智慧型電網建立在整合的、高速雙向通訊網路基礎之上，旨在利用先進感測和測量技術、先進裝置技術、先進控制方法，以及先進決策支援系統技術，實現電網可靠、安全、經濟、高效、環境友好和使用安全的高效執行。本文將談及智慧型電網及智慧型電表市場，並介紹作為應用於綠色電子產品的首要高效能、高能效矽方案**商安森美半導體的智慧型電網及智慧型電表解決方案。
高速發展的智慧型電網及智慧型電表市場在綠色節能意識的推動下，以智慧型電表為核心的智慧型電網成為世界各國競相發展的乙個重點領域。發展智慧型電網也能讓公用事業機構及使用者受益。如智慧型電網可幫助電力機構降低運營支出、減少竊電、優化運營及即時響應使用者需求等。
使用者也有機會享受到更靈活的定價，因網路計量節省成本及幫助實現家庭自動化等。此外，智慧型電網的發展還面臨其它一些有利因素，如管制放鬆加劇競爭、各種無線標準(zigbee、plc、wi-fi、wimax和蜂窩移動通訊等)爭相湧現等。
在這些有利因素的推動下，智慧型電網的發展前景頗受看好。以智慧型電表為例，預計全球出貨將從2023年的僅數百萬部增長至2023年的約5,000萬部，年復合增長率(cagr)高達48%。而從技術趨勢來看，未來將超向雙向實時通訊、開放式平台/模組化服務。
系統整合也將是重要的未來趨勢，預計可更新、插電式混合動力汽車(phev)以及家庭自動化等將整合到智慧型電網系統之中。智慧型電表也將超向採用先進計量體系(ami)，並成為未來家庭區域網路(han)的組成部分。
安森美半導體基於amis-。電力線載波(plc)通訊技術就是通重載波方式在配電線上高速傳輸模擬或數碼訊號的技術。利用已有的電力配電網路進行通訊不需要重新佈線，訊號不會因為通過建築物牆壁被衰減和遮蔽，成本更為低廉，這使該技術在電表自動抄表系統、燈光控制等諸多領域備受青睞。
安森美半導體針對低/中壓電力線資料通訊開發了擴頻型移頻鍵控(s-fsk)plc數據機(modem)——amis-49587。它是乙個高整合度、符合iec61334標準的低功率plc方案，適用於智慧型電網自動讀表及管理、街道照明控制、智慧型電力插頭(powerplug)和建築物自動化等。這是安森美半導體既早期的amis-30585之後發展到第二代plc數據機產品，其核心是乙個32位arm處理器，完成物理層和mac層的處理，執行s-fsk調製解調的演算法，同時也管理與外部mcu的通訊。
該器件包含了所有s-fsk訊號處理、mcu介面管理等模擬、數字部分。amis-49587支援先進計量體系(ami)，用於公用事業機構與電表之間的雙向通訊，支援遠端讀表、斷開開關連線及負載控制。目前全球26.
5億部電表中僅有約8%是自動化電表，故amis-49587這樣的支援智慧型電表應用的數據機晶元應用前景非常廣闊。
amis-49587是採用s-fsk調製方式及精確濾波的窄帶plc收發器，可實現長距離電力線的強固低資料率通訊，以及2,400bps的半雙工可調節速率通訊。不到20khz的低工作頻率及自動中繼器(repeater)功能，令通訊更加可靠，通訊誤差比現有方案更低。該器件是目前唯一在工業現場有超過8年的成功應用驗證的器件。
amis-49587利用安森美半導體的混合訊號技術，在乙個積體電路中整合了模擬數據機前端和數字後處理功能。其最突出的特點在於，作為plc收發器，除了完成物理層s-fsk訊號的收發、調製解調外，它還包含了**訪問控制器(mac)子層的處理，使設計人員無需涉及phy和mac協議傳輸細節問題，把更多精力放在應用層的開發，而大多數競爭方案需要複雜的嵌入式軟體來執行與amis-49587相同的功能。
通過amis-49587進行邏輯鏈路層(llclayer)資料報的交換，底層的幀頭、幀校驗等都會自動新增。這在很大程度上減少了客戶軟體開發工作量，簡化了設計，降低了開發及應用成本，並加速上市程序。這些優勢使amis-49587成為完全滿足智慧型電網技術要求的plc通訊核心器件。
此外，安森美半導體也為智慧型電表plc線路驅動應用推出一款高能效的a/b類低失真線路驅動器——ncs5650。這器件的電源電壓(vcc)為單端6至12v或雙平衡±3.0至6.
