)，應(yīng)用于工業(yè)用戶。 相對(duì)于傳統(tǒng)的電表，本申請(qǐng)的電表由于采用了高集成度的電路，因此有必要采用 系統(tǒng)級(jí)封裝技術(shù)，將電表中的各個(gè)模塊組裝成為單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)封裝件，形成一個(gè)完整的，具有高計(jì)量、控制和數(shù)據(jù)傳輸精度的系統(tǒng)。電表主要由電能專用計(jì)量芯片102、單片機(jī)104、通訊模塊110組成，也可以將電能 專用計(jì)量芯片102和單片機(jī)104集成到一個(gè)片上系統(tǒng)11中，這樣就只需要片上系統(tǒng)11和 通訊模塊110兩塊芯片。此外，還可以在電表中添加音頻等外設(shè)，這樣就會(huì)引入更多芯片。 電能專用計(jì)量芯片102、單片機(jī)104、通訊模塊110之間的連接都通過(guò)串行外圍設(shè)備接口通 訊連線，但串行外圍設(shè)備接口通訊連線在傳輸信號(hào)時(shí)容易受到干擾，所以連線應(yīng)盡可能短， 且各引腳所串聯(lián)的電阻或并聯(lián)的電容要盡量靠近信號(hào)輸入的引腳。比如在電能專用計(jì)量芯 片102與單片機(jī)104之間的串行外圍設(shè)備接口通訊連線中，CS、SCLK、DIN引腳所串聯(lián)的電 阻和并聯(lián)的電容要盡量靠近電能專用計(jì)量芯片102，DOUT引腳所串聯(lián)的電阻和并聯(lián)的電容 要盡量靠近單片機(jī)104。應(yīng)用系統(tǒng)級(jí)封裝技術(shù)可以讓芯片間距離更近、總體積更小，可以減 小信號(hào)傳輸?shù)难舆t、提高電性能，還減少了芯片和電路板之間互連線的數(shù)量，提高了系統(tǒng)的 可靠性。圖3是電表封裝結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施例。在基板31上，將片上系統(tǒng)11與通訊模塊110 并列排布，并分別通過(guò)金線302、金線304連接到基板31上；將兩芯片之間的串行外圍設(shè)備 接口通訊連線設(shè)置在兩芯片之間的基板上，因此有效地縮短了串行外圍設(shè)備接口通訊連線 的長(zhǎng)度。在采用電能專用計(jì)量芯片102、單片機(jī)104、通訊模塊110三塊芯片構(gòu)成電表時(shí)，將 三塊芯片并列排布在基板31上，宜將單片機(jī)104放置在中間，以便與其余兩芯片連接。在 使用更多外設(shè)芯片時(shí)，多個(gè)芯片并列排布在基板31上，有連接關(guān)系的芯片盡量相鄰放置。圖4是電表封裝結(jié)構(gòu)的第二實(shí)施例。在一基板31上，將片上系統(tǒng)11與通訊模塊 110相互疊設(shè)，考慮到片上系統(tǒng)11的芯片尺寸大于通訊模塊110的芯片尺寸，因此將通訊模 塊Iio放置在片上系統(tǒng)11芯片上方，并分別通過(guò)金線304、金線302連接到基板31上。該 實(shí)施例在減小了系統(tǒng)封裝尺寸的同時(shí)，有效地縮短了串行外圍設(shè)備接口通訊連線的長(zhǎng)度。 在采用電能專用計(jì)量芯片102、單片機(jī)104、通訊模塊110三塊芯片構(gòu)成電表時(shí)，將三塊芯片 依次疊設(shè)在基板31上，也可將任意兩芯片疊設(shè)在一起，第三塊芯片與它們并列排布。在設(shè) 計(jì)時(shí)應(yīng)盡量把單片機(jī)104設(shè)置在方便與其它芯片連接的位置上。在使用更多外設(shè)芯片時(shí)， 應(yīng)根據(jù)芯片之間的連接情況和芯片尺寸，具體設(shè)計(jì)疊設(shè)形式。圖5是電表封裝結(jié)構(gòu)的第三實(shí)施例。將片上系統(tǒng)11與通訊模塊110分別接合于 基板31的正、反兩面上，并分別通過(guò)金線302、金線304連接到基板上。在采用電能專用計(jì) 量芯片102、單片機(jī)104、通訊模塊110三塊芯片構(gòu)成電表時(shí)，可將任意兩芯片相互疊設(shè)于基 板31的一面，把將另一芯片放置于基板31的另一面，根據(jù)接口情況來(lái)具體設(shè)計(jì)各個(gè)芯片的 位置。在使用更多外設(shè)芯片時(shí)，根據(jù)芯片之間的連接情況和芯片尺寸，具體設(shè)計(jì)疊設(shè)形式。