、電源設計的理解:對于一個產品，大多數的電路供電部分，均需要一個自制電源來提供，所以電源部分的設計也是至關重要的。電源給電路供電，而普遍的電路供電電壓為+5V、+12V、+15V等等直流小電壓，所以就需要將通用的220V交流電壓轉變成所需直流電壓。通常的單相交流電經過電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩壓電路轉換成穩定的直流電壓。a）壓敏電阻的選取因雷電等外界引起的過電壓情況容易引起電路設備的損壞，為了保護電路設備，一般在電源的輸入端并聯壓敏電阻。壓敏電阻是一種具有瞬態電壓抑制功能的器件，防止靜電放電、浪涌、耐壓、瞬態電流（如雷擊）等造成設備的損壞，其作用就是，電路正常工作情況下，工作電壓低于壓敏電阻的標稱電壓（也稱壓敏電壓），壓敏呈現高阻態，當過電壓的出現，大于標稱電壓時，壓敏瞬間導通，將過壓和過流導入大地，從而保護電路。一般壓敏電阻的選取，主要考慮標稱電壓（壓敏電壓）、最大連續工作電壓、通流量等。標稱電壓選取：工作電國n，電壓波動a，通常取a=1.2，壓敏電壓誤差b，一般取0.85，元件老化系數一般取c=0.9。這樣標稱電壓VmA=a*Un/bc，約等于1.5Un，若考慮交流峰值，需乘以1.414，所以通常取VmA=2.2Un，為了提高壓敏的壽命，可在2.2Un基礎上稍微增大。比如壓敏型號為MYN15-681K，MY表示為壓敏電阻器，N表示用途為高能型，15表示序號，681K表示標稱電壓為680V（即68后一個0）。b）變壓器的選取變壓器就是將電網電壓（220V）轉變成較小的交流電壓，一般考慮電壓和功率即可，通常根據負載要求選取電壓和負載電流，比如電路負載工作電壓+5V，則選取2~3倍即可，則變壓器可取12V，可根據需要適當更改。估算整個電路所需電流I,載電流大小最大值，取變壓器負載再稍微大些即可。c）整流橋的選取變壓過后需要整流，常用整流橋或橋堆進行整流，應用中主要考慮最大工作電流和最大反向電壓，整流橋直接用型號參數表示：50伏1安，100伏5安等；橋堆全橋的正向電流有0.5A、1A、1.5A、2A、2.5A、3A、5A、10A、20A、35A、50A等多種規格，耐壓值（最高反向電壓）有25V、50V、100V、200V、300V、400V、500V、600V、800V、1000V等多種規格。通常命名如KBL410，即4A，1000V（數字乘以100）；HD06，表示耐壓（反向電壓）600V。比如變壓器為220變20V，后跟橋堆后，因為最大耐壓可能加4KV，變壓過后將近400V，則選取600V反向電壓的橋堆即可。濾波電容的選取整流過后，還需濾波電路將脈動的直流電壓變為平滑的直流電壓。電容濾波是最常見最簡單的濾波電路，濾波電容容量較大，一般采用電解電容，利用充放電原理。一般考慮電容容量的大小和耐壓值的大小。容量的選取，通常當RlC=(3~5)T/2時，U產1.2U2其中，U。為濾波后的電壓，U為整流后的電壓。R：為負載電阻，T為。電網電壓周期，C即為所求的電容。半波整流電路中，電容容量應取更大些。穩壓管的選取穩壓電路輸入電壓一般選取U1=(2~3)U。，穩壓管應串接限流電阻R接入電路中。穩壓器的選取三端穩壓器的選擇，一般考慮穩壓輸出電壓U，應該根據電路所需選擇，還要關心輸出誤差大小，最大輸入電壓U的大小，輸出最大負載電流i的大小和溫度系數等等。i如HT7136，輸出電壓3.6V，誤差5%,最大輸入電壓24V，輸出電流30mA。合理的采用二極管，利用二極管壓降的0.7V，可以有效得到所需電壓。也可以采用電阻升壓電路。二、紅外通訊的理解紅外通信電路，常用電路如上圖所示，其中包括近紅外通信和遠紅外通信，D5為紅外發射管，D6為光敏三極管，也作為近紅外接收管，D7為遠紅外接收頭。這里主要研究紅外發射接收管的選取，根據產品或是客戶要求，通信距離上的遠近，選取遠紅外電路還是近紅外電路。首先對于近紅外通信電路，紅外發射管的選取，一般參數有:正向電流功耗、最大峰值波長(通常市場有850nm的和940nm的最常用)、正向最大電流、最大反向電壓、發射角度等等。紅外線定義為，波長為0.75?1000^m，其中近紅外線波長為0.75?1.5^m。