一個完美的電表數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)(新)

1、 一個完美的電表數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)（新）作者:陳其龍（香港商鼎盛國際有限公司總經(jīng)理）電表作為一個計(jì)量用電量的儀器,電表的精度不但與檢測芯片的精度有關(guān),更重要與其存儲方式有很大的關(guān)系,如果檢測到的電量數(shù)據(jù)不能寫入存儲器或者寫入存儲器過程出錯電表的精度就大大降低.電表數(shù)據(jù)的存儲方式有3種選擇:1）用EEPROM存儲數(shù)據(jù)；2）用NVRAM存儲數(shù)據(jù);3）用FRAM存儲數(shù)據(jù)；下面主要描述各方案的優(yōu)劣TOC o 1-5 h zEEPRO存儲器存儲電表數(shù)據(jù)的優(yōu)劣分析2頁NVRA存儲器存儲電表數(shù)據(jù)的優(yōu)劣分析3頁FRA存儲器存儲電表數(shù)據(jù)的優(yōu)劣分析4頁FM31X系列產(chǎn)品在電表的應(yīng)用的優(yōu)勢5頁 用EEPROW儲存儲數(shù)據(jù)的

2、優(yōu)劣分析在以前在設(shè)計(jì)電表電量的存儲方案過程中，工程師在怎樣把數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤的寫入存儲器絞盡腦汁,主要的原因是:以前的EEPRO的輸入頻率低,有10MS寫等待周期，擦寫次數(shù)少，為了解決上面的存儲器的問題，工程師必須增加很多外部電路或選擇功能強(qiáng)的主芯片（見圖一）原理框圖工作原理由于EEPROM勺擦寫次數(shù)為100萬次,而一般的電表1度電定為3200個脈沖,所以不能來一個脈沖就寫入EEPROM只能將脈沖暫存MC!的SRA中,等脈沖計(jì)錄到一定的值（比如1度）或者到了一定的時間（比如1小時）再把數(shù)據(jù)寫入EEPROM正是由于電數(shù)據(jù)不能實(shí)時寫入EEPROM同時也因?yàn)橹袊娋W(wǎng)極其不穩(wěn)定，經(jīng)常性的停電，這就引起一個

3、問題，在停電時，MCU內(nèi)存儲的電量（存儲器內(nèi)計(jì)量有0-2300個脈沖，平均電量為0.5度）怎么辦?,如果系統(tǒng)不管掉電情況，那么電表的精度很低（以10萬家用戶計(jì)算，每停一次電，供電局將有5萬度電因存儲器的原因而丟掉）,這供電局當(dāng)然不能接受，為了解決這問題，在電路上必需增加掉電檢測電路（或MC必須有低電壓檢測功能）,在檢測到掉電后，把MC中存儲不到1度電的數(shù)據(jù)寫入EEPROM由于EEPRC寫入數(shù)據(jù)時,有10MST等待周期，這也引起了一個問題，在停電后，必需有足夠長的電壓維持EEPROMf的時間設(shè)計(jì)者的一般思路是利用濾波電路的大電容，由于電容內(nèi)部是電解液，隨著時間的推移，電容的容量將變小，因此為了使

4、電表能使用15年，必須把增大濾波的電容的容量和提前檢測到掉電在給EEPRC入數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)先是寫入EEPROMS沖區(qū)，當(dāng)數(shù)據(jù)寫入緩沖區(qū)后,EEPRO自動把數(shù)據(jù)寫入EEPROM具體地址，其過程需要10MS,由于EEPROI內(nèi)部寫入時間長，所以容易受到干擾，EEPRO一旦受到干擾，寫入的數(shù)據(jù)容易出錯，此時出錯,MCl沒有辦法知道，為了解決這一問題，設(shè)計(jì)者必須把同一個數(shù)據(jù)寫入三個不同的地址,然后再把數(shù)據(jù)讀出來校正用NVRAM存儲數(shù)據(jù):為了解決EEPRO的擦寫次數(shù)不足，同時也為了提供電表掉電不丟數(shù)據(jù)（脈沖）,部分半導(dǎo)體廠商在設(shè)計(jì)時間（RTC）的同時，特意增加了幾個或者十幾個字節(jié)的SRAM以便記錄電表的脈