0v。ncs5650的設計經過了優化，接收plc數據機輸送的訊號，輸出段設計成能夠驅動高達2a的電流，經隔離變壓器或簡單的線圈耦合至交流主電源。
ncs5650符合plc線路驅動器的應用要求，提供重要的應用優勢。如這器件針對歐洲電工標準化委員會(cenelec)用於智慧型電表的a、b、c和d頻段進行了優化，符合en-50065規範，可用於直接耦合或按1：1、2：
1變壓比耦合。ncs5650獨特的2a驅動能力確保在很低電力線阻抗時也可保持有效的通訊。
ncs5650在電氣效能上也頗具優勢。兩級運算放大可以實現700khz的全功率頻寬，諧波失真也很低，僅為0.015%@1khz。
這器件的功耗也很低，軌到軌壓差僅為0.5v，靜態電流僅為20ma，關斷模式下的電流僅為150?a。
圖1是採用amis-49587的plc解決方案框圖。該方案主要由plcmodem、amis-49587、驅動放大器ncs5650及耦合變壓器組成。
圖中紅色箭頭為plc訊號的傳送路徑。amis-49587調製出的s-fsk訊號由ncs5650放大後經變壓器耦合到電力線上。變壓器實現電壓變換和阻抗匹配，也可用於強弱電的隔離。
ncs5650除了訊號功率放大外，其兩級運放結構還組成了衰減特性很陡的4階低通濾波器。在對電力線接入裝置有嚴格限制的歐洲，只有增加類似的濾波器，才能保證系統對電力線的高頻干擾注入滿足en50065規範的要求。
藍色箭頭表示接收路徑。變壓器從電力線耦合過來的訊號經amis-49587內建放大器構成的低通濾波器由內部arm進行fsk解調分析。圖中黑色箭頭是50hz的過零檢測訊號引腳。
系統依靠這個訊號進行同步定時。圖中藍色虛線內是電表內的應用處理器，負責應用層處理通訊及計量。
該方案的供電十分簡單：一路12v電源為線路放大器供電，用於驅動plc訊號耦合變壓器；一路3.3v電源給amis-49587供電。
安森美半導體應用於智慧型電表的完整解決方案安森美半導體應用於智慧型電表的方案包含一系列標準產品、專用標準產品(assp)及專用積體電路(asic)，可以提供智慧型電表的4種基本功能，包括：電源/電源管理、計量、寄存及通訊，具體產品包括功率因數控制器、交流-直流(ac-dc)控制器、直流-直流(dc-dc)控制器、穩壓器，mosfet、整流器、三端雙向可控矽開關元件(triac)，plc數據機、線路驅動器及訊號放大器，濾波、輸入/輸出(i/o)及資料保護，lcd背光驅動器，eeprom儲存器，及智慧卡介面等。圖2是由安森美半導體的多種器件(圖中綠色部分)構成的智慧型電表應用。
如圖2所示，構成智慧型電表應用的安森美半導體產品很多，除了上述amis-49587plc數據機和ncs5650plc線路驅動器，還包括：輸入/輸出保護(用於電磁干擾(emi)和射頻干擾(rfi)濾波的資料濾波器、esd保護二極體及陣列、用於電流和電壓管理的電壓監測器)、輸入/輸出介面(資料濾波器、pll時鐘產生器)、智慧卡和sim卡介面、i/o擴充套件器、電壓保護器件(二極體及整流器、瞬態電壓抑制器)、運算放大器和比較器、功率放大器、電力線數據機、eeprom和sram儲存器、lcd背光驅動器及影象/環境光感測器、輸入橋整流器、穩壓開關(交流-直流控制器和穩壓器)、輸出整流/同步整流(肖特基二極體及整流器)、線性穩壓開關(電壓參考、顯示驅動器、控制器、線性穩壓器、轉換器、電荷幫浦)等。
其中，用於輸入/輸出保護的資料濾波器nuf2042xv6是專為需要線路終端、emi濾波和esd保護的應用開發的單晶元器件，其雙向emi可防止進/出系統的雜訊，並節約元件成本。用於電壓保護的瞬態電壓抑制器(tvs)p6ke6系列可以防止電壓敏感元件受到高電壓、高能量瞬變的影響，具有良好的鉗位能力、高浪湧能力、低阻抗齊納和快速響應時間等特點。noa1302是整合了16位adc和2線i2c數字介面的寬動態範圍環境光感測器（als），採用可程式設計整合優化雜訊效能，可在近0lux至超過100,000lux的範圍內提供線性響應；該感測器採用安森美半導體專有的cmos影象感測技術，提供低雜訊和高動態範圍輸出訊號和類似人眼反應的光響應。
總結在開發智慧型電網和智慧型電表時，設計人員需要選擇適用的解決方案。安森美半導體為智慧型電網及智慧型電表應用提供的各種解決方案均符合各種標準及客戶規範，具備簡化設計、降低成本、降低耗電、提供可靠通訊及加快上市程序等諸多優勢。
智慧型無線解決方案
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