電表封裝結(jié)構(gòu)的第四實(shí)施例與第三實(shí)施例的主要區(qū)別在于在基板上設(shè)計(jì)開(kāi)孔，并 結(jié)合倒裝焊技術(shù)，將芯片正面朝下，采用在芯片正面焊盤(pán)上沉積錫鉛球來(lái)與基板31接合的 方式。該實(shí)施例除了能提高芯片的引腳密度外，更由于大大縮短了互聯(lián)的長(zhǎng)度，因此可以降 低信號(hào)干擾，提高散熱能力，縮減封裝體積。 上述電表將電能專用計(jì)量芯片102、單片機(jī)104、通訊模塊110統(tǒng)一設(shè)計(jì)，除了具備 以往電表的電能參數(shù)計(jì)量、遠(yuǎn)程抄表和防盜電功能外，還兼?zhèn)浔O(jiān)控用電設(shè)備和電表本身運(yùn) 行狀態(tài)的功能，并能通過(guò)通訊模塊110與上級(jí)控制中心112進(jìn)行交互，接收其指令控制用電 設(shè)備的用電模式，降低用電高峰期電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)。由于采用了具有可編程功能的單片機(jī)104，可以適用于不同的工作條件，增強(qiáng)了電表的通用性。 上述電表采用系統(tǒng)級(jí)的封裝結(jié)構(gòu)，將電表中的各電路模塊組裝成為單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)封裝 件，形成一個(gè)完整的，具有高計(jì)量、控制和數(shù)據(jù)傳輸精度的系統(tǒng)。減小了電表的體積，增強(qiáng)了
可靠性。以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并 不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保 護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種電表，其特征在于包括電能專用計(jì)量芯片、單片機(jī)、顯示裝置、通訊模塊；所 述電能專用計(jì)量芯片用于對(duì)用電設(shè)備的電流和電壓進(jìn)行采樣，得到電能參數(shù)的相應(yīng)計(jì)量數(shù) 據(jù)；所述單片機(jī)用于接收計(jì)量數(shù)據(jù)，儲(chǔ)存到單片機(jī)內(nèi)置的存儲(chǔ)器中，進(jìn)行分析、判斷并做出 控制，同時(shí)將計(jì)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為用電數(shù)據(jù)輸出給顯示裝置顯示，并將用電數(shù)據(jù)傳輸給通訊模 塊；所述通訊模塊將用電數(shù)據(jù)傳送給電力公司的主服務(wù)器，接收由主服務(wù)器發(fā)送的控制指 令并傳送給單片機(jī)，由單片機(jī)對(duì)用電設(shè)備的運(yùn)行模式進(jìn)行調(diào)整。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電表，其特征在于所述單片機(jī)是通過(guò)第一串行外圍設(shè)備接 口通訊連線接收計(jì)量數(shù)據(jù)，所述用電數(shù)據(jù)是通過(guò)第二串行外圍設(shè)備接口通訊連線傳輸給通 訊模塊，所述第一串行外圍設(shè)備接口通訊連線和第二串行外圍設(shè)備接口通訊連線均包括片 選線CS、時(shí)鐘線SCLK、數(shù)據(jù)輸入線DIN、數(shù)據(jù)輸出線DOUT。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電表，其特征在于所述電能專用計(jì)量芯片包括如下引腳 RESET，對(duì)所述電能專用計(jì)量芯片復(fù)位；SIG，所述電能專用計(jì)量芯片上電復(fù)位或因異常原因重新啟動(dòng)時(shí)，SIG變?yōu)榈碗娖剑?dāng)所 述單片機(jī)通過(guò)第一串行外圍設(shè)備接口通訊連線寫(xiě)入校表數(shù)據(jù)后，SIG將立即變成高電平； SEL，對(duì)三相三線與三相四線的選擇； OSCI，系統(tǒng)晶振的輸入端，或外灌系統(tǒng)時(shí)鐘輸入； OSCO，系統(tǒng)晶振的輸出端； REFOUT，基準(zhǔn)電壓輸出，用作外部信號(hào)的直流偏置； REFCAP，輸出2. 