本發(fā)明涉及一種電能表，特別是涉及一種用于電能表的降低噪底裝置和利用該降低噪底裝置實(shí)現(xiàn)的降低噪底方法。

背景技術(shù)：

國(guó)網(wǎng)對(duì)電能表計(jì)量的要求越來(lái)越嚴(yán)格，市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)也日益激烈，人們對(duì)計(jì)量問(wèn)題的研究也越來(lái)越深入。其中，電能脈沖跳動(dòng)一直是人們密切關(guān)注的問(wèn)題，也是提高計(jì)量性能的最關(guān)鍵的一點(diǎn)。

引起電能脈沖跳動(dòng)的因素有很多，其中最關(guān)鍵的是輸入信號(hào)的帶外噪聲干擾，所以要致力于減少帶外噪聲。電能表基本使用Sigma-delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器(∑-△ADC)實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，在數(shù)字部分使用梳狀濾波器(CIC)抽取得到所需帶寬的電流和電壓信號(hào)。

在現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)中，若想進(jìn)一步減少帶外噪聲，只能通過(guò)提高CIC的抽取倍數(shù)實(shí)現(xiàn)，但這種做法會(huì)造成通帶平坦度差，影響基波頻率拉偏和諧波測(cè)試的性能。而且，由于CIC一般是三階或者四階的，需要增加大量的寄存器，硬件資源開(kāi)銷大，這對(duì)于面積和功耗要求都極為苛刻的計(jì)量芯片是不允許的。另外，CIC的結(jié)構(gòu)一旦固定，若時(shí)鐘也是定的，系統(tǒng)的計(jì)量帶寬就是固定的了，對(duì)于不同的應(yīng)用環(huán)境，要求計(jì)量的諧波次數(shù)是一樣的，即所需的信號(hào)的有效帶寬是不一樣的，此時(shí)最好使用與信號(hào)有效帶寬相匹配的濾波器濾除帶外噪聲，降低電流或電壓的底部噪聲，從而減小有效值底碼，降低電能脈沖和有效值的跳動(dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)提高CIC的抽取倍數(shù)來(lái)減少輸入信號(hào)的帶外噪聲的方法導(dǎo)致硬件開(kāi)銷大、靈活性差的缺陷， 提供一種用于電能表的降低噪底裝置及方法。

本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題的：

本發(fā)明提供一種用于電能表的降低噪底裝置，其特點(diǎn)在于，其包括一通路選擇模塊、多個(gè)低通濾波器和一輸出模塊；

該通路選擇模塊用于根據(jù)輸入信號(hào)選擇是否通過(guò)低通濾波器，并在選擇不通過(guò)低通濾波器時(shí)，直接將該輸入信號(hào)傳輸至該輸出模塊，在選擇通過(guò)低通濾波器時(shí)，選擇該輸入信號(hào)通過(guò)的低通濾波器，并將該輸入信號(hào)傳輸至選擇出的低通濾波器；

該選擇出的低通濾波器用于對(duì)該輸入信號(hào)進(jìn)行濾波，并將經(jīng)濾波后的輸入信號(hào)傳輸至該輸出模塊；

該輸出模塊用于輸出傳輸來(lái)的輸入信號(hào)。

較佳地，該通路選擇模塊包括一寄存器，該寄存器用于根據(jù)該輸入信號(hào)的帶寬選擇是否通過(guò)低通濾波器。

較佳地，該寄存器中存儲(chǔ)有帶寬閾值，該寄存器用于在該輸入信號(hào)的帶寬大于該帶寬閾值時(shí)，選擇不通過(guò)低通濾波器，否則選擇通過(guò)低通濾波器。

較佳地，該通路選擇模塊用于根據(jù)該輸入信號(hào)的電流有效值選擇是否通過(guò)低通濾波器。

較佳地，該通路選擇模塊中存儲(chǔ)有電流有效值閾值，該通路選擇模塊用于在該輸入信號(hào)的電流有效值根據(jù)大于該電流有效值閾值時(shí)，選擇不通過(guò)低通濾波器，否則選擇通過(guò)低通濾波器。

較佳地，該通路選擇模塊用于在選擇通過(guò)低通濾波器時(shí)，產(chǎn)生一用于選擇低通濾波器的通道選擇信號(hào)、并將該通道選擇信號(hào)傳輸至相應(yīng)的低通濾波器。