5、沖.主要代表有DS1302QS12887愛普生的8050等原理框圖工作原理由于現(xiàn)在的RT（芯片中特意設(shè)計(jì)了少量的SRAM這樣一來，計(jì)量器來的數(shù)據(jù)可以一個不少的存儲到NVRA中,在掉電后，通過時間的電池來維持SRA中的數(shù)據(jù)，等下次上電了或，計(jì)量到一定的時間或電量，在把數(shù)據(jù)存儲到EEPROM,這樣初次一看，好象可以解決問題，但是仍然存在下面幾個隱患；1）NVRAM其實(shí)就是SRAM電池,SRAM勺特點(diǎn):速度快，壽命無限，但SRA存儲的數(shù)據(jù)不可靠（存在電磁干擾問題）；這就有可能導(dǎo)致電表數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確2）成本高，目前SRAM+RTC芯片價格高3）仍然有用EEPROM同樣存在擦寫次數(shù)不夠和抗干擾能力不足的危險

6、4）如果電池不足，還是會掉數(shù)據(jù)（可靠性還是不好）.FRA啲存儲方案用鐵電存儲器（FRAM）可以解決上面存儲器所面臨的問題,首先看一看鐵電存儲器的特點(diǎn):1）非易失性,（掉電后數(shù)據(jù)能保存45年，所有產(chǎn)品都是工業(yè)級,溫度從負(fù)40攝氏度到正85攝氏度）2）擦寫次數(shù)多，5V供電的FRA啲擦寫次數(shù)10000億次，低電壓的FRA的擦寫次數(shù)為1億億次（無限次）3）速度快，串口總線的FRA的CLK的頻率高達(dá)20M,并且沒有10MS勺寫的等待周期；并口的訪問速度70NS4）功耗低，靜態(tài)電流小于10U代讀寫電流小于150U代5）讀寫無限次，在FRA讀寫次數(shù)超過100億次,5V供電的FRAN后FRAME能工作，只是數(shù)

7、據(jù)不能保存原理框圖工作原理FRAM是靠材料特性來保存數(shù)據(jù)，這種材料并非磁性材料，所以從原理上磁場對數(shù)據(jù)是沒有影響，在實(shí)際中，電場對數(shù)據(jù)也沒有影響，所以他可抗干擾性能及其強(qiáng)，適合在非常復(fù)雜的環(huán)境中記錄一些重要的數(shù)據(jù),由于他的擦寫次數(shù)多，所以可以記錄沒一個數(shù)據(jù)脈沖.FM31XX在電表應(yīng)用由于使用EEPROM的存儲電表數(shù)據(jù)不可靠，使用NVRAM+EEPROM也存在不可靠的因素同時價格貴，在使用FRAM存儲電表數(shù)據(jù)的方案中，又因每個廠商的MCU資源和存儲器的容量不一，導(dǎo)致只有在高等電表中使FRAM,些低端電表”望FRAM興嘆”，Ramtron艮據(jù)中國市場的特點(diǎn)推出FM31XX系列產(chǎn)品為低端電表的可靠性

8、帶來一些希望，下面先了解FM31XX的主要功能:FM31XX的主要功能1）內(nèi)有4Kbit-256Kbit不同容量的FRAM2）RTC（精度高達(dá)2.17PPM）3）低電壓復(fù)位（可以四級編程）4）可設(shè)置的獨(dú)立WDT5）提供2.5V的比較器，用于檢測電網(wǎng)6）提供2個16位的計(jì)數(shù)器，用于防竊電7）8*8的可鎖定的存儲器，用于產(chǎn)品管理原理框圖FM31XX與其他存儲方案的比較由于FM31XX的產(chǎn)品多功能的特點(diǎn)，可以簡化電路，而且可以選擇功能比較弱的MCU來設(shè)計(jì)電表這樣一來，電表的成本往下降，功能和可靠性提高，所以FM31XX是電表上最好的器件.Ramtron的簡介Ramtron公司成立于1984年.總部設(shè)在美國科羅拉多州的ColoradoSprings市.公司于1992年在美國納斯達(dá)克上市Ramtron是當(dāng)今領(lǐng)先的鐵電存貯器技術(shù)和產(chǎn)品供應(yīng)商世界上決大部分重要的半導(dǎo)體存貯器制造商都向Ramtron申請授權(quán)專利來做鐵電存貯器的研究.他們包括日本的Toshiba,Hitachi,