4V基準(zhǔn)電壓； GND，所述電能專用計(jì)量芯片數(shù)字電路接地引腳； AGND，所述電能專用計(jì)量芯片模擬電路接地引腳； VDD，所述電能專用計(jì)量芯片內(nèi)核電源，額定工作電壓3V ； AVCC，模擬電路電源，額定工作電壓5V ； VCC，數(shù)字電路電源，額定工作電壓5V ； CS，串行外圍設(shè)備接口片選信號(hào)，低電平有效； SCLK，串行外圍設(shè)備接口時(shí)鐘輸入； DIN,串行外圍設(shè)備接口數(shù)據(jù)輸入； DOUT，串行外圍設(shè)備接口數(shù)據(jù)輸出；Revp,當(dāng)檢測(cè)到任意一相的有功功率為負(fù)時(shí)，輸出高電平；當(dāng)檢測(cè)到各相有功功率都為 正時(shí)，輸出復(fù)位到低電平；CFl，有功電能脈沖輸出，其頻率反映有功功率的大??； CF2，有功電能脈沖輸出，其頻率反映無(wú)功功率的大小。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電表，其特征在于所述電能專用計(jì)量芯片包括模數(shù)轉(zhuǎn)換模 塊、參考電壓產(chǎn)生電路、數(shù)字信號(hào)處理器、脈沖生成器、電壓監(jiān)控電路；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用 于將采集到的電能參數(shù)由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；所述參考電壓產(chǎn)生電路用于產(chǎn)生參 考電壓；所述數(shù)字信號(hào)處理器用于測(cè)量所述電能參數(shù)；所述脈沖生成器生成有功電能脈沖 輸出和無(wú)功電能脈沖輸出，用于將有功電能脈沖輸出或無(wú)功電能脈沖輸出接入標(biāo)準(zhǔn)電能表 后，對(duì)所述電表進(jìn)行校正；所述電壓監(jiān)控電路對(duì)數(shù)字電路電源的電壓VCC、模擬電路電源的 電壓AVCC、內(nèi)核電源的電壓VDD進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)其中任意一電壓偏離額定電壓值5 %時(shí)，所述電能專用計(jì)量芯片將被復(fù)位。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電表，其特征在于所述單片機(jī)通過(guò)SIG引腳對(duì)電能專用計(jì) 量芯片的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，所述單片機(jī)還連接電能專用計(jì)量芯片的RESET引腳，控制電 能專用計(jì)量芯片的復(fù)位，以保證所述單片機(jī)和電能專用計(jì)量芯片的同步工作。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電表，其特征在于所述電能專用計(jì)量芯片和單片機(jī)之間設(shè) 置有模擬控制開(kāi)關(guān)，用于控制所述電能專用計(jì)量芯片是否將計(jì)量數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電表，其特征在于所述單片機(jī)還用于控制通訊模塊的工作 模式。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電表，其特征在于所述單片機(jī)還用于定時(shí)將電表本身的運(yùn) 行狀態(tài)通過(guò)通訊模塊上傳給主服務(wù)器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電表，其特征在于所述電能專用計(jì)量芯片是測(cè)量單相電路 的電流電壓互感器或者是測(cè)量三相電路的電流電壓互感器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電表，其特征在于所述電能專用計(jì)量芯片、單片機(jī)、通訊模 塊采用系統(tǒng)級(jí)封裝結(jié)構(gòu)，所述系統(tǒng)級(jí)封裝結(jié)構(gòu)包括基板和多條金線。