本發(fā)明還提供一種用于電能表的降低噪底方法，其特點(diǎn)在于，其利用上述的降低噪底裝置實(shí)現(xiàn)，該降低噪底方法包括以下步驟：

S₁、該通路選擇模塊根據(jù)輸入信號(hào)選擇是否通過(guò)低通濾波器，并在選擇不通過(guò)低通濾波器時(shí)，直接將該輸入信號(hào)傳輸至該輸出模塊，在選擇通過(guò)低 通濾波器時(shí)，選擇該輸入信號(hào)通過(guò)的低通濾波器，并將該輸入信號(hào)傳輸至選擇出的低通濾波器；

S₂、該選擇出的低通濾波器對(duì)該輸入信號(hào)進(jìn)行濾波，并將經(jīng)濾波后的輸入信號(hào)傳輸至該輸出模塊；

S₃、該輸出模塊用于輸出傳輸來(lái)的輸入信號(hào)。

較佳地，該通路選擇模塊包括一寄存器，在步驟S₁中，該寄存器根據(jù)該輸入信號(hào)的帶寬選擇是否通過(guò)低通濾波器。

較佳地，該寄存器中存儲(chǔ)有帶寬閾值，該寄存器在該輸入信號(hào)的帶寬大于該帶寬閾值時(shí)，選擇不通過(guò)低通濾波器，否則選擇通過(guò)低通濾波器。

較佳地，在步驟S₁中，該通路選擇模塊根據(jù)該輸入信號(hào)的電流有效值選擇是否通過(guò)低通濾波器。

較佳地，該通路選擇模塊中存儲(chǔ)有電流有效值閾值，該通路選擇模塊在該輸入信號(hào)的電流有效值根據(jù)大于該電流有效值閾值時(shí)，選擇不通過(guò)低通濾波器，否則選擇通過(guò)低通濾波器。

較佳地，在步驟S₁中，該通路選擇模塊在選擇通過(guò)低通濾波器時(shí)，產(chǎn)生一用于選擇低通濾波器的通道選擇信號(hào)、并將該通道選擇信號(hào)傳輸至相應(yīng)的低通濾波器。

在符合本領(lǐng)域常識(shí)的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實(shí)例。

本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于：

本發(fā)明提供的用于電能表的降低噪底裝置及方法，根據(jù)輸入信號(hào)選擇是否通過(guò)低通濾波器，并在選擇通過(guò)低通濾波器時(shí)，選擇該輸入信號(hào)通過(guò)的具體的低通濾波器，然后輸入信號(hào)輸入到選擇出的低通濾波器進(jìn)行濾波操作，這可有效地濾除輸入信號(hào)中更多的帶外噪聲，降低電流或電壓的底部噪聲，從而降低電流和電壓有效值的底碼，改善有效值和能量脈沖的跳動(dòng)，尤其是電流小信號(hào)輸入時(shí)，改善效果更加明顯。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明較佳實(shí)施例的用于電能表的降低噪底裝置的結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明較佳實(shí)施例的濾波器的幅頻特性示意圖。

圖3為本發(fā)明較佳實(shí)施例的二階Sigma-delta調(diào)制器輸出的PDM(Pulse Density Modulation，脈沖密度調(diào)制)的功率譜(PSD)示意圖。

圖4為本發(fā)明較佳實(shí)施例的濾波之后的PDM的功率譜(PSD)示意圖。

圖5為本發(fā)明較佳實(shí)施例的用于電能表的降低噪底方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。

如圖1所示，本實(shí)施例提供一種用于電能表的降低噪底裝置，其包括一通路選擇模塊1、多個(gè)低通濾波器2(本實(shí)施例中選用兩個(gè)低通濾波器，分別為第一低通濾波器21和第二低通濾波器22)和一輸出模塊3，其中，該通路選擇模塊1接在Sigma-delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器(∑-△ADC)之后，并接收其傳輸來(lái)的輸入信號(hào)；該通路選擇模塊1分別與該第一低通濾波器21、該第二低通濾波器22和該輸出模塊3連接，該第一低通濾波器21和該第二低通濾波器22均與該輸出模塊3連接。

該通路選擇模塊1用于根據(jù)輸入信號(hào)選擇是否通過(guò)低通濾波器，并在選擇不通過(guò)低通濾波器時(shí)，直接將該輸入信號(hào)傳輸至該輸出模塊3，在選擇通過(guò)低通濾波器時(shí)，選擇該輸入信號(hào)通過(guò)的低通濾波器，并將該輸入信號(hào)傳輸至選擇出的低通濾波器2。而且，該通路選擇模塊1在選擇通過(guò)低通濾波器時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一用于選擇低通濾波器的通道選擇信號(hào)、并將該通道選擇信號(hào)傳輸至相應(yīng)的低通濾波器，即使選擇出的低通濾波器使能。

