芯片功能（精选8篇）
芯片功能 篇1
0 引言
随着互联网的迅猛发展，互联网的用户数量呈几何级数增长，32位地址空间的设计使得IPv4地址数量严重不足[1]，目前IPv4地址已经全部用完。如果全部更换到IPv6上工作量极大，并且会导致网络维护成本升高。因此，需要尽量继续使用IPv4协议，而NAT(网络地址转换)是一种解决IPv4地址不足的技术。NAT服务器将内部私网IP转换为外部公网IP[2]，使得大量不同私网IP能够使用相同的公网IP访问互联网，从而减少注册公网IP的使用。
OCTEON芯片是Cavium公司推出的新型网络处理器，如今被广泛使用在各种网络产品中，包括智能交换机、防火墙、VPN(虚拟专用网)、WLAN(无线局域网)、三网合一网关和3G接入等[3]，其中诸多产品都对NAT功能有着需求。该处理器集成了专门定制的MIPS64指令集，同时支持数据面与控制面，具有硬件包加速、硬件包校验、硬件包排序、硬件管理任务调度和硬件定时器等协处理单元功能[4]，非常适合用于NAT功能的实现。
本文将介绍一种基于OCTEON处理器的NAT功能实现方案，通过发挥OCTEON芯片硬件特性，调整软件架构，较大程度地提高了NAT系统的性能。
1 NAT在OCTEON芯片中的机制选择
NAT在OCTEON芯片中有两种实现方式：一种是在OCTEON芯片上使用Linux操作系统，另一种是在OCTEON芯片上使用SE(简单执行程序)。
SE是基于OCTEON多核芯片处理器的一种软件，它不必运行于操作系统之上，可直接对硬件层进行操作，专门用于对报文进行处理，比如报文头的封装和解封装，报文的转发等。
与Linux系统中基于应用层的NAT不同，SE中实现的NAT是直接从OCTEON硬件中获取IP数据包，并从中快速解析出源、目的地址和端口等信息，将整个处理流程分解成多个子流程，各个子流程之间通过函数调用这种简单而高效的方式串接起来，整个地址转换流程在一个核上完成，摆脱了Linux复杂的IP协议栈、操作系统或虚拟主机，不存在数据在内核态和用户态之间拷贝，不存在软件指令在内核模式和用户模式之间耗时的切换，也不存在多进程、多线程并发导致的上下文切换等耗时的处理，具有较高的工作效率。为了充分发挥OC-TEON的硬件特性，追求更高效率的软件性能，采用SE的编码思路是实现NAT功能的是最佳选择。
NAT在SE上实现，实际上是将控制面与数据面进行分离的一种设计方式，示意图如图1所示。例如，CN56XX有12个核，选择第1个核运行Linux，作为慢速控制面，对设备进行控制管理，并将命令下发给SE。其他的11个核运行SE，作为快速数据面，进行NAT转换以及高速转发的操作。控制面需要将用户地址池、NAT公网地址池、NAT静态转换规则和NAT动态超时时间等信息发送给数据面。这种数据面与控制面分离的结构已经在数据通信产品中得到广泛应用，也是OCTEON芯片推荐支持的一种设计结构。
2 NAT在OCTEON芯片中的任务调度
NAT如果运行在SE中，则系统调度的基本单元不再是线程而是work。在SE中不再有线程这个概念，核的任务调度都是围绕着work开展的，所以work与任务调度的机制也是本次设计中的关键部分。
核是以work作为基本处理单位，而work是由SSO(调度同步排序)单元通过管理WQE(任务队列条目)来调度的。work可以是数据包进入PKI(包输入处理)单元后获得，也可以是Linux通过POW0口(Linux虚拟出来的一个网口，用于数据包在核之间游动)内部通信调度获得，还可以是软件构造挂载在硬件定时器上的work。
任务调度过程如下：
