專利名稱：一種電能計量芯片中的數(shù)頻轉(zhuǎn)換電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)頻轉(zhuǎn)換技術(shù)，具體涉及一種電能計量芯片中的數(shù)頻轉(zhuǎn)換電路。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電子式電能表因其具有多功能、智能化的優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。電能計量芯片是電子式電能表的核心部件，擔(dān)負(fù)著電能計量的任務(wù)，該芯片的精度直接影響到電能表的計量精度。
如圖1所示，為電能計量芯片的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、抽取濾波單元、乘法器和數(shù)頻轉(zhuǎn)換單元。電流模擬信號和電壓模擬信號經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換單元后轉(zhuǎn)換為1比特的數(shù)字信號；經(jīng)抽取濾波單元后變?yōu)槎鄠€比特的并行數(shù)字信號；電壓路和電流路的并行數(shù)字信號在乘法器中進(jìn)行運(yùn)算后，得出有功功率；有功功率輸入數(shù)頻轉(zhuǎn)換單元后，以一定頻率的脈沖形式輸出，即能量脈沖；輸出的能量脈沖送到芯片外的計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)電能的計量。
數(shù)頻轉(zhuǎn)換單元從有功功率到能量脈沖的實(shí)現(xiàn)過程為接收乘法器輸入的有功功率，對有功功率的數(shù)值進(jìn)行累加，即能量累加，當(dāng)累加到門限值，發(fā)生能量溢出，輸出能量脈沖。每塊電子式電能表都有一定的脈沖常數(shù)，表示了每個脈沖代表的能量大小。例如，脈沖常數(shù)為3600，則表示每個脈沖代表的能量為1/3600千瓦小時。能量脈沖的頻率，表征有功功率的大小，輸入的有功功率越大，能量脈沖的頻率越高，輸入的有功功率越小，能量脈沖的頻率低。
在使用電能計量芯片的過程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的數(shù)頻轉(zhuǎn)換單元沒有很好地解決輸入正負(fù)有功功率造成的正反向溢出問題，從而導(dǎo)致最后由計數(shù)器輸出的電能計量結(jié)果存在不同程度的誤差。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種電能計量芯片中的數(shù)頻轉(zhuǎn)換電路，較好地解決了現(xiàn)有技術(shù)的正反向溢出問題。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明公開了一種電能計量芯片中的數(shù)頻轉(zhuǎn)換電路，該電路包括能量桶、第一加法器和能量脈沖輸出模塊；能量桶，用于存儲從能量脈沖輸出模塊反饋的能量值，將能量值輸出給第一加法器，將能量值的符號位輸出給能量脈沖輸出模塊；第一加法器，用于對輸入的有功功率和由能量桶輸入的能量值求和，將求和得到的第一能量值輸出給能量脈沖輸出模塊；能量脈沖輸出模塊，設(shè)置有一門限值，根據(jù)接收到的由能量桶輸入的能量值的符號位和由第一加法器輸入的第一能量值，將門限值和由第一加法器輸入的第一能量值進(jìn)行比較當(dāng)?shù)谝荒芰恐荡笥陂T限值時，輸出正向溢出的能量脈沖，并將第三能量值反饋給能量桶，第三能量值為第一能量值與門限的差；當(dāng)?shù)谝荒芰恐敌∮陂T限的負(fù)值時，輸出負(fù)向溢出的能量脈沖，并將第二能量值反饋給能量桶，第二能量值為第一能量值與門限值的和；當(dāng)?shù)谝荒芰恐档慕^對值小于門限值時，不輸出能量脈沖，將第一能量值反饋給能量桶。
所述能量脈沖輸出模塊包括第二加法器、第三加法器、門限、溢出判斷單元和三選一開關(guān)；第二加法器，用于將第一加法器輸入的第一能量值與由門限輸入的門限值相加，將相加得到的第二能量值輸出給三選一開關(guān)，并將第二能量值的符號位輸出給溢出判斷單元；第三加法器，用于將第一加法器輸入的第一能量值與由門限輸入的門限值相減，將相減得到的第三能量值輸出給三選一開關(guān)，并將第三能量值的符號位輸出給溢出判斷單元；門限，用于設(shè)置門限值，分別輸出給第二加法器和第三加法器；溢出判斷單元，根據(jù)由能量桶輸入的能量值符號位、第二能量值符號位和第三能量值符號位，聯(lián)合判斷是否輸出能量脈沖若能量值符號位、第三能量值符號位都為0，則輸出正向溢出的能量脈沖；若能量值符號位、第二能量值符號位都為1，則輸出負(fù)向溢出的能量脈沖；否則，不輸出能量脈沖；并向三選一開關(guān)輸出溢出判斷結(jié)果；三選一開關(guān)，接收第一加法器、第二加法器和第三加法器輸入的第一能量值、第二能量值和第三能量值，根據(jù)溢出判斷單元輸出的溢出判斷結(jié)果，從第一能量值、第二能量值和第三能量值中選擇輸出給能量桶的能量值。
