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1、隨著電子式電能表的日益普及,高性能電能計(jì)量芯片在電力自動(dòng)化系統(tǒng)中的有著廣泛的應(yīng)用。目前的電能計(jì)量芯片主要使用∑△ADC對(duì)互感器采集的電壓、電流信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,∑△ADC采用過采樣、噪聲整形和數(shù)字濾波技術(shù),具有高精度、低成本、元件匹配要求低、便與數(shù)字系統(tǒng)接口等優(yōu)點(diǎn),相比其他類型的ADC更適合電能計(jì)量芯片的集成,提高了計(jì)量的準(zhǔn)確度和可靠性。 本文基于CMOS工藝,利用集成電路EDA設(shè)計(jì)及仿真工具,完成了一款電能計(jì)量芯片專用∑△AD
2、C的前端設(shè)計(jì),包括二階∑△調(diào)制器和數(shù)字抽取濾波器兩部分的實(shí)現(xiàn)。 論文首先分析了電能計(jì)量芯片的工作原理和∑△ADC的基本理論,為滿足電能計(jì)量應(yīng)用的要求,在∑△調(diào)制器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,采用了一種基于環(huán)路濾波方式的二階分布式前饋結(jié)構(gòu),通過過采樣率的確定、引入積分增益因子后的系統(tǒng)分析和Matlab建模,驗(yàn)證了該結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可行性。隨后對(duì)結(jié)構(gòu)中的各功能電路逐一劃分,根據(jù)各電路的性能要求,對(duì)其中的開關(guān)電容積分器、折疊式共源共柵運(yùn)算放大器、比較
3、器、可編程增益放大器、1位DAC、非交疊時(shí)鐘產(chǎn)生電路等進(jìn)行了具體的電路實(shí)現(xiàn)、分析和仿真,完成了整個(gè)調(diào)制器的設(shè)計(jì)。在數(shù)字部分中,提出使用高階梳狀濾波器對(duì)調(diào)制信號(hào)直接抽取濾波的方案,并優(yōu)化了濾波器的硬件結(jié)構(gòu),采用Verilog語言對(duì)其進(jìn)行編碼描述,完成了編碼的功能仿真、綜合及FPGA驗(yàn)證。 對(duì)該ADC的仿真結(jié)果表明,其各模塊滿足設(shè)計(jì)要求,在電能計(jì)量所涉及的信號(hào)頻率范圍內(nèi),ADC輸出信噪比達(dá)到了16位分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換要求,能應(yīng)用在0.
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