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電表，其特征在于所述單片機(jī)和電能專用計(jì)量芯片是集 成到一個(gè)片上系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電表，其特征在于所述系統(tǒng)級(jí)封裝結(jié)構(gòu)是將電能專用計(jì) 量芯片、單片機(jī)、通訊模塊三塊芯片并列排布于基板上，單片機(jī)置于另外兩芯片中間，并分 別通過(guò)所述金線連接到基板。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電表，其特征在于所述系統(tǒng)級(jí)封裝結(jié)構(gòu)是將片上系統(tǒng)與 通訊模塊并列排布與基板上，并分別通過(guò)金線連接到基板。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電表，其特征在于所述系統(tǒng)級(jí)封裝結(jié)構(gòu)是將電能專用計(jì) 量芯片、單片機(jī)、通訊模塊三塊芯片依次疊設(shè)在基板上，或?qū)⑷我鈨尚酒B設(shè)在基板上，第 三塊芯片與該兩芯片并列排布于基板上，并分別通過(guò)所述金線連接到基板。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電表，其特征在于所述系統(tǒng)級(jí)封裝結(jié)構(gòu)是將片上系統(tǒng)設(shè) 置于基板上，將所述通訊模塊疊設(shè)在片上系統(tǒng)上，并分別通過(guò)金線連接到基板。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電表，其特征在于所述系統(tǒng)級(jí)封裝結(jié)構(gòu)是將電能專用計(jì) 量芯片、單片機(jī)、通訊模塊三塊芯片中的任意兩芯片相互疊設(shè)于基板的一面，第三塊芯片設(shè) 置于基板的另一面，并分別通過(guò)金線連接到基板。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電表，其特征在于所述系統(tǒng)級(jí)封裝結(jié)構(gòu)是將片上系統(tǒng)和 通訊模塊分別接合于基板的正反兩面上，并分別通過(guò)金線連接到基板。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的電表，其特征在于所述系統(tǒng)級(jí)封裝結(jié)構(gòu)在基板上設(shè) 置開(kāi)孔，并結(jié)合倒裝焊技術(shù)，將所述芯片正面朝下，采用在芯片正面焊盤(pán)上沉積錫鉛球的接 合方式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電表，包括電能專用計(jì)量芯片、單片機(jī)、顯示裝置、通訊模塊。電能專用計(jì)量芯片采集電能參數(shù)的相應(yīng)計(jì)量數(shù)據(jù)；單片機(jī)接收該計(jì)量數(shù)據(jù)，儲(chǔ)存到單片機(jī)內(nèi)置的存儲(chǔ)器中，進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析、判斷并做出控制，同時(shí)將該計(jì)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為用電數(shù)據(jù)輸出給顯示裝置顯示，并將用電數(shù)據(jù)傳輸給通訊模塊；通訊模塊將用電數(shù)據(jù)傳送給電力公司的主服務(wù)器，接收由該主服務(wù)器發(fā)送的控制指令并傳送給單片機(jī)，由單片機(jī)對(duì)用電設(shè)備的運(yùn)行模式進(jìn)行調(diào)整。本發(fā)明還涉及一種電表封裝結(jié)構(gòu)，將各電路模塊組裝為單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)封裝件，形成一個(gè)完整的，具有高計(jì)量、控制和數(shù)據(jù)傳輸精度的系統(tǒng)，減小了電表體積，增強(qiáng)了可靠性。
文檔編號(hào)G01R35/04GK102103165SQ20091018903
公開(kāi)日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2009年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月17日
發(fā)明者曾艷, 李磊 申請(qǐng)人:深圳先進(jìn)技術(shù)研究院