所述三選一開關(guān)在溢出判斷單元的輸出為正向溢出的能量脈沖時，將第三能量值輸出給能量桶；在溢出判斷單元的輸出為負(fù)向溢出的能量脈沖時，將第二能量值輸出給能量桶；在溢出判斷單元不輸出能量脈沖時，將第一能量值輸出給能量桶。
所述溢出判斷單元包括第一或門、與門、非門、第二或門；第一或門，對能量值的符號位和第三能量值的符號位進(jìn)行或運(yùn)算，輸出給非門；非門，對第一或門輸入的或運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行非運(yùn)算，一路輸出正向溢出的能量脈沖，一路輸出給第二或門；與門，對能量值的符號位和第二能量值的符號位進(jìn)行與運(yùn)算，一路輸出負(fù)向溢出的能量脈沖，一路輸出給第二或門；第二或門，對非門和與門的輸入進(jìn)行或運(yùn)算，輸出為未溢出。
所述門限的門限值為正數(shù)。
所述的第一或門和非門可以合并為一個或非門。
所述能量桶存儲的能量值與所述輸入第一加法器的有功功率，在系統(tǒng)同步脈沖控制下同時更新。
由本發(fā)明的技術(shù)方案可見，本發(fā)明提供的一種將有功功率轉(zhuǎn)換成一定頻率能量脈沖的數(shù)頻轉(zhuǎn)換電路，具有以下優(yōu)點(diǎn)通過能量值符號位、第二能量值符號位、第三能量值符號位的聯(lián)合判斷，一方面準(zhǔn)確輸出能量脈沖，另一方面在發(fā)生不同溢出的情況下，從第一能量值、第二能量值、第三能量值中選擇反饋的剩余能量，用于后續(xù)累加，較好解決有功功率的正反向溢出問題，保證了后續(xù)計算的精度；電路結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。


圖1為電能計量芯片的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明電能計量芯片中的數(shù)頻轉(zhuǎn)換電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2中溢出判斷單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本發(fā)明的基本思想是利用輸入的有功功率，能量桶存儲的能量值，預(yù)先設(shè)定發(fā)生能量溢出的門限值之間的組合，同時進(jìn)行能量脈沖輸出和正負(fù)溢出判斷；輸出能量脈沖后，剩余能量存儲在能量桶中用于與下一次輸入的有功功率進(jìn)行累加。
下面對本發(fā)明的電能計量芯片中的數(shù)頻轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行詳細(xì)描述。
參見圖2，為本發(fā)明電能計量芯片中的數(shù)頻轉(zhuǎn)換電路的結(jié)構(gòu)示意圖，包括能量脈沖輸出模塊200、能量桶201和第一加法器202。
能量桶201，用于存儲從能量脈沖輸出模塊200反饋的能量值E，將能量值E輸出給加法器202，并將能量值E的符號位輸出給能量脈沖輸出模塊200。
第一加法器202，用于對輸入的有功功率P和由能量桶201輸入的能量值E求和，得到第一能量值E1，E1＝P+E；第一能量值E1的符號位輸出給溢出判斷單元206，將第一能量值E1輸出給能量脈沖輸出模塊200。
能量脈沖輸出模塊200，設(shè)置有一門限值G，根據(jù)接收到的由能量桶201輸入的能量值E的符號位和由加法器202輸入的第一能量值E1，將門限值G和由加法器202輸入的第一能量值E1進(jìn)行比較當(dāng)E1＞G時，為正向溢出，輸出正向溢出的能量脈沖，并反饋E1-G值到能量桶201；當(dāng)E1＜-G時，為負(fù)向溢出，輸出負(fù)向溢出的能量脈沖，并反饋E1+G值到能量桶201；當(dāng)-G＜E1＜G時，沒有溢出，不輸出能量脈沖，反饋E1值到能量桶201。
