[发明专利]基于SOC芯片电表的MCU内置基准温度补偿方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及电能计量技术领域，具体涉及基于SOC芯片电表的MCU内置基准温补偿方法。

背景技术

随着大规模集成电路的逐渐发展及片上系统SOC技术的日益成熟，电能表计量方案逐步进入SOC单芯片设计方案时代。

基于嵌入式SOC芯片方案的智能电表绝大部分使用片内A/D等模拟部件完成模拟信号采集。参考电压用于为A/D转换器中的电阻阶梯网络提供基准电压，在模拟信号采集中必不可少。理论与实践均表明，参考电压的波动会导致A/D转换结果产生较大的误差，从而影响测量精度。在实际应用中，参考电压可直接由SOC芯片内置精密电压源提供，也可由专用电压参考芯片提供。无论是内置基准还是外置专用基准芯片，一般都使用能隙电压源结构。这种能隙电压源只有在室温附近能够得到近似于零的温度系数，在低温时具有正的温度特性，在高温时具有负的温度特性，并且在低温和高温区域，温度系数能够达到±30～10×10⁷/℃。这说明参考电压的温度效应会导致测量结果产生较大误差。SOC芯片内置的参考电压一般不带温度补偿。虽然目前已有内部自带温度补偿、温度系数小的外置专用基准芯片，但价格昂贵。因此，如何减小参考电压的温度效应，并且成本较低是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能减小参考电压的温度效应，并且应用成本低的基于SOC芯片电表的MCU内置基准温度补偿方法

本发明基于SOC芯片电表的MCU内置基准温度补偿方法，包括以下步骤：

（1）.建立温度补偿数据表：

a.将电表置于温度点T的环境中工作；

b.测量并记录MCU内置基准的输出电压值，记为u(T)；

c.计算MCU内置基准电压误差e(T)，

适用公式为：e(T)=u(T)-u₀，

式中u₀为MCU内置基准在室温时的标定输出值，可从MCU技术特性手册中查到； 

d. 计算MCU内置基准的电压补偿值，

适用公式为：r(T)=r₀-e(T)/m，

式中，r₀为MCU内置基准校准寄存器的电压初始值，e(T)为步骤c计算得到的MCU内置基准的电压误差，m为MCU内置基准的最小校正电压，该m值从MCU技术手册中查到；

在电表工作环境可能到达的温度范围，将数据(T, r(T))用一个一维数组表示并按照温度由小到大依序存放得到温度补偿数据表，其中T是指电表工作环境可能到达的温度范围内的任一温度点；r(T)是对应于该温度点MCU内置基准的电压补偿值；

（2）. 线性插值计算得到MCU内置基准在当前温度下的微调因子：

读取SOC芯片片上温度，对于当前温度值T_C可以从所述温度补偿数据表中查到与该温度值T_C相邻的两个补偿数据点(T_a,r_a)和(T_b,r_b)，并以此两点进行线性插值得到MCU内置基准在当前温度下的微调因子r_c，插值公式为r_c=ra+(rb-ra)×(Tc-Ta)/(Tb-Ta)；

（3）用步骤（2）得到的微调因子对MCU内置基准当前的电压进行补偿；

（4）重复步骤（2）和（3），并且每隔一定时间进行一次，用于电表在工作过程中一直得到MCU内置基准温度补偿。

所述温度点T设在-40℃到+80℃的范围内。所述步骤（1）中数据(T, r(T))， 以1摄氏度为间隔的数据点进行选取存储起来。所述步骤（4）的设定时间为100毫秒。所述步骤（2）中SOC芯片片上温度通过SOC芯片内部温度传感器读取。

本发明方法能减小参考电压的温度效应，尤其在电能表等对电压参考的温度特性要求很高的应用场合，其效果更加明显。本发明能克服温度效应对基准电压、A/D转换结果及电能测量精度的影响,简化了后续的温度补偿处理环节,可操作性强、成本低、稳定性好，可广泛应用于基于嵌入式SOC方案的电能计量领域中。

附图说明

 图1为温度补偿前和温度补偿后的基准电压曲线比较图。

图2本发明方法实现时硬件平台框图。

图3为本发明方法实施时的软件设计流程图。

具体实施方式