一个完美的电表数据存储系统(新)

1、 一个完美的电表数据存储系统（新）作者:陈其龙（香港商鼎盛国际有限公司总经理）电表作为一个计量用电量的仪器,电表的精度不但与检测芯片的精度有关,更重要与其存储方式有很大的关系,如果检测到的电量数据不能写入存储器或者写入存储器过程出错电表的精度就大大降低.电表数据的存储方式有3种选择:1）用EEPROM存储数据；2）用NVRAM存储数据;3）用FRAM存储数据；下面主要描述各方案的优劣TOC o 1-5 h zEEPRO存储器存储电表数据的优劣分析2页NVRA存储器存储电表数据的优劣分析3页FRA存储器存储电表数据的优劣分析4页FM31X系列产品在电表的应用的优势5页 用EEPROW储存储数据的

2、优劣分析在以前在设计电表电量的存储方案过程中，工程师在怎样把数据准确无误的写入存储器绞尽脑汁,主要的原因是:以前的EEPRO的输入频率低,有10MS写等待周期，擦写次数少，为了解决上面的存储器的问题，工程师必须增加很多外部电路或选择功能强的主芯片（见图一）原理框图工作原理由于EEPROM勺擦写次数为100万次,而一般的电表1度电定为3200个脉冲,所以不能来一个脉冲就写入EEPROM只能将脉冲暂存MC!的SRA中,等脉冲计录到一定的值（比如1度）或者到了一定的时间（比如1小时）再把数据写入EEPROM正是由于电数据不能实时写入EEPROM同时也因为中国电网极其不稳定，经常性的停电，这就引起一个

3、问题，在停电时，MCU内存储的电量（存储器内计量有0-2300个脉冲，平均电量为0.5度）怎么办?,如果系统不管掉电情况，那么电表的精度很低（以10万家用户计算，每停一次电，供电局将有5万度电因存储器的原因而丢掉）,这供电局当然不能接受，为了解决这问题，在电路上必需增加掉电检测电路（或MC必须有低电压检测功能）,在检测到掉电后，把MC中存储不到1度电的数据写入EEPROM由于EEPRC写入数据时,有10MST等待周期，这也引起了一个问题，在停电后，必需有足够长的电压维持EEPROMf的时间设计者的一般思路是利用滤波电路的大电容，由于电容内部是电解液，随着时间的推移，电容的容量将变小，因此为了使

4、电表能使用15年，必须把增大滤波的电容的容量和提前检测到掉电在给EEPRC入数据时，数据先是写入EEPROMS冲区，当数据写入缓冲区后,EEPRO自动把数据写入EEPROM具体地址，其过程需要10MS,由于EEPROI内部写入时间长，所以容易受到干扰，EEPRO一旦受到干扰，写入的数据容易出错，此时出错,MCl没有办法知道，为了解决这一问题，设计者必须把同一个数据写入三个不同的地址,然后再把数据读出来校正用NVRAM存储数据:为了解决EEPRO的擦写次数不足，同时也为了提供电表掉电不丢数据（脉冲）,部分半导体厂商在设计时间（RTC）的同时，特意增加了几个或者十几个字节的SRAM以便记录电表的脉

5、冲.主要代表有DS1302QS12887爱普生的8050等原理框图工作原理由于现在的RT（芯片中特意设计了少量的SRAM这样一来，计量器来的数据可以一个不少的存储到NVRA中,在掉电后，通过时间的电池来维持SRA中的数据，等下次上电了或，计量到一定的时间或电量，在把数据存储到EEPROM,这样初次一看，好象可以解决问题，但是仍然存在下面几个隐患；1）NVRAM其实就是SRAM电池,SRAM勺特点:速度快，寿命无限，但SRA存储的数据不可靠（存在电磁干扰问题）；这就有可能导致电表数据不准确2）成本高，目前SRAM+RTC芯片价格高3）仍然有用EEPROM同样存在擦写次数不够和抗干扰能力不足的危险

6、4）如果电池不足，还是会掉数据（可靠性还是不好）.FRA啲存储方案用铁电存储器（FRAM）可以解决上面存储器所面临的问题,首先看一看铁电存储器的特点:1）非易失性,（掉电后数据能保存45年，所有产品都是工业级,温度从负40摄氏度到正85摄氏度）2）擦写次数多，5V供电的FRA啲擦写次数10000亿次，低电压的FRA的擦写次数为1亿亿次（无限次）3）速度快，串口总线的FRA的CLK的频率高达20M,并且没有10MS勺写的等待周期；并口的访问速度70NS4）功耗低，静态电流小于10U代读写电流小于150U代5）读写无限次，在FRA读写次数超过100亿次,5V供电的FRAN后FRAME能工作，只是数

7、据不能保存原理框图工作原理FRAM是靠材料特性来保存数据，这种材料并非磁性材料，所以从原理上磁场对数据是没有影响，在实际中，电场对数据也没有影响，所以他可抗干扰性能及其强，适合在非常复杂的环境中记录一些重要的数据,由于他的擦写次数多，所以可以记录没一个数据脉冲.FM31XX在电表应用由于使用EEPROM的存储电表数据不可靠，使用NVRAM+EEPROM也存在不可靠的因素同时价格贵，在使用FRAM存储电表数据的方案中，又因每个厂商的MCU资源和存储器的容量不一，导致只有在高等电表中使FRAM,些低端电表”望FRAM兴叹”，Ramtron艮据中国市场的特点推出FM31XX系列产品为低端电表的可靠性

8、带来一些希望，下面先了解FM31XX的主要功能:FM31XX的主要功能1）内有4Kbit-256Kbit不同容量的FRAM2）RTC（精度高达2.17PPM）3）低电压复位（可以四级编程）4）可设置的独立WDT5）提供2.5V的比较器，用于检测电网6）提供2个16位的计数器，用于防窃电7）8*8的可锁定的存储器，用于产品管理原理框图FM31XX与其他存储方案的比较由于FM31XX的产品多功能的特点，可以简化电路，而且可以选择功能比较弱的MCU来设计电表这样一来，电表的成本往下降，功能和可靠性提高，所以FM31XX是电表上最好的器件.Ramtron的简介Ramtron公司成立于1984年.总部设在美国科罗拉多州的ColoradoSprings市.公司于1992年在美国纳斯达克上市Ramtron是当今领先的铁电存贮器技术和产品供应商世界上决大部分重要的半导体存贮器制造商都向Ramtron申请授权专利来做铁电存贮器的研究.他们包括日本的Toshiba,Hitachi,