本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)?shù)弥?，所述能量脈沖輸出模塊200可以有多種具體實(shí)施的方式。
作為本發(fā)明的一種具體實(shí)施例，如圖2所示，所述能量脈沖輸出模塊200包括第二加法器203、第三加法器204、門限205、溢出判斷單元206和三選一開關(guān)207。第二加法器203，用于將第一加法器202輸入的第一能量值E1與由門限205輸入的門限值G相加，得到第二能量值E2，E2＝E1+G；將第二能量值E2的符號位輸出給溢出判斷單元206，并將第二能量值E2輸出給三選一開關(guān)207。
第三加法器204，用于將第一加法器202輸入的第一能量值E1與由門限205輸入的門限值G相減，得到第三能量值E3，E3＝E1-G；將第三能量值E3的符號位輸出給溢出判斷單元206，并將第三能量值E3輸出給三選一開關(guān)207。
門限205，用于設(shè)置門限值G，分別輸出給第二加法器203和第三加法器204，門限值G為正數(shù)。
溢出判斷單元206，根據(jù)能量值E的符號位、第二能量值E2的符號位和第三能量值E3的符號位，聯(lián)合判斷是否輸出能量脈沖若能量值E符號位、第三能量值E3符號位都為0，則輸出正向溢出的能量脈沖；若能量值E符號位、第二能量值E2符號位都為1，則輸出負(fù)向溢出的能量脈沖；否則，不輸出能量脈沖；并向三選一開關(guān)207輸出溢出判斷結(jié)果。
三選一開關(guān)207，接收第一加法器202、第二加法器203、第三加法器204輸入的第一能量值E1、第二能量值E2和第三能量值E3，根據(jù)溢出判斷單元206輸出的溢出判斷結(jié)果，從輸入的第一能量值E1、第二能量值E2和第三能量值E3中選擇一個能量值反饋給能量桶201。
如圖2所示，輸入第一加法器202的有功功率P與能量桶20 1的能量值E，在電能計量芯片系統(tǒng)的同步脈沖控制下同時更新。輸入數(shù)頻轉(zhuǎn)換電路的有功功率P和三選一開關(guān)反饋的能量值E的數(shù)值有正有負(fù)，能量桶201存儲的能量值E，在電能計量芯片同步脈沖的控制下，與輸入的有功功率P求和，得到第一能量值E1。
門限205，對于多功能電能表，門限值可以寫入，對于普通的單相電能表，門限值可以固化在芯片的內(nèi)部，門限值G為正數(shù)，遠(yuǎn)大于輸入數(shù)頻轉(zhuǎn)換電路的有功功率P的絕對值。該門限值G用于和第一能量值E1進(jìn)行比較。
由于第一能量值E1的值可正可負(fù)，對其取絕對值。
當(dāng)?shù)谝荒芰恐礒1的絕對值大于門限值G時，此時進(jìn)一步分為兩種情況第一能量值E1的數(shù)值若為正，能量桶201在同步脈沖的控制下，發(fā)生正向溢出，應(yīng)輸出能量脈沖，同時在第三加法器204中將第一能量值E1與門限值G相減，得到溢出后的第三能量值E3，E3＝E1-G作為溢出后的剩余能量，也就是反饋給能量桶201存儲的能量值，用于下一個同步脈沖到來時和輸入有功功率的累加。
第一能量值E1的數(shù)值若為負(fù)，能量桶201在同步脈沖的控制下，發(fā)生負(fù)向溢出，也應(yīng)輸出能量脈沖，同時在第二加法器203中將第一能量值E1與門限值G相加，得到溢出后的第二能量值E2，E2＝E1+G作為溢出后的剩余能量，也就是反饋給能量桶201存儲的能量值，用于下一個同步脈沖到來時和輸入有功功率的累加。
當(dāng)?shù)谝荒芰恐礒1的絕對值小于門限值G時，即能量桶201在同步脈沖的控制下，沒有發(fā)生溢出，不應(yīng)輸出能量脈沖，此時經(jīng)第一加法器202得到的第一能量值E1，E1＝P+E作為沒有溢出反饋給能量桶201存儲的能量值，用于下一個同步脈沖到來時和輸入有功功率的累加。
得到的第一能量值E1，第二能量值E2，第三能量值E3分別輸入三選一開關(guān)，三選一開關(guān)的輸出選擇決定于反饋給能量桶201的能量值E的符號位分別和第二能量值E2的符號位和第三能量值E3的符號位的聯(lián)合判斷。
如上所述發(fā)生正向溢出時，意味著第一能量值E1為正，而門限值G為正數(shù)，此時反饋第二能量值E3＝E1-G，E3為正；發(fā)生負(fù)向溢出時，意味著第一能量值E1為負(fù)，此時反饋第三能量值E2＝E1+G，E2為負(fù)。也就是說，可以以第二能量值E2的符號位和第三能量值E3的符號位與第一能量值E1的符號位的相同與不相同，來向三選一開關(guān)207輸出選擇反饋能量桶201能量值的溢出判斷結(jié)果。