(1)数据包进入RX(接收)端口后，RX端口将其传送给PKI单元，PKI单元进行包解析，计算出此包的WQE数据。从FPA(空闲内存池分配)单元分配WQE缓冲区和包数据缓冲区，PKI把WQE写入WQE缓冲区(在L2/DRAM中)，把数据包写入包数据缓冲区。PKI执行ADD_WORK(添加任务)操作，把WQE指针添加到SSO单元中排队等待。
(2)Linux的控制面程序向SE发送配置消息，需要将配置消息构建成网络数据包发送到POW0这个虚拟网口。同时，Linux内核调用API执行ADD_WORK操作，将WQE指针发送给SSO，等待被SSO调度到核上。
(3)当SE建立了一条动态转换规则时，则会以此转换规则为主要信息构建一个work添加到定时器中，定时器会在定时溢出后进行ADD_WORK操作，将动态转换规则的WQE指针添加到SSO，等待核的调用。
当有核处于空闲状态时，会执行GET_WORK(获取任务)操作，从SSO获取一个新的WQE指针。这个WQE包含了包数据缓冲区的指针。核根据WQE的内容判断work类型，进行分别处理，流程图如图2所示。
如果这个work是来自于RX端口的数据包，并且源IP是用户IP，则进入NAT上行处理流程。如果源IP是非用户IP，则进入NAT下行处理流程。如果work来自于POW0口，则解析数据报文，进行NAT的配置管理。如果work来自于定时器，首先判断work中的转换规则在单位时间内是否被访问，如果被访问了，则继续将转换规则的work添加到定时器中，延长转换规则的使用周期;如果转换规则未被访问，则删除此规则。
3 NAT的任务流程
我们这里主要讨论静态NAT和动态NAPT(网络地址端口转换)的实现，在大多数场合中使用的都是这两种NAT功能。
在主任务流程中，收到数据报文后，首先对其进行预解析，并根据报文的源IP区分数据报文是上行还是下行数据。
上行数据，首先判断是否已经存在相匹配的动态转换规则，如果存在，则按照该规则进行数据包头部转换;如果不存在，则判断是否存在相匹配的静态转换规则，若存在则按照此静态转换规则转换，若仍然不存在相匹配的规则，则根据该数据包新建一条动态NAT转换规则。
下行数据同样要先进行下行动态转换规则的查询和转换，如果没有查询到动态转换规则，则进行静态转换规则的查询;如果查询到静态转换规则，则进行静态转换;如果仍然没有查询到相匹配的规则，则丢弃数据包。
静态NAT是在内网用户经过NAT将内网IP地址转换到一个固定的IP地址，这个转换是固定的。因此静态NAT规则的添加和删除大多是由网络管理员通过命令行或网管等方式进行配置，运行在Linux的控制面程序接收配置命令，通过POW0口将配置规则传递给数据面的SE,SE根据配置规则对静态NAT规则转换表项进行添加和删除操作。而静态NAT规则大多是在用户上线前就配置好了。动态NAPT规则的添加和删除较静态NAT规则更加复杂一些。如在上行数据流程中，用户查询会话信息，匹配静态NAT规则与动态NAPT规则失败之后，则根据用户数据流创建一条新的转换规则，并将转换规则加入定时器进行定时记数操作。如果单位时间内，此动态转换规则未被用户再次使用，则进行动态规则的删除操作。
4 NAT的算法
当NAT动态转换规则建立之后，需要将转换规则分配，插入到上行哈希表和下行哈希表中，这样在上行处理和下行处理时才能根据不同元组查到对应的转换规则。
NAT中的NAPT根据穿越能力，又被分为4大类[5]：完全锥形NAT、限制锥形NAT(IP限制)、端口限制锥形NAT(IP+Port限制)以及对称形NAT。这4种不同类型的NAT对应的算法采用不同的IP元组来计算哈希值。