而850nm的發射距離一般大于940nm的，但850nm接近紅外光，所以普遍產品中選用940nm紅外發射管，如電能表采用940nm的。一般發射距離與電流大小有關，常取IF<0.6*IFm，其中IF為正向工作電流，IFm是正向最大電流，一般常取IF<20mA，此時管壓降一般為小功率管1?1.3V；中功率管1.6?1.8V；大功率管>=2V。功耗方面分為小功率(1mW-10mW)、中功率(20mW-50mW)和大功率(50mW-100mW以上)三大類。一般串聯限流電阻使得工作電流為4?10mA即可，如圖中，串接R30為240R，電流大小約為5mA。I=(3.3-0.7-1.4)/240=5mA。接收采用與之對應的光敏三極管接收紅外信號即可。遠紅外發射接收，發射管可以不變，為了增大距離，通常需要加上38KHz的載波，接收部分采用紅外接收頭，通常為三引腳封裝。為了增大接收效果，通常需外接濾波電路，另有內置濾波的紅外接收頭，設計時根據需要選取。總體選取，根據距離要求，功耗要求，選取的型號基本就可滿足電路要求。但同時還有很多型號均可滿足要求，若大量生產產品，就需選取一個普遍認為性能不錯的型號及廠家，且型號一般不會改變。三、備用電池電路理解對于電能表這樣的產品，不僅僅要求在供電情況下，可以對電能量進行計量等功能，往往還要求其在斷電情況下，還要維持基本的功能，比如仍要顯示時間、用電量，維持數據的存貯，或者還需要通信等功能。為解決這種問題，必須采用備用電池。電池的選擇，根據規約的要求，往往電池的使用滿足幾年的使用壽命，5年，10年或者更長。所以電池就需要選擇一種高容量的，并且電路設計方面同時也要滿足超低功耗。通常備用電池選擇，往往根據電路中個芯片工作電壓、最大連續工作電流、尺寸、工作溫度等信息選擇，常用的有3.6V的高容量電能表專用電池。電路的設計，參照精簡、穩定、低成本，滿足要求即可。要求通電情況下，通過電源供電，電池基本上不供電，這就需要電池在通電情況下，電池回路的功耗也低，通常兩個串接的電阻可取2M左右。在斷電情況下，需要電池立馬對電路供電，提供電路芯片工作所需電壓VCC。電路通常可用兩種參考，（1）是用三極管，或是等效三極管，當斷電時，三極管導通，電池BAT提供VCC；通電時，三極管截止，電池幾乎不工作。（2）是電源經穩壓器后的電壓，比如+5.0V，和電池電壓BAT，都經過一個二極管（+5.0經D1，BAT經D2），得到VCC，給電路芯片供電。當通電情況下，電源供電+5V經二極管得到4.3V左右電壓，大于BAT，使得D2截止，即電池不供電；斷電情況下，電池BAT經二極管D2得到3.0V左右電壓，給電路供電。分析：方法1中，用三極管得到的VCC電路工作穩定，性能較好，但對比方法2成本會較高。方法2中，用二極管得到的VCC電路，電路簡單，成本較低，但是需考慮電池欠壓時在3.0V左右，這樣經二極管后電壓在2.3V左右。這樣，比如當芯片最低工作電壓在2.7V時，電路不能正常工作。所以需參考電路芯片決定。四、CPU和采樣電路的理解對于任何產品，CPU的選擇決定了整個電路，包括功能、性能、整個電路的大小、成本等等信息。所以CPU的選擇對電路設計是非常重要的。市場上的CPU種類多種多樣，可以說滿足電路所需要求的CPU夜比比皆是，但究竟選擇哪種品牌、哪種型號，就需要根據很多原則選取：1）比如說只需滿足電能的采樣、計量、顯示、數據存儲、紅外或485通訊等等功能，通常的8位機就可以滿足，這樣就不取16位機，甚至32位機；2）性能，滿足同樣的功能，到底用哪一款芯片，要考慮其穩定性，功耗大小，使用壽命，甚至還要了解其優勢之處和不足之處，根據你的需要來選取；3）根據個人習慣和喜愛，都能滿足需求，要考慮對哪種用的比較習慣，對內部更為了解，比較信得過哪種等等；4）最后，在滿足所有功能和性能的基礎上，成本也相當重要。5）隨著集成化的水平不斷加深，設計中往往選取功能集成度更高的CPU，不僅使得電路簡單，精確度和穩定性較高，更使外圍電路減少，降低成本。電表中采用MSP430FE427做為主控制芯片，此芯片內部集成了電流、電壓的采樣通道，集成了功率的計量，還集成了液晶驅動電路。這樣電路設計中可以省去了計量芯片，或者液晶驅動芯片。