具體地，該通路選擇模塊1包括一寄存器，寄存器控制由外部MCU(微處理器)通過(guò)寫(xiě)寄存器的方式實(shí)施。該寄存器的功能是根據(jù)該輸入信號(hào)的帶寬選擇是否通過(guò)低通濾波器。

例如，該寄存器中存儲(chǔ)有第一帶寬閾值和第二帶寬閾值，且該第一帶寬 閾值大于該第二帶寬閾值，在該輸入信號(hào)的帶寬大于該第一帶寬閾值(即輸入信號(hào)的帶寬很寬)時(shí)，即需要測(cè)量高次諧波時(shí)，該寄存器選擇不通過(guò)低通濾波器，在該輸入信號(hào)的帶寬小于該第一帶寬閾值且大于該第二帶寬閾值時(shí)，選擇通過(guò)第一低通濾波器21，在該輸入信號(hào)的帶寬小于該第二帶寬閾值(即輸入信號(hào)的帶寬很窄)時(shí)，即需要測(cè)量諧波次數(shù)很少時(shí)，該寄存器選擇通過(guò)該第二低通濾波器22。

除了可以通過(guò)寄存器控制來(lái)選擇是否通過(guò)低通濾波器外，還可以通過(guò)電流有效值閾值判斷來(lái)選擇是否通過(guò)低通濾波器。具體來(lái)說(shuō)，該通路選擇模塊1中存儲(chǔ)有電流有效值閾值，該通路選擇模塊1用于在該輸入信號(hào)的電流有效值大于該電流有效值閾值時(shí)，選擇不通過(guò)低通濾波器，否則選擇通過(guò)具體的低通濾波器。

例如，電流有效值IRMS閾值判斷的閾值是電能表典型應(yīng)用電流有效值IbRMS的50％和5％。當(dāng)IRMS大于50％IbRMS時(shí)，選擇不通過(guò)低通濾波器；當(dāng)IRMS不大于50％IbRMS且大于5％IbRMS時(shí)，選擇通過(guò)第一低通濾波器21；當(dāng)IRMS不大于5％IbRMS時(shí)，選擇通過(guò)第二低通濾波器22。

此外，可以理解，在本實(shí)施例中雖然將寄存器控制選擇分為不選擇低通濾波器、選擇第一低通濾波器或選擇第二低通濾波器，但在實(shí)際應(yīng)用中，并不局限于此，寄存器控制可選擇更多不同的濾波器；同樣，電流有效值IRMS閾值判斷的閾值雖然以電能表典型應(yīng)用電流有效值IbRMS的50％和5％來(lái)舉例，但實(shí)際應(yīng)用中，可以設(shè)置是其他百分比或更多選擇的閾值。

該選擇出的低通濾波器2用于對(duì)該輸入信號(hào)進(jìn)行濾波，濾除輸入信號(hào)中的帶外噪聲，并將經(jīng)濾波后的輸入信號(hào)傳輸至該輸出模塊3，其中該低通濾波器2的設(shè)計(jì)首先要滿足系統(tǒng)所要求的諧波計(jì)量和基波頻率拉偏的性能。

具體地說(shuō)，本實(shí)施例的低通濾波器對(duì)CIC濾波器輸出的輸入信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的濾波，電能計(jì)量中，國(guó)網(wǎng)一般要求要計(jì)量到21次諧波，對(duì)于50Hz的基波，電流電壓的帶寬至少為21*50＝1.05K。另外，若滿足國(guó)網(wǎng)0.2s級(jí)電能表的第一檔打分，五次諧波的誤差要控制在0.02％以內(nèi)，即對(duì)帶寬250Hz 以內(nèi)信號(hào)所用濾波器級(jí)聯(lián)之后的衰減要控制在-8.7*10^(-4)dB以內(nèi)，國(guó)網(wǎng)對(duì)50Hz基波的頻率拉偏測(cè)試也有要求，要求50Hz±2％范圍內(nèi)的信號(hào)誤差最好控制在0.02％以內(nèi)，所以，本實(shí)施例的低通濾波器首先滿足系統(tǒng)要求的諧波計(jì)量和基波頻率拉偏的性能，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，這里不再贅述。

本實(shí)施例的低通濾波器包括第一低通濾波器21和第二低通濾波器22。

第一低通濾波器21：通帶截止頻率是CIC濾波器主瓣的一半，輸出信號(hào)的有效帶寬是輸入信號(hào)的1/2；第二低通濾波器22：通帶截止頻率是第一低通濾波器的一半，輸出信號(hào)的有效帶寬是輸入信號(hào)的1/4。