NAT转换时对应的关键元组有6个(以上行方向判断源和目的)：SrcIP(源IP)、SrcPort(源端口);AliasIP(转换后IP)、AliasPort(转换后端口);DstIP(目的IP)、DstPort(目的端口)。具体元组的选择与哈希计算方式如下：
(1)完全锥形NAT：上行索引key=Hash(SrcIP+SrcPort);下行索引key=Hash(AliasIP+AliasPort)。
(2)限制锥形NAT：上行索引key=Hash(SrcIP+SrcPort);下行索引key=Hash(AliasIP+AliasPort+DstIP)。
(3)端口限制锥形NAT：上行索引key=Hash(SrcIP+SrcPort);下行索引key=Hash(AliasIP+AliasPort+DstIP+DstPort)。
(4)对称形NAT：上行索引key=Hash(SrcIP+SrcPort+DstIP+DstPort);下行索引key=Hash(AliasIP+AliasPort+DstIP+DstPort)。
根据NAT穿越性能的需要，采用不同的算法结构可以实现不同类型的NAT，其中完全锥形的穿透性最好，而对称形的安全性最高。
5 性能分析
为了验证本设计中的NAT性能，我们采用1台基于ATCA的数据处理板(含OCTENON5600芯片)、1台TestCenter测试仪、两个SFP(小型可插拔)光模块和两对光纤尾纤来搭建测试系统，并用1台PC机来控制ATCA单板和测试仪。以ATCA单板运行NAT测试系统。
测试组网方式如图3所示。ATCA单板的下联口IP地址为172.10.0.1，上联口IP地址为30.30.30.1;测试仪的下联口IP地址为172.10.0.2，上联口IP地址为30.30.30.2;测试仪模拟的用户地址池为172.10.0.100～172.10.0.120,NAT系统中配置的NAT公网地址池为30.30.30.100～30.30.30.120;NAT超时时间设为600s。因为下行数据包无法主动进行NAT转换表项的建立，所以本测试采用用户侧单向千兆吞吐量测试。在此基础上分别运行基于SE的NAT和基于Linux的NAT，以比较两种方案中NAT性能的优劣。
表1列出了两种方案实现的NAT性能比较。表1中，在长包处理上两种方案的NAT性能比较接近，而在短包处理能力上基于SE实现的NAT性能明显优于基于Linux实现的NAT的性能。例如，在包大小为64字节和128字节时，基于SE实现的系统吞吐量和线性百分比接近于基于Linux系统的两倍。吞吐量测试结果充分证明，本文提出的NAT实现方案具有较好的性能和较高的效率。
6 结束语
本文提出了一种基于OCTEON多核芯片处理器的NAT功能实现方案，此方案基于OCTEON芯片的简单执行层，充分发挥了芯片的硬件特性和软件架构优势。理论分析和实验结果表明，通过此方案设计出来的NAT系统具有更好的线性度和更大的吞吐量，较其他系统表现出更好的性能。此方案可以应用于路由器、防火墙等有NAT需求的网络设备中，具有较强的实用性。
参考文献
[1]曹继军.基于网络处理器的NAT协议研究与实现[D].湖南:国防科技大学,2004.
[2]Comer Douglas E.用TCP/IP进行网际互联第1卷:原理、协议与结构[M].北京:电子工业出版社,2007.
[3]王爱荣.基于OCTEON芯片的防火墙优化和市场分析[D].上海:上海交通大学,2006.
[4]Cavium Networks.OCTEON Plus CN56XX 8to 12-Core MIPS64-Based SoCs Product Brief[DB/OL].ht-tp://www.cavium.com/pdfFiles/CN56XX_PB_Rev1.3.pdf.
