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飞思卡尔支持高能效电表实现高精度和高安全性

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为了应对全球范围内日益增加的对智能电表的 需求,飞思卡尔半导体 (NYSE: FSL) 基于 32 位 ARM® Cortex™-M0+ 内核,推出了新的 Kinetis M 系列微控制器 (MCU) 。 Kinetis M 系列专为支持广泛的经济高效的单相或两相电表设计而设计。

一些 Kinetis M 系列微控制器集成了必要的外设,旨在打造无需外部组件的、单芯片、经济高效的电表;而其他 Kinetis M 系列微控制器在用于多芯片、高端智能电表应用时,则作为精密的模拟接口器件。

智能电表用经济高效的方式来监控用电,并最大限度地提高能效,还将减少二氧化碳及其他温室气体排放。美国能源部预计由智能电网支持的配电方式将减少 25%的二氧化碳排放。尽管许多政府都在推动智能能源计划,然而基础架构的地理和地区差异以及能源使用模式创造了差别迥异的智能计量需求。为了应对这些不同的需求,Kinetis M 系列是可配置的,并被包含在针对不同地区的多个参考设计中,各个国家能够解决其各自不同的能源管理需求。

飞思卡尔高级副总裁兼汽车、工业和多市场解决方案事业部总经理 Reza Kazerounian 博士表示,“通过定制专用参考设计来满足特定的区域要求,我们帮助各个政府和市政公司用最少的精力和成本投资于下一代的节能。 除了最新推出的应用程序处理和无线连接解决方案,Kinetis M 系列为我们的综合智能电表产品组合增加了测量解决方案。”

所有 Kinetis M 系列微控制器都包含一个模拟前端 (AFE),使 CPU 的电源计算可以达到 0.1% 的精确度。为适应多个地区,AFE 是可配置的,它包含 4 个 24 位Σ-Δ 模数转换器 (ADC)、两个低噪声可编程增益放大器,支持 2000 至 1 的动态范围、一个带有较低漂移温度范围和相移补偿的精密电压参考,以简化精确的功率计算。 AFE 要求单点校准,支持OEM 降低制造测试成本。

安全性对于计量应用是至关重要的,Kinetis M 系列集成了多个重要的保护特性,包括:

  • 存储器保护单元,有助于防止未经授权的代码修改
  • 外部篡改检测引脚,主动监控多个入侵攻击方法,防止外部欺诈
  • 随机数发生器,可最高效地执行数据加密算法,保护通信事务

Kinetis KM3x 主要特性
Kinetis M 系列的第一个家族是 KM3x。 其主要特性包括:

  • 模拟前端和测量引擎
    • 能够以 0.1% 的精确度测量功率,提供最高的信噪比 (SNR 94dB ) 以及 2000 至 1 的动态范围
    • 4 个 24 位 Σ-Δ ADC 转换器,这些转换器没有进行复用,具有相位补偿,可精确地并行测量电流和电压,提供很高的精确度
    • 两个集成的可编程增益放大器,增加了动态范围,降低了总系统成本
  • 超低功耗 ARM Cortex-M0+ 内核,能够以 50 MHz 的速率运行
    • 运行模式下低于 100 µA/MHz 的典型电流消耗
    • 针对特定用例(例如中性断开)的多种灵活的低功耗模式
  • 安全性
    • 存储器保护单元通过保护相关的应用代码,允许符合 WELMEC 的直接软件实施
    • 随机数生成器,支持高效的数据加密
    • 3 个主动篡改检测引脚,提供篡改事件的时间戳功能
  • 系统
    • 高达 128 KB 闪存和 16 KB SRAM
    • 最低成本的应用无需外部晶体
    • 分段 LCD 控制器,拥有 288 个分段
    • 实时时钟自动补偿,实现极高的精确度

开发支持

  • 可使用的、经过验证的预认证计量固件,使用各种算法计算有功、无功和当前功率
  • CodeWarrior Development Studio:综合的集成开发环境 (IDE),提供高度可视化和自动化的设计框架
  • 由飞思卡尔 MQX RTOS 软件解决方案及相关中间件提供支持
  • 塔式系统模块化硬件开发平台,用于快速原型设计
  • 广泛的 ARM 生态系统中第三方开发支持,包括 IAR IDE
  • 定制的预认证参考设计:
    • 针对欧洲地区的高精度单相电表
    • 为中国和印度实施经济高效的电表,支持中性断开
    • 针对美国和日本地区的高精度两相电表

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