CN113804962B - 计量芯片以及测量*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种计量芯片以及测量***，该计量芯片包括：计算模块，用于根据电流检测机构的检测结果计算待测设备的目标电流；校准模块，用于对电流检测机构进行校准；地址位引脚，用于根据外接的配置电阻生成相应的芯片地址。本发明的计量芯片既能够通过计算模块计算待测设备的目标电流，又能够通过校准模块实现与计量芯片相连的外部电流检测机构的自动校准，从而消除了电流检测机构中存在的误差，提高了检测精度；此外，当多个计量芯片同时集成到MCU的同一个接口时，通过地址位引脚的设置，可以自动识别每个计量芯片的芯片地址，便于MCU获取每个计量芯片的计量结果。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种计量芯片以及测量***。
背景技术
目前，通常采用采样电阻测量法以及闭环霍尔测量法来测量直流电能。然而，采样电阻测量法虽然结构简单、极易实现，但是直流电的电流方向不变化，采样电阻会吸附周围空气中的带电离子或者吸附物，电流采样存在误差，测量精度低。
闭环霍尔测量法是通过补偿式传感器替代采样电阻进行电流采样，虽然可以避免通过采样电阻测量法而造成的精度误差漂移带来的计量失准问题但现有闭环霍尔测量法中配套的计量芯片的功能单一、且当多个计量芯片连接至MCU的同一接口时无法对各计量芯片进行识别。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中计量芯片功能单一、且多个计量芯片连接至MCU的同一接口时无法对各计量芯片进行识别的缺陷，提供一种计量芯片以及测量***。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
第一方面，本发明提供一种计量芯片，包括：
计算模块，用于根据电流检测机构的检测结果计算待测设备的目标电流；
校准模块，用于对所述电流检测机构进行校准；
地址位引脚，用于根据外接的配置电阻生成相应的芯片地址。
较佳地，所述校准模块包括：电流输出电路、使能控制电路和逻辑电路；
所述使能控制电路用于使能所述电流输出电路向所述电流检测机构输出校准电流；
所述逻辑电路用于接收所述电流检测机构响应于所述校准电流的反馈信号，并基于所述校准电流和反馈信号，对所述电流检测机构进行校准。
较佳地，所述电流检测机构包括磁芯、霍尔元件、副边补偿线圈、副边驱动模块、以及穿过所述磁芯的校准导线；
所述电流输出电路用于向所述校准导线输出所述校准电流；
所述副边驱动模块用于根据所述校准电流值输出校准副边补偿电流，并将所述校准副边补偿电流输入至逻辑电路；
所述逻辑电路用于获取所述副边驱动模块在所述校准导线的电流为所述校准电流时所输出的反馈信号，并基于所述反馈信号生成控制指令并发送至所述使能控制电路，以使所述使能控制电路根据所述控制指令控制所述电流输出电路向所述副边补偿线圈的输入端输出相应的电流。
较佳地，所述校准模块还包括：基准电路，用于生成所述校准电流并传递给所述电流输出电路。
较佳地，所述计量芯片还包括：
模数转换模块，用于在所述计算模块根据所述电流检测机构的检测结果计算所述目标电流之前，对所述检测结果进行模数转换。
较佳地，所述计算模块还用于根据所述目标电流以及所述待测设备的目标电压计算所述待测设备的性能参数。
较佳地，所述计量芯片还包括用于提供电源的电源电路。
较佳地，所述计量芯片还包括用于与外部控制器通信连接的通信接口。
较佳地，所述计量芯片还包括与所述通信接口连接的时钟电路。
第二方面，本发明提供一种测量***，包括第一方面所述的计量芯片和电流检测机构。
本发明的积极进步效果在于：提供一种计量芯片以及测量***，计量芯片既能够通过计算模块计算待测设备的目标电流，又能够通过校准模块实现与计量芯片相连的外部电流检测机构的自动校准，从而消除了电流检测机构中存在的误差，提高了检测精度；此外，当多个计量芯片同时集成到MCU的同一个接口时，通过地址位引脚的设置，可以自动识别每个计量芯片的芯片地址，便于MCU获取每个计量芯片的计量结果。
附图说明
图1为本发明实施例1的计量芯片的结构示意图。
图2为本发明实施例2的计量芯片的结构示意图。
图3为本发明实施例2中与计量芯片连接的电流检测机构的结构示意图。
图4为本发明实施例2的测量***的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例提供一种计量芯片，如图1所示，该计量芯片100包括：计算模块1、校准模块2以及地址位引脚3。
