СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №6/2014

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 42 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2014 Микросхемы для приборов учёта коммунальных услуг К микросхемам для приборов учёта коммунальных услуг предъявляется ряд специфических и довольно строгих требований. По этой причине ни один из разработчиков не в состоянии производить полный комплект микросхем для всех возможных применений в этой сфере. В статье рассматриваются сегменты рынка микросхем для приборов учёта, технологические подходы к их реализации и примеры продуктов. Владимир Ануфриев (Москва) В ВЕДЕНИЕ В настоящее время разработка микро- схем для приборов учёта коммуналь- ных услуг и сбора телеметрической информации превратилась в отдельное направление с определённым набором специфических требований: ● длительность сроков службы – до 15–20 лет непрерывной работы; ● низкое энергопотребление, позво- ляющее работать без замены авто- номных источников питания более десяти лет; ● высокие показатели метрологиче- ских свойств, позволяющие созда- вать измерительные системы и при- боры коммерческого учёта с погреш- ностью измерения не более 0,5% в широком диапазоне внешних воз- действующих факторов, в том числе в диапазоне температур окружающей среды –40…+65 ° С; ● возможность работы в автоматизи- рованных локальных сетях сбора информации. Исходя из этих требований, при раз- работке микросхем, особенно их анало- говых узлов, отвечающих за метроло- гические характеристики, необходимо учитывать факторы старения и дрей- фа параметров при эксплуатации, а так- же необходимость снижения потребле- ния тока и уровня собственных шумов. Следует также принимать во внимание специфику поведения и основные осо- бенности тех физических сред и объ- ектов, параметры которых измеряются. Иными словами, инженеры-разработ- чики микроэлектроники должны вла- деть не только технологиями созда- ния микросхем, но и обладать знани- ями в смежных областях, касающихся природыфизических явлений, проис- ходящих в контролируемых объектах. Приведённые требования резко огра- ничивают круг фирм, разрабатываю- щих микросхемы такого рода. Неред- ко небольшие коллективы инженеров, хорошо владеющие теми или иными смежными специальностями, создают микросхемы с оптимальными характе- ристиками для той или иной области применения. Примером такого под- хода является компания Chipcon, соз- данная в 1996 г. учёными из скандинав- ского Фонда научных и промышлен- ных исследований (SINTEF), а в 2006 г. вошедшая в состав Texas Instruments как самостоятельное подразделение. В 2002 г. Chipcon создала на базе тех- нологии SmartRF 02 первую в мире реально работающую RF-систему-на- кристалле, интегрированную с микро- контроллером, для систем, работающих в частотных диапазонах ISM/SRD 315, 433, 868 и 915 МГц. Изучив рынок микросхем, которые используются для создания систем учёта коммунальных услуг и переда- чи полученных данных по локальным сетям нижнего уровня (при этом выдер- живается необходимый технологиче- ский уровень и соответствие высоким показателями по основным параме- трам), можно сделать вывод: сегодня ни один из ведущих мировых произ- водителей полупроводников не про- изводит полного комплекта микро- схем для подобных применений. Фак- тически, произошло разделение рынка по основным компонентам подобных систем. Р ЫНОК МИКРОСХЕМ ДЛЯ ПРИБОРОВ УЧЁТА КОММУНАЛЬНЫХ УСЛУГ Рассмотрим современное состояние рынка микросхем для интеллектуаль- ных систем сбора и передачи инфор- мации о потреблении коммунальных услуг и сопутствующей телеметриче- ской информации. К основным компонентам систем сбора и передачи информации в при- борах учёта коммунальных услуг мож- но отнести: ● микросхемы для электросчётчиков; ● микросхемы для учёта расхода воды и бытового газа; ● микросхемы для учёта расхода теп- ла (теплосчётчиков); ● микросхемы для измерения иных физических величин; ● радиочастотные микросхемы субги- гагерцевого и гигагерцевого диапа- зонов; ● микросхемы для систем связи по силовым проводам (PLC); ● иные интерфейсные микросхемы. Наблюдается устойчивая тенден- ция объединения функций пере- численных микросхем в одном кри- сталле (системе-на-кристалле – SoC) с целью снижения стоимости итого- вого решения. Микросхемы для электросчётчиков Наиболее полно на рынке микро- схем для учёта коммунальных услуг представлены микросхемы для элек- тросчётчиков. В первую очередь, это связано с тем, что при их проектиро- вании нет необходимости закладывать экономию электроэнергии, а в суще- ствующих системах САПР легко моде- лируется любая нагрузка. Примеры таких микросхем и их производители приведены в таблице 1. Оригинальным техническим реше- нием по замене трансформаторов тока в многофазных счётчиках явля- ется микросхема MAX78700 фирмы MAXIM. Данная микросхема пред- ставляет собой двухканальный дель- та-сигма АЦП (ADC) со встроенным интерфейсом гальванической раз- вязки. Её структурная схема показа- на на рисунке 1. Микросхема содержит специализи- рованный интерфейс ISO_INT, позво- ляющий через один развязывающий трансформатор как подавать пита- ние, так и передавать информацию в обе стороны. Этот интерфейс идео- логически похож на интерфейс 1-Ware, разработанный Dallas Semiconductor.