其中，第二低通濾波器22有兩種典型方法：一、移位第一低通濾波器21的系數(shù)，與第一低通濾波器21具有相同的采樣率；二、與第一低通濾波器21的系數(shù)相同，采樣率是第一低通濾波器21的二倍。

圖2是本實(shí)施例的舉例濾波器的幅頻特性，圖示的SINC即為CIC濾波器，其抽取倍數(shù)OSR＝64，延時(shí)m＝1，階數(shù)n＝4，輸入采樣率為895KHz；SINC-LPF1是SINC濾波之后級(jí)聯(lián)的第一低通濾波器LPF1，第一低通濾波器LPF1的通帶截止頻率是SINC主瓣的1/2；SINC-LPF2是SINC濾波之后級(jí)聯(lián)的第二低通濾波器LPF2，第二低通濾波器LPF2的通帶截止頻率是LPF1的1/2，是SINC主瓣的1/4。

圖3(a～c)是本實(shí)施例的舉例的二階Sigma-delta調(diào)制器輸出的PDM的功率譜(PSD)示意圖，圖3(a～c)的PDM分別輸入到CIC濾波器、第一低通濾波器21和第二低通濾波器22后，輸出的電流或者電壓的PSD如圖4(a～c)所示。由此可看出，三個(gè)濾波器通帶內(nèi)的信號(hào)頻譜基本重合，高頻段第二低通濾波器LPF2濾噪性能好于第一低通濾波器LPF1，而第一低通濾波器LPF1濾噪性能好于僅僅只有SINC(即CIC濾波器)。

此外，可以理解，本實(shí)施例的第一低通濾波器和第二低通濾波器的設(shè)計(jì)參數(shù)只是一個(gè)例子，實(shí)際應(yīng)用中可以是其他參數(shù)。另外，本實(shí)施例中給出了第一低通濾波器和第二低通濾波器兩個(gè)濾波器，本發(fā)明并不局限于僅僅包括這兩個(gè)濾波器，可以只有一個(gè)低通濾波器或者還有第三、第四等低通濾波器。

該輸出模塊3用于輸出傳輸來(lái)的輸入信號(hào)。具體地，若選擇的低通濾波器是第一低通濾波器21，則選擇第一低通濾波器21的輸出作為輸出，即第一低通濾波器21輸出經(jīng)濾波的輸入信號(hào)傳輸至該輸出模塊3；同樣，若選擇的低通濾波器是第二低通濾波器22，則選擇第二低通濾波器22的輸出作為輸出，即第二低通濾波器22輸出經(jīng)濾波的輸入信號(hào)傳輸至該輸出模塊3；若選擇沒(méi)有經(jīng)過(guò)低通濾波器，則由通路選擇模塊1直接輸出輸入信號(hào)至該輸出模塊3。

如圖5所示，本實(shí)施例還提供一種用于電能表的降低噪底方法，其利用上述的降低噪底裝置實(shí)現(xiàn)，該降低噪底方法包括以下步驟：

步驟101、該通路選擇模塊根據(jù)輸入信號(hào)的帶寬或輸入信號(hào)電流有效值閾值判斷選擇是否通過(guò)低通濾波器，并在選擇不通過(guò)低通濾波器時(shí)，直接將該輸入信號(hào)傳輸至該輸出模塊，在選擇通過(guò)低通濾波器時(shí)，選擇該輸入信號(hào)通過(guò)的低通濾波器，并將該輸入信號(hào)傳輸至選擇出的低通濾波器。

步驟102、該選擇出的低通濾波器對(duì)該輸入信號(hào)進(jìn)行濾波，并將經(jīng)濾波后的輸入信號(hào)傳輸至該輸出模塊。

步驟103、該輸出模塊用于輸出傳輸來(lái)的輸入信號(hào)。

綜上，本發(fā)明提供的用于電能表的降低噪底裝置及方法，根據(jù)輸入信號(hào)選擇是否通過(guò)低通濾波器，并在選擇通過(guò)低通濾波器時(shí)，選擇該輸入信號(hào)通過(guò)的具體的低通濾波器，然后輸入信號(hào)輸入到選擇出的低通濾波器進(jìn)行濾波操作，這可有效地濾除輸入信號(hào)中更多的帶外噪聲，降低電流或電壓的底部噪聲，從而降低電流和電壓有效值的底碼，改善有效值和能量脈沖的跳動(dòng)，尤其是電流小信號(hào)輸入時(shí)，改善效果更加明顯。

雖然以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說(shuō)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍是由所附權(quán)利要求書(shū)限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)的前提下，可以對(duì)這些實(shí)施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。