其中，计算模块1，用于根据电流检测机构200的检测结果计算待测设备的目标电流；
校准模块2，用于对电流检测机构进行校准；
地址位引脚3，用于根据外接的配置电阻生成相应的芯片地址。
本实施例中，通过在计量芯片100的内部设置地址位引脚3，可以通过外部接入配置电阻或者悬空，使得每个计量芯片100具备不同的芯片地址。例如，当某个地址位引脚接入配置电阻，该引脚对应的值1，反之，则对应0。以计量芯片100上设置三个地址位引脚3为例，通过在各引脚接入或不接配置电阻，可以得到该芯片的芯片地址为000、001、010…111八个不同地址中的一个。
通过多个计量芯片100可以实现多通路的待测设备的接入，例如，在多路直流充电汽车充电桩的场景下，通过两个或多个计量芯片100，可以实现两辆或者更多车辆同时接入以实现对各车辆的性能参数的计量。当多个计量芯片100同时集成到MCU的同一个接口时，根据各芯片的地址位引脚是否接入配置电阻的情况，可以自动识别每个计量芯片的芯片地址，方便采集和管理。
本实施例既能够通过计算模块计算待测设备的目标电流，又能够通过校准模块实现与计量芯片相连的外部电流检测机构的自动校准，从而消除了电流检测机构中存在的误差，提高了检测精度；此外，当多个计量芯片同时集成到MCU的同一个接口时，通过地址位引脚的设置，可以自动识别每个计量芯片的芯片地址，便于MCU获取每个计量芯片的计量结果。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例提供一种计量芯片，如图2所示，较之于实施例1进行了改进，具体地，该校准模块2包括：电流输出电路21、使能控制电路22和逻辑电路23。
使能控制电路22用于使能电流输出电路21向电流检测机构200输出校准电流。
逻辑电路23用于接收电流检测机构响应于校准电流的反馈信号，并基于校准电流和反馈信号，对电流检测机构200进行校准。
具体的，在计量前通过电流输出电流21输出一个标准值的电流(例如10mA)，若经过电流检测机构200后，返回至计量芯片100的电流仍然为该标准值的电流(例如10mA)，则整个电流检测机构200为准确的。若返回至计量芯片100的电流经过逻辑电路23分析判读不为标准值的电流，则进行修正。
其中，如图3所示，电流检测机构200例中可以包括磁芯201、霍尔元件202、副边补偿线圈203、副边驱动模块204、以及穿过磁芯201设置的校准导线。其中，副边补偿线圈缠绕在磁芯上，副边驱动模块用于根据霍尔元件输出的霍尔电流生成目标副边补偿电流，并将目标副边补偿电流输入至副边补偿线圈的；磁芯上设有开口槽，霍尔元件放置在开口槽内；副边驱动模块的输入端与霍尔元件电连接，副边驱动模块的输出端与副边补偿线国的输入端电连接；目标副边补偿电流用于保持霍尔元件处于零磁通的工作状态。由于霍尔的闭环传感器在使用一段时间后，校准好的零点会发生偏移，这种现象我们称之为充磁，一旦形成充磁，不经消磁处理，计量误差将一直存在。
为了进行消磁从而实现校准，本实施例的电流输出电路21具体用于向校准导线输出校准电流。逻辑电路23具体用于获取副边驱动模块在校准导线的电流为校准电流时所输出的反馈信号，并基于反馈信号生成控制指令并发送至使能控制电路，以使使能控制电路根据控制指令控制电流输出电路向副边补偿线圈的输入端输出相应的设定电流，直至校准电流和对应的反馈信号匹配。
其中，本实施例判断校准电流和对应的反馈信号是否匹配的过程如下：假设校准导线通入校准电流时副边驱动模块输出相应的校准副边补偿电流以作为反馈信号，则逻辑电路根据该校准副边补偿电流获取到校准导线对应的电流，并将该对应的电流与该校准电流进行比对，若两者之间的差值小于预定阈值，则认为校准电流和对应的反馈信号匹配。
具体的，当校准电流和对应的反馈信号不匹配时，计量芯片100可以通过电流输出电路21进行正向或者反向电流输出，以向电流检测机构200的副边补偿线圈203中输出不同方向或者大小的电流，从而促使线圈产生特定大小的反向或者正向的磁场以抵消充磁磁场，当校准电流和对应的反馈信号匹配时，表示计量芯片100控制副边补偿线圈203中产生的磁场抵消掉了充磁磁场，从而使得误差被消除。
校准模块2还包括：基准电路24，用于生成校准电流并传递给电流输出电路。
本实施例中，基准电路24与电流输出电路21电连接，计量芯片100内部设定一个标准，以确保计量芯片100本身具有一定的准确性，由芯片制造企业出厂前校准。具体的，基准电路24内部提供了标准的电压源，产生固定1.25V的电压信号，电流计量时可以将该±1.25V当作参考电压使用。