[5]IETF rfc 3489-2003,STUN-Simple Traversal of User Datagram Protocol(UDP)Through Network AddressTranslators(NATs)[S]
芯片功能 篇2
来源：中国电子报、电子信息产 [导读] 业界预期在2014年下半或2015年上半将出现全球手机芯片厂所推出解决方案均大同小异情况，届时手机核心芯片火力将明显不足，手机市占率决胜关键极可能转变为周边芯片及应用功能，尤其是快速及无线充电、指纹辨识、NFC等新应用，促使联发科、高通等纷秣马厉兵、加强投资。
关键词：无线充电NFC联发科高通
2014年联发科、高通（Qualcomm）等手机芯片大厂将在4G、8核心及64位元等新款晶片解决方案激烈交战，然业界预期在2014年下半或2015年上半将出现全球手机芯片厂所推出解决方案均大同小异情况，届时手机核心芯片火力将明显不足，手机市占率决胜关键极可能转变为周边芯片及应用功能，尤其是快速及无线充电、指纹辨识、NFC等新应用，促使联发科、高通等纷秣马厉兵、加强投资。
尽管2014年智慧型手机硬体持续升级动作，然近期联发科、高通等晶片大厂纷强化包括快速及无线充电、指纹辨识、NFC等新应用技术投资动作。台系IC设计业者表示，2014年智慧型手机硬体恐欠缺创新技术，硬体功能将面临升级瓶颈，国内、外品牌手机厂决定改从周边产品及技术应用下手，希望给予消费者更新的使用体验，进而触动换机需求。IC设计业者指出，尽管2014年各家晶片大厂4G、8核心及64位元手机晶片解决方案将陆续出炉，由于8核心世代应会持续一段时间，至于12及16核心手机晶片解决方案因综效不明，加上主流制程技术难跟上进度，全球手机晶片市场极可能在2014年下半便出现升级无力的困境，高阶智慧型手机市场将面临核心晶片火力不足问题。
面对快速及无线充电、NFC、指纹辨识等功能极可能是2014年新款智慧型手机新应用亮点，联发科及高通当然不会放过此一决胜市场关键，纷加大投资力道。台系类比IC供应商表示，透过无线及快速充电等新应用，可望让手机使用者拥有非接触式充电，以及充电时间大幅缩短的便利性。
联发科在2013年底已号召逾10家国内、外类比IC供应商，共同加入这波无线及快速充电应用技术的革命商机，尽管联发科抢先出招，然预期快速及无线充电应用介面及功能仅
需增加整体成本不到10%，面对终端手机市场品牌及白牌业者激烈竞争，联发科诉求高性价比的新应用晶片似乎颇有胜算。
芯片功能 篇3
关键词：I2C总线； PMU；RS232接口； SDA； SCL
中图分类号：TP23 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）18-0018-02
I2C总线产生于20世纪80年代，最初为音频和视频设备开发，如今主要在服务器管理中使用，其中包括单个组件状态的通信。例如管理员可对各个组件进行查询，以管理系统的配置或掌握组件的功能状态。
1 I2C总线基本特征
I2C总线支持任何IC 生产过程 （NMOS CMOS、双极性）。两线——串行数据（SDA）和串行时钟 （SCL）线在连接到总线的器件间传递信息。每个器件都有一个唯一的地址识别（无论是微控制器——MCU、LCD 驱动器、存储器或键盘接口），而且都可以作为一个发送器或接收器（由器件的功能决定）。很明显，LCD 驱动器只是一个接收器，而存储器则既可以接收又可以发送数据。
I2C总线特征（图1）只要求两条总线线路：一条串行数据线SDA，一条串行时钟线SCL；每个连接到总线的器件都可以通过唯一的地址和一直存在的简单的主机/从机关系软件设定地址。
2 I2C芯片工作特征
本设计中的产品是一款使用I2C总线或SMBus控制I/O扩展口的器件（图2）。它提供了8位通用并行输入/输出 （GPIO）擴展SMBus I2C总线的应用程序。由一个8位配置（输入或输出选择）；输入、输出和极性反转（活跃的高或低操作活跃）寄存器。主系统可能设置I/Os要么作为输入或输出写入I/O配置部分。这个数据对于每个输入或输出保存在相应的输入或输出寄存器。设置寄存器的接通电源的重置为其默认值和初始化设备状态机。三个硬件地址（AD0，AD1，AD2）改变固定I2C总线地址和允许最多8设备共享相同的I2C总线/ SMBus。