門限205設(shè)定的門限值G遠(yuǎn)大于輸入的有功功率P的絕對值，能量桶201存儲的能量值E經(jīng)過與多次輸入有用功率P的累加后，發(fā)生溢出，此時，能量桶201存儲的能量值E的絕對值遠(yuǎn)大于輸入的有功功率P的絕對值，則經(jīng)過加法器201后，輸出的第一能量值E1的符號與能量桶201的能量值E的符號位相同。那么，就可以以第二能量值E2的符號位和第三能量值E3的符號位與能量桶201輸出的能量值E的符號位來確定選擇反饋能量桶201的能量值。
在溢出判斷單元206中，能量桶201中能量值E的符號位為0，表示正能量，若第三能量值E3的符號位為0，則溢出判斷單元206判斷為正向溢出，輸出正向溢出的能量脈沖，并反饋第二能量值E3給能量桶201。能量桶201中能量值E的符號位為1，表示負(fù)能量，若第二能量值E2的符號位為1，則溢出判斷單元206判斷為負(fù)向溢出，輸出負(fù)向溢出的能量脈沖，并反饋第三能量值E3給能量桶201。否則，判斷為不發(fā)生溢出，溢出判斷單元206不輸出能量脈沖。
參見圖3，圖3為圖2中溢出判斷單元206的結(jié)構(gòu)示意圖，在圖3中，給出的是以第二能量值E2的符號位和第三能量值E3的符號位與能量桶201中存儲能量值E的符號位的相同與不相同，來向三選一開關(guān)207輸入選擇反饋能量桶201能量值的溢出判斷結(jié)果。溢出判斷單元206包括第一或門301、非門302、與門303和第二或門304。第三能量值E3的符號位和能量值E的符號位，經(jīng)過第一或門301和非門302后，輸出判斷值A(chǔ)；能量值E的符號位和第二能量值E2的符號位，經(jīng)過與門303后，輸出判斷值B；判斷值A(chǔ)和判斷值B輸入或門304，得到判斷值C。
表1為能量值E的符號位、第二能量值E2的符號位和第三能量值E3的符號位經(jīng)邏輯運(yùn)算后，輸出的判斷值A(chǔ)、判斷值B和判斷值C可能出現(xiàn)的各種情況。

表一能量值E的符號位、第二能量值E2的符號位和第三能量值E3的符號位只有四種可能出現(xiàn)的輸入情況，相應(yīng)地，判斷值A(chǔ)、判斷值B和判斷值C有四種可能的輸出情況。
由表一可見，只有能量值E的符號位、第三能量值E3的符號位都為0，即E和E3同時為正值，判斷值A(chǔ)才為1。因E和E1的符號位相同，則E1為正值。E3＝E1-G＝P+E-G＞0，即輸入的有功功率P與能量桶201輸出的能量值E相加后，其結(jié)果第一能量值E1為正，絕對值大于門限值G，此時，發(fā)生正向溢出，溢出判斷單元206輸出正向溢出的能量脈沖。同時，三選一開關(guān)207將溢出后的剩余能量E3＝E1-G反饋給能量桶201。
只有能量值E的符號位、第二能量值E2的符號位都為1，即E和E2同時為負(fù)值，判斷值B才為1。因E和E 1的符號位相同，則E1為負(fù)值。E2＝E1+G＝P+E+G＜0，即輸入的有功功率P與能量桶201輸出的能量值E相加后，其結(jié)果第一能量值E1為負(fù)，絕對值大于門限值G，此時，發(fā)生負(fù)向溢出，溢出判斷單元206輸出負(fù)向溢出的能量脈沖。此時，三選一開關(guān)107將溢出后的剩余能量E2＝E1+G反饋給能量桶201。
判斷值A(chǔ)為1或判斷值B為1時，判斷值C為1，除這兩種溢出情況外，判斷值C為0。判斷值C為0，即不發(fā)生溢出，溢出判斷單元206不輸出能量脈沖。此時，三選一開關(guān)207將第一能量值E1反饋給能量桶201。
當(dāng)然，溢出判斷單元206可以是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述的溢出判斷功能的其他任何電路，如，圖3中或門301和非門302可用一個或非門替換。
綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電能計量芯片中的數(shù)頻轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，該電路包括能量桶、第一加法器和能量脈沖輸出模塊；能量桶，用于存儲從能量脈沖輸出模塊反饋的能量值，將能量值輸出給第一加法器，將能量值的符號位輸出給能量脈沖輸出模塊；第一加法器，用于對輸入的有功功率和由能量桶輸入的能量值求和，將求和得到的第一能量值輸出給能量脈沖輸出模塊；能量脈沖輸出模塊，設(shè)置有一門限值，根據(jù)接收到的由能量桶輸入的能量值的符號位和由第一加法器輸入的第一能量值，將門限值和第一能量值進(jìn)行比較當(dāng)?shù)谝荒芰恐荡笥陂T限值時，輸出正向溢出的能量脈沖，并將第三能量值反饋給能量桶，第三能量值為第一能量值與門限的差；當(dāng)?shù)谝荒芰恐敌∮陂T限的負(fù)值時，輸出負(fù)向溢出的能量脈沖，并將第二能量值反饋給能量桶，第二能量值為第一能量值與門限值的和；當(dāng)?shù)谝荒芰恐档慕^對值小于門限值時，不輸出能量脈沖，將第一能量值反饋給能量桶。