設計AMR/AMI電表中的RF電路

電表通常位于擁有越來越多無線設備的房屋內部或周邊，確?？煽康臒o線電通信是一大挑戰(zhàn)，這就要求RF電路必須具備高性能，以抑制無線LAN等設備發(fā)出的較強信號的干擾， RF輸入端可能接收低至1微伏以下的信號，并進行解碼。

RF模塊也要求具有良好的無線電靈敏度，因為更高的靈敏度意味著更長的信號傳輸距離。記住，電表可能位于地下室甚至地底下，它需要和幾條街之外某根電線桿上的無線電設備或與街上電力公司的抄表車進行通信。靈敏度越低，接收無線電就必須靠得越近才能正確地解碼信息。對于一個移動的車載抄表系統(tǒng)來說，這意味著抄表車必須與您的房屋靠得更近，但固定網(wǎng)絡基礎設施必須使用更小的單元和相應更多的數(shù)據(jù)收集器。因此，高靈敏度可以使網(wǎng)絡基礎設施的成本最小。

低功耗是電池供電的氣表和水表的關鍵性能要求。電表供應商常常努力嘗試降低電表的功耗，因為這樣一來他們就可以將相同的設計移植到水表或氣表上。此外，為了在開放的頻段內工作，計量表和抄表器使用的通信協(xié)議必須符合所在國家的無線電發(fā)射規(guī)定。目前全世界有多個開放頻段，其中最常用的是900MHz、2.4GHz和5.8GHz。

大部分電表制造商都選擇了900MHz頻段作為電表之間和電表與數(shù)據(jù)收集器之間的通信頻段。在某一給定的功率預算下，900MHz頻段的無線傳輸距離比2.4GHz頻段更長，基站或數(shù)據(jù)收集器就可以覆蓋更大的范圍。不過，從電力公司的角度來說，使用這個頻段的一個缺點在于缺乏可用的標準。1GHz以下頻段顯然是電池供電型氣表和水表的最佳技術選擇，這推動了業(yè)界對標準化的要求，以便不同制造商的系統(tǒng)之間實現(xiàn)互操作性。已經(jīng)從有線M-Bus用戶群體成長起來的無線M-Bus，就是一個計量表之間以及計量表和數(shù)據(jù)收集器之間通信標準的例子。M-Bus11目前是歐洲規(guī)范標準的一部分，詳情可見EN 13757標準。無線M-Bus協(xié)議的詳細內容在衍生標準EN 13757-4中。900MHz頻段的其它標準化工作也在進行之中。

ADF702012和即將推出的ADF7023就是900MHz的無線電器件，這兩款器件在設計過程中就考慮了計量應用的需求，這兩款器件也都適用于必須符合無線M-Bus標準的系統(tǒng)。圖4顯示了ADF7020的功能框圖。

圖4：ADF7020的功能框圖。

ADF7020全集成的低功耗無線電收發(fā)器可工作在以下開放ISM頻段上：中國是433MHz，歐洲是868MHz，北美則是915MHz。它集成了完整的RF發(fā)射和接收電路以及模擬和數(shù)字基帶。如圖5所示，實現(xiàn)一個用于AMR電表13的射頻卡，通常只需要ADF7020、一根天線、幾個外部無源器件和一個運行通信協(xié)議的簡單微控制器。ADF7020通過集成一個超低功耗的8位RISC內核來執(zhí)行一些低級的通信功能，大幅減輕了外部微控制器的負擔。在很多情況下，這樣可以避免采用通信專用微控制器。電表制造商選擇ADF702x系列收發(fā)器而不是其競爭器件的另一個原因是，ADF702x系列收發(fā)器能提供業(yè)內最好的靈敏度和阻塞性能，它允許電表和數(shù)據(jù)收集器之間有更長的通信距離。ADF7020提供超過70dB的阻塞性能，這意味著，即便在一個帶外信號比所需信號高出70dB的情況下，ADF7020也可以正確地檢測出所需的信號并進行正確的解碼。ADF7020的相鄰信道抑制指標大約為40dB，靈敏度可以達到–120dBm，具體需取決于數(shù)據(jù)率。這比表現(xiàn)最好的ZigBee解決方案?14的靈敏度還低出20dB。

圖5：具有AMR功能的公用儀表。

HAN網(wǎng)絡

隨著很多家庭將很快配備一個具有通信能力的電表，電力公司和能源管理機構開始思考未來如何利用該技術來提高能效和節(jié)能意識。利用這個有時被稱為“智能電網(wǎng)”的概念，電力公司可以利用這一擴展到千家萬戶的網(wǎng)絡，來積極地管理電能輸送負荷。例如可以提供實時價格信息，從而讓用戶可以調整用電習慣。在用電高峰期，比如炎熱天氣時，電力公司可以給用戶發(fā)送一個信息，提醒用戶下一個小時的費率會提高，鼓勵其關掉電器，這就需要在室內安裝一個可以顯示該信息的顯示器。電力公司還可以更進一步地通過電表來控制用戶家中的電器，比如調低空調或關閉游泳池的水泵，這個系統(tǒng)需要電表和家用電器之間進行通信，有時這被稱為家庭區(qū)域網(wǎng)(HAN)。900-MHz射頻解決方案(如ADF702x和ZigBee射頻解決方案)都在這一領域找到了用武之地。

大多數(shù)業(yè)內人士都認識到，一個與先進的計量基礎設施相連的能夠完全運行的家庭區(qū)域網(wǎng)還需要若干年才能實現(xiàn)。然而，這樣的系統(tǒng)的好處讓今天很多公司都積極為家庭區(qū)域網(wǎng)開發(fā)解決方案。圖6顯示了家庭區(qū)域網(wǎng)的示意圖。

圖6：家庭區(qū)域網(wǎng)。

結束語

ADI公司專注于為電表市場提供一流的技術和產(chǎn)品，包括RF收發(fā)器、電能計量芯片組、RF放大器、隔離產(chǎn)品和電力線控制產(chǎn)品。ADF702x高性能全集成收發(fā)器適用于具有通信功能或支持AMI的電表，為全球電表制造商提供了緊湊、可靠和低成本的解決方案。

AMI和智能電網(wǎng)被視為是提高能效的關鍵潛在技術，將最終幫助實現(xiàn)減少二氧化碳排放的目標。ADI公司承諾提供推動這一市場發(fā)展的創(chuàng)新型高能效器件，并在未來繼續(xù)為提高能效和促進節(jié)能作出其應有的貢獻。