操作参数
VCC操作范围：1.65～5.5 V
SDA电流能限：30mA
5.5 V最大I/O输出
极性反转寄存器
低中断输出
低待机电流
噪声滤波器在sci/SDA输入
内部接通电源的重置
8位可编程奴隶地址使用3地址插头
8个I/O扩展口，默认为8输入
3 功能实现细解
本文的目的是对指定一个接口板之间的一个PC和一个用于I2C应用板。主要特征是将标准个人电脑的USB或RS232串行链接到专门用于PMU的数字接口。用于PMU的数字接口硬件和软件必须尽可能地通用和使用I2C同步串行连接SPI或并行链接。此外，主系统必须提供一些模拟输入为了执行模拟测量用于PMU的输入/输出如果需要。这个文件将指定两个板的硬件和软件和个人电脑软件。
FT232RL是USB到UART转换器，它是一个USB来串行接口与UART先进的特点：单片USB异步串行数据传输接口。完全集成的1024位eepm存储设备描述符和CBUC I/O配置。256字节接收缓冲区和128字节发送缓冲区。传输和接收led信号。C-BUS变频器在UART接口到+1.8V和+5V逻辑电平。USB连接， 实现了一个芯片遵循USB异步串行数据。信号使用USBDP（数据信号加上）、USBDM（数据信号moins）、VBUS发电和地面指针。在接口板， 输入连接器是USB mini B类型。不使用FT2323RL CTS和RTS，这个RS232接口是一个低成本的接口使用MAX202装置。这个装置不使用CTS和RTS （硬件流控制）， 所以只有 RX、TX 。
对于接口板而言有三个可能性的电源：USB电源；板本身测试的电源；锂电池。这个连接器供给所有的数字信号，VCC_PMU可以作为稳压电源也可以作为非稳态电源。数字信号I/O默认为输入时，稳态与非稳态的电源都可以作为工作电压，而不必切换。接口板利用PLC的CPU芯片实现程序读写功能，但是这个PLC芯片实际工作电压仅为3.6V。因此对于I2C应用板I/O扩展口并能满足5V的工作要求。因为简单的个人PC的USB输出的电压已经达到5V。这个接口板为微控制器和每一个内部电路提供电源（为I2C和SPI提供场效应晶体管的电平转换或电路内部的电平转换）。单片机PIC供电为+5V，电平转换通过S_VIN 和+5V。数字I/O管理一些用于PMU，主系统必须提供一个6位的I/O端口从微控制器。根据用于PMU，软件将管理这个端口。这些电线过电压保护、地面和+ Vcc短路。当这些指针不再用于给定的测压装置，不连接入电路（软件将初始化它们作为数字输入或定义默认状态）同步串行链接接口板之间的联系和用于PMU的。这个链接是一个I2C或SPI总线。单片机将直接提供这些特性在专用的多路作为I/O插脚。所以软件将从一个标准切换到另一个标准。这是为了工作中与所有当前和可用的PMU提供通路。其中一个中断线关联于同步串行总线。 协议层是指PC对CPU进行读写功能操作，并且使得I2C应用板可以在I/O扩展口获得需要的输入或输出的状态工作。每个交换PC和主板将之间遵循规则：根据该协议，向CPU写入协议包含的命令，是PMU进行工作，进一步得到I2C应用板的I/O扩展口定义，如用于PMU状态寄存器变化。
4 结语
本文介绍的方法表明，通过接口板完成对CPU的指令管理以使I2C应用板上的I2C器件工作并确保I/O扩展口可以工作，此方法是可行的。I2C总线技术应用于广泛的拥有I/O口的接收机中，用8或16位位单片机对接收机的状态进行控制，不仅减少了总线数量，提高了可靠性，而且还较大降低了成本。在实际使用时，可在I/O口加上应用电路及相应程序，利用PC通过RS232口与单片机通信，进行调试，以使I/O口具备客户端所需的定义。
参考文献
[1] 康华光.电子技术基础：模拟部分第四版[M].北京：高等教育出版社，2000.