MSP430FE427的電流采樣電路：芯片內部集成了兩路完全相同，完全獨立的通道I1、I2。電流的采樣通常有兩種方式：錳銅片（即分流器）和互感器接入方式。（1）經錳銅片接入，即直接接入方式，其原理是錳銅片并接在采樣通道的I1+和I1-口，錳銅片的阻值很小只有幾百uR,所以比如火線的電流基本上全部流過錳銅片，即分流。當電流大小為幾A或是幾十A時，錳銅片兩端電壓往往只有幾mV，即采樣到的電壓。（2）經互感器接入，即流經火線上的電流大小，經過線圈的感應得到一個有一定比例的電流大小，不如火線上電流為5A（20A）,互感器CT系數為1000，則感應后的電流大小為5mA（20mA），再在回路里串聯以電阻后，同樣得到mV的電壓大小，進行計量。分析：錳銅片式采樣成本較低，普遍比互感器式低2元，采樣穩定，但由于是直接接入方式，所以電網上的波動會直接影響到采樣的精度；互感器式采樣成本較高，但其采用感應隔離，使得電網的直接干擾不會影響到采樣的精度。對于MSP430FE427的電流采樣，可以同時采用互感器的接入方式，但不能同時采用錳銅片的接入方式。因為，當兩路通道均采用錳銅片式時，由于通道直接與火線相連，導致I1+引腳和I2+引腳之間有220V的壓降，這樣芯片不能正常工作，甚至壞掉。錳銅片的大小和互感器的型號，均需根據產品的規格和壞境來選取，根據火線上通過的電流大小選擇錳銅片的阻值，另外由于錳銅片式采樣時直接接入式，所以采樣電路中通道的上下采樣點均串聯一個磁珠來濾除干擾信號，磁珠的大小同樣考慮兩方面:一是電路中噪聲干擾的頻率和強度等，二是要通過的電流大小。阻抗大小一般也不精確計算，看使用效果，一般120R-600R用的較多。再上下各串接1K左右限流電阻。互感式的接入方法，由于整個回路是感應出來的，所以回路中串接電阻轉變為電壓，只需串接一個磁珠即可。電壓采樣電路，采用多個電阻串聯分壓的原理，具體的阻值大小，根據采樣芯片的需要精確計算。五、存儲電路的理解為什么要用到存儲芯片？在智能儀表中，存儲芯片的應用已成為不可或缺的部分，系統工作時存儲臨時數據的RAM，以及永久性存儲數據的非易失性存儲器。RAM簡單易用，存儲速度快，但掉電數據會丟失；而非易失性存儲器能長期保存數據，但存儲速度慢，寫入功耗高，而且讀寫次數受限。電能表數據存儲：作為計量電能的儀表，計量精度至關重要，它不但與計量芯片的精度有關，還與電能表數據存儲系統有關。如果檢測到的電能數據無法寫入存儲器或者寫入存儲器時出錯，則使得精度大大降低。通常傳統的電能表均采用EEPROM存儲器+掉電檢測電路。EEPROM存儲器的存儲次數約上百萬次，并不是一個脈沖就存儲一次，因而先將數據暫存的RAM中，等脈沖記錄到一定值或一定時間后，再將數據轉存到EEPROM中。需要掉電檢測電路實時檢測是否處于掉電狀態，當處于掉電狀態時，就將RAM中的數據存儲到EEPROM中，而EEPROM得存儲速度很慢，寫周期很長，這就要求掉電后有足夠的電壓供電，就需要高容量的電池和大容量的電容維持電壓。那么需要用多大容量的存儲芯片？這就需要結合電路設計和產品的要求，通常都是需要記錄存儲哪些數據？時間、電量、掉點時間、掉電次數、開蓋時間、開蓋次數、通信時間、通信次數、不同費率、多功能等等，甚至還要考慮所有數據存儲多長時間，一個月，兩個月，三個月，半年，一年或者更長？這些往往就會決定存儲的容量大小。存儲電路上，往往比較簡單，多片存儲器時只需采用不同的地址連接方式，讀寫時單片機先找到對應地址即可。另外：大多數的產品的存儲系統，以采用了新一種的存儲方式一一鐵電存儲器。鐵電存儲器，同時擁有了RAM和非易失性存儲器的特性，讀寫速度快，功耗低、無限次寫入等等。即節省了成本，又使得軟件設計變得簡單，有可能成為新一代儀表存儲系統的潮流。六、電壓檢測電路和脈沖誤差檢測電路理解為什么需要電壓檢測？對于電能表的要求，需要有掉電檢測電路，需要時刻檢測當前用戶是否掉電，掉電的時間、次數等等，并且CPU也需要知道掉電與否，然后工作在什么狀態。所以，供電電壓的檢測就至關重要。另外，電池供電系統中也需要電壓檢測，正常電池電壓應保持在一定值以上，當低于此值時，則認為電量不足，需做出處理。電壓檢測芯片的原理就是，當需要檢測的電壓Ui連接檢測芯片的輸入端，當大于芯片的比較電壓時，輸出端Uo輸出