计量芯片还包括：模数转换模块4，用于在计算模块1根据电流检测机构200的检测结果计算目标电流之前，对检测结果进行模数转换。
本实施例中，当待测设备的电压以及电流通过模数转换模块4进入计量芯片100后，电压电流的模拟量会自动的转化为数字量。模数转换模块4利用多种被固化好的数字算法程序，例如，乘法运算、平均误差算法、积分算法等。
计算模块1还用于根据目标电流以及待测设备的目标电压计算待测设备的性能参数。
具体的，性能参数包括但不限于功率、电能。
计量芯片100还包括用于提供电源的电源电路5。
本实施例中，电源电路5与计量芯片100中的其他模块电连接，用于向计算模块1、校准模块2、地址位引脚3以及模数转换模块4等提供稳定的供电电压。
计量芯片100还包括用于与外部控制器通信连接的通信接口6。
本实施例中，该通信接口6可以包括但不限于连接MCU的SPI(Serial PeripheralInterface，串行外设接口)以及UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器)等，该通信接口6用以供计量芯片100和MCU通信，实现命令交互或者数据传输。
计量芯片还包括与通信接口连接的时钟电路7。
本实施例中，时钟电路7可以包括但不限于内部振荡电路以及晶体或者外部时钟源，当计量芯片100与MCU微控制器进行通信交互时，提供稳定的时钟信号。具体的，计量芯片100可以依靠自身产生一定频率的振荡频率。通过对该频率的分频和倍频处理，该振荡信号可以当作通信的时钟源使用。通过频率自适应规则，计量芯片100使用SPI接口或者UART接口实现与MCU之间的数据交互。而当用户需要非常准确的振荡频率时，可以通过外部晶体或者外部时钟源对内部振荡电路进行校准。
实施例3
本实施例，还提供一种测量***，如图4所示，包括实施例1-2中的计量芯片100和电流检测机构200。
本实施例中，一个计量芯片100与一个电流检测机构200相连接，当电流输出电路21生成校准电流并输入至电流检测机构200，计量芯片100接收到该电流检测机构200的反馈信号，根据该反馈信号对该电流检测机构200进行校准。
本实施例提供一种测量***，通过计量芯片中的基准电路、电压输出电路实现对电流检测机构的自动校准，自动完成了消磁，消除了电流检测机构中存在的误差，提高了测量精度。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种计量芯片，其特征在于，包括：
计算模块，用于根据电流检测机构的检测结果计算待测设备的目标电流；
校准模块，用于对所述电流检测机构进行校准；
地址位引脚，用于根据外接的配置电阻生成相应的芯片地址；
所述校准模块包括：电流输出电路、使能控制电路和逻辑电路；
所述使能控制电路用于使能所述电流输出电路向所述电流检测机构输出校准电流；
所述逻辑电路用于接收所述电流检测机构响应于所述校准电流的反馈信号，并基于所述校准电流和所述反馈信号，对所述电流检测机构进行校准；
所述电流检测机构包括磁芯、霍尔元件、副边补偿线圈、副边驱动模块、以及穿过所述磁芯设置的校准导线；
所述电流输出电路用于向所述校准导线输出所述校准电流；
所述逻辑电路用于获取所述副边驱动模块在所述校准导线的电流为所述校准电流时所输出的反馈信号，并基于所述反馈信号生成控制指令并发送至所述使能控制电路，以使所述使能控制电路根据所述控制指令控制所述电流输出电路向所述副边补偿线圈的输入端输出相应的电流。
2.如权利要求1所述的计量芯片，其特征在于，所述校准模块还包括：基准电路，用于生成所述校准电流并传递给所述电流输出电路。
3.如权利要求1所述的计量芯片，其特征在于，所述计量芯片还包括：
模数转换模块，用于在所述计算模块根据所述电流检测机构的检测结果计算所述目标电流之前，对所述检测结果进行模数转换。
4.如权利要求1所述的计量芯片，其特征在于，所述计算模块还用于根据所述目标电流以及所述待测设备的目标电压计算所述待测设备的性能参数。
5.如权利要求1所述的计量芯片，其特征在于，所述计量芯片还包括用于提供电源的电源电路。
6.如权利要求1所述的计量芯片，其特征在于，所述计量芯片还包括用于与外部控制器通信连接的通信接口。
7.如权利要求6所述的计量芯片，其特征在于，所述计量芯片还包括与所述通信接口连接的时钟电路。
8.一种测量***，其特征在于，包括前述权利要求1-7中任一项所述的计量芯片和电流检测机构。
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