[2] 李学海.PIC单片机实用教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.
芯片功能 篇4
1 UC3842芯片工作原理
UC3842是Unitrode公司生产的一种高性能固定频率单端输出式电流控制型脉冲宽度调制器, 具有精确的占空比控制、输入和参考欠压锁定、逐相电流限制保护等特性[1]。
如图1所示为UC3842芯片的内部结构图, 各脚的功能介绍如下。
1脚 (COMP) :芯片内部误差放大器的输出端, 和2脚之间外接阻容元件用于环路补偿和改善误差放大器的性能。
2脚 (VFB) :电压反馈脚, 误差放大器的反相输入端。
3脚 (CURRENT SENSE) :电流比较器输入端, 当外接取样电阻上的电压大于1 V时, UC3842过流保护停止工作, 开关管截止。
4脚 (RT/CT) :同8脚之间外接RT和CT, 通过充放电产生振荡, 从而确定输出PWM的频率, 振荡器频率f可由f=1.8/ (RT×CT) 计算。
5脚 (GND) :变压器输入和电源的公共地。
6脚 (OUTPUT) :PWM波形的输出端。
7脚 (VCC) :供电端, 有16 V (通) 和10 V (断) 低压锁定门限, 可外接过压保护电路。
8脚 (VREF) :参考输出端, 向外提供5 V基准电压, 并配合4脚实现内部振荡器工作。
2开关电源电路设计
2.1系统框图
开关稳压电源的系统框图如图2所示。整个电路包括滤波整流电路、变压器回路、稳压滤波电路、PWM控制器电路和电压调节反馈回路。输入交流电经整流滤波后得到的直流电压, 加到开关管和变压器线圈上, 由PWM控制器UC3842分配开关管的导通和截止时间, 以完成对变压器原边绕组的充放电控制, 次级输出通过稳压滤波得到满足要求的直流电压, 输出电压再反馈到UC3842, 调节PWM占空比, 确保输出电压稳定。
2.2开关电源设计原理
图3为系统的总电路设计图。T2为高频变压器, U2是三端可编程并联稳压二极管TL431, O1是光耦TLP521, D13为瞬态抑制二极管P6KE120A, 开关管Q1选用的是功率场效应管IRF830, RT和CT用来确定振荡器的振荡频率, 本系统的频率约为60 kHz。输入电压范围可在50～250 V变动, 输出为5路输出隔离的直流电压, 分别为:3路12 V/600 mA、1路5 V/1 A、1路5 V/300 mA。
启动工作电路[2,3]:启动电路由C7和R5构成, C7经R5充电, C7的电压达到16 V时, UC3842开始工作, 有脉冲输出, 使MOS管导通/截止。导通时能量储存在变压器原边绕组中, 由于二次侧的各绕组的同名端被二极管反向偏置, 故能量不能传到变压器的二次侧。Q1截止时, 原边绕组的D6和D13偏置, 使得原边绕组的能量都释放到二次侧, 有电压输出, D5导通, 给UC3842供电。
漏极钳位保护电路:D13和D6构成了该保护电路, 主要作用是将由高频变压器漏感产生的尖峰电压钳位到安全值以下, 此处D13的钳位电压是120 V。
开关脉冲形成:R11为电流采样电阻, 它将电流变化转换为电压变化, 当R13上的电流慢慢变大时, 3脚上的电压也随之增大, 大于1 V时, 电流比较器翻转, 芯片6脚输出低电平, Q1截止, 变压器将Q1导通时存储的能量释放到次级, Q1的导通和截止形成了开关脉冲。