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)頻轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述能量脈沖輸出模塊包括第二加法器、第三加法器、門限、溢出判斷單元和三選一開關(guān)；第二加法器，用于將第一加法器輸入的第一能量值與由門限輸入的門限值相加，將相加得到的第二能量值輸出給三選一開關(guān)，并將第二能量值的符號位輸出給溢出判斷單元；第三加法器，用于將第一加法器輸入的第一能量值與由門限輸入的門限值相減，將相減得到的第三能量值輸出給三選一開關(guān)，并將第三能量值的符號位輸出給溢出判斷單元；門限，用于設(shè)置門限值，分別輸出給第二加法器和第三加法器；溢出判斷單元，根據(jù)由能量桶輸入的能量值符號位、第二能量值符號位和第三能量值符號位，聯(lián)合判斷是否輸出能量脈沖若能量值符號位、第三能量值符號位都為0，則輸出正向溢出的能量脈沖；若能量值符號位、第二能量值符號位都為1，則輸出負(fù)向溢出的能量脈沖；否則，不輸出能量脈沖；并向三選一開關(guān)輸出溢出判斷結(jié)果；三選一開關(guān)，接收第一加法器、第二加法器、第三加法器輸入的第一能量值、第二能量值和第三能量值，根據(jù)溢出判斷單元輸出的溢出判斷結(jié)果，從輸入的第一能量值、第二能量值、第三能量值中選擇輸出給能量桶的能量值。
3.如權(quán)利要求2所述的數(shù)頻轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述三選一開關(guān)在溢出判斷單元的輸出為正向溢出的能量脈沖時，將第三能量值輸出給能量桶；在溢出判斷單元的輸出為負(fù)向溢出的能量脈沖時，將第二能量值輸出給能量桶；在溢出判斷單元不輸出能量脈沖時，將第一能量值輸出給能量桶。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)頻轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述溢出判斷單元包括第一或門、與門、非門、第二或門；第一或門，對能量值的符號位和第三能量值的符號位進(jìn)行或運(yùn)算，輸出給非門；非門，對第一或門輸入的或運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行非運(yùn)算，一路輸出正向溢出的能量脈沖，一路輸出給第二或門；與門，對能量值的符號位和第二能量值的符號位進(jìn)行與運(yùn)算，一路輸出負(fù)向溢出的能量脈沖，一路輸出給第二或門；第二或門，對非門和與門的輸入進(jìn)行或運(yùn)算，輸出為未溢出。
5.如權(quán)利要求2所述的數(shù)頻電路，其特征在于，所述門限的門限值為正數(shù)。
6.如權(quán)利要求4所述的數(shù)頻電路，其特征在于，所述的第一或門和非門合并為一個或非門。
7.如權(quán)利要求1至6所述任一數(shù)頻電路，其特征在于，所述能量桶存儲的能量值與所述輸入第一加法器的有功功率，在系統(tǒng)同步脈沖控制下同時更新。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電能計量芯片中的數(shù)頻轉(zhuǎn)換電路，該電路包括能量桶、第一加法器和能量脈沖輸出模塊。本發(fā)明利用輸入的有功功率，能量桶存儲的能量值，預(yù)先設(shè)定發(fā)生能量溢出的門限值之間的組合，同時進(jìn)行能量脈沖輸出和正負(fù)溢出判斷；輸出能量脈沖后剩余能量存儲在能量桶中用于與下一次輸入的有功功率進(jìn)行累加。本發(fā)明電能計量芯片中的數(shù)頻轉(zhuǎn)換電路，能準(zhǔn)確輸出脈沖，保證后續(xù)計算的精度，并且，電路結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。
文檔編號H03K5/22GK1971291SQ20061016237
公開日2007年5月30日 申請日期2006年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月14日
發(fā)明者范志軍 申請人:北京中星微電子有限公司