反馈电路和占空比调节[2,3]:由光耦TLP521和稳压管TL431组成, 利用TL431构成误差放大器, 通过线性光耦对输出进行精确的调整。输出电压经过R13、R14、R15分压后得到的取样电压, 与TL431中的2.5 V参考电压进行比较, 当输出电压出现偏大时, 光耦TLP521的原边电流增大, 内部发光二极管变亮, 光耦另一端输出电流增大, UC3842的2脚反馈端电压值增大, 6脚输出脉冲信号占空比降低, 开关管的导通时间减少, 输出电压降低, 从而达到了稳压的目的, 反之亦然。同时, 整个电源系统的输入、输出被隔离, UC3842受到的干扰减少, 输出稳定。
本电路在设计时充分考虑到多种情况下使用的思想, 特意在输入端加了一个变压转换, 使得输入电压范围本来为100～250 V扩大到现在的50～250 V, 在实验和生产中都能适用, 填补了市场上没有此产品的空白。
另一个创新为:在输出端LM2596的电路没有采用经典电路, 而是用定值电阻抬高电压的方法代替传统的可调电阻输出可调电路, 这样避免了由于可调电阻不稳定引起输出不稳定的情况发生。而且各路输出隔离, 可以单独给每个电器供电, 避免了共地的短路影响。所以该电源较其他产品输入范围更广, 输出更稳定。
3实验
该设计方案已经做成实物并在使用之中, 测试得其电压调整率、负载调整率和纹波如表l所示。
图4 a) 给出了UC3842芯片6脚的输出PWM波形和采样电阻R11上的电压波形。图4 b) 是其中一路5 V/1 A的输出波形, 纹波不大于0.5%, 验证了本方案的正确性。
4结语
经测试及长时间使用证明, 该多功能开关电源具有适用范围广、输出稳定可调、成本小、负载调整率和电压调整率高等优点。现已投入实际中使用, 工作稳定可靠。
参考文献
[1]张占松, 蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].北京:电子工业出版社, 2004.
[2]衡耀付, 陈富军.一种基于UC3842的新型开关稳压电源设计[J].电力自动化设备, 2009, 29 (9) :133-136.
芯片功能 篇5
BL6523适用于简单单相多功能或单相电力线载波电能表应用，具有较高的性价比。集成了3路高精度Sigma-Delta ADC，参考电压，电源管理等模拟电路模块，以及处理有功功率、电流电压有效值等电参数的数字信号处理电路。同时BL6523具有两个电流采样端，分别采样火线和零线电流，当相差超过6.25%时，发出指示信号，表明有窃电行为或错误接线。
另外，BL6523能够测量单相有功功率、双电流电压有效值等参数;具有失压及过压监测功能;电流电压峰值检测;过零检测;能够充分满足简单单相多功能电能表的需要。
芯片功能 篇6
随着我国经济的发展,电力供应已呈现了紧张的局面,尤其在沿海一些人口众多,工业、经济发达的城市尤为严峻。为缓解这一现状,供电部门正大力推广分时计费,多费率等计费模式[1],因此三相多功能电能表成为电能表领域新的发展趋势和需求热点。
美国模拟器件公司(ADI)推出的电力计量芯片ADE7758具有体积小、精度高、开发方便等特点。该IC内嵌了高精度的模数转换器和固定模式的高速数字信号处理器(DSP),具有数字积分、滤波和众多实用电能监测、计量功能,只需与芯片的接口(SPI)通信便能获取计量结果,大大简化了电力计量应用模块化的设计,有利于提高产品性能,降低产品成本。
2 多功能电能表功能简述
多功能电能表结构如图1所示。该表具有测量三相电源的电压、电流、频率、功率因数、有功功率、无功功率等电量参数功能;能分时段记录有功电能、无功电能;具有多种通信接口[2]。
电能表电源由三相电压供给,供电可以采取三相三线或三相四线方式,只要有一相电源供电正常电表就能工作。三相电压经过降压、整流、滤波、稳压等调整电路后,为电能表内各芯片提供适当工作电压。
三相电压、三相电流等电量参数的计量由ADE7758芯片内部的数字信号处理器(DSP)完成。微处理器MCU通过SPI串行接口读取ADE7758芯片内部的当前电量数据信息,根据当前电量信息及电能表设置要求完成各种复杂数据计算处理。微处理器MCU将处理结果送LCD显示,通过RS485总线、Pyxos接口、GPRS无线网络等接口模块[3],以完成三相多功能电能表的各种功能。
3 三相多功能电能表关键技术设计
3.1 计量芯片ADE7758概述
计量芯片ADE7758的基本特性如下:
(1)精度高:常温下,有功电能误差<0.1%。
(2)采集数据:有功/无功/视在功率,电压、电流有效值,采样波形数据等。
(3)2组脉冲输出:有功功率、无功或视在功率。
(4)兼容三相/三线,三相/四线等接线方式。
3.2 计量芯片ADE7758的引脚功能及硬件设计要点
如图2所示,三相电压、三相电流经过互感器和调理电路后,输入到计量芯片ADE7758的三相电压、电流采集端。ADE7758芯片内部的数字信号处理器(DSP)对采集三相电压、电流数据进行计算处理,并转换为有功功率、无功功率、视在功率、无功功率等电量信息,这些电量信息由微处理器MCU通过SPI串行接口读取。
(1)电源部分[4]
引脚:数字地端DGND(2)、数字电源端DVDD(3)、模拟地端AGND(11)、模拟电源端(4)。
ADE7758芯片的数字、模拟电路部分供电是独立的。电源电压应维持在5V±5%,用一个10u F的电容和一个100n F的瓷片电容并联耦合。当使用同一个5V电源供电时,可采用电感进行分隔。模拟地端为内部ADCS、温度敏感元件、参考电压端等部分的参考地端,该引脚应该连接到系统的标准模拟地或干扰最小的接地点。干扰最小的接地参考点应该跟所有的模拟电路相连。为了减少ADE7758芯片地端的噪声,模拟地端和数字地端应该只用一个点来连接。也可以把整个器件都安放在模拟接地面上。
(2)基准电压
REFIN/OUT(2):基准电压。ADE7758片内具有基准电压,标称值为2.42 V。可以使用外部基准电压与该引脚相连。无论是否要连接外部基准电压,该引脚都应该用一个1u F的瓷片电容跟AGND连接耦合。
(3)电流输入通道
引脚:A相电流IAP(5)、IAN(6);B相电流IBP(7)、IBN(8);C相电流ICP(9)、ICN(10)。
电流输入通道为全差动电压输入,应用时要注意电流输入的极性,否则会造成功率计算错误。根据内部放大器的增益选择来设定输入差动电压的最大值,最大差动输入可选择±0.5V、±0.25V、±0.125V。
三相多功能电能表的电流输入通道一般采用电流互感器(CT)进行隔离转换,常用互感器电流规格为1.5A/6A。对于大电流用户,采用外接一次互感器,按标准其电流输出为5A。
(4)电压输入通道
引脚:A相电压VAP(16);B相电压VBP(15);C相电压VCP(14);零线VN(13)。
电压输入通为单端电压输入,最大信号电压±0.5V(相对于VN端)。可以通过内部寄存器PGA选择输入信号最大值为±0.5V、±0.25V、±0.125V。
三相多功能电能表的电压输入通道可以采用电压互感器(PT)进行隔离转换,也可以采用采用电阻网络分压方式。电阻网络分压方式可以降低产品的成本,但存在电表与三相交流电不隔离的问题。
(5)SPI总线接口及中断
引脚:片选信号CS(21);SPI串行接口的数据输入端DIN(22);SPI串行接口的时钟输入端SCLK(23);SPI串行接口的数据输出端DOUT(24);中断请求输出IRQ(18)。
当IRQ输出变为低电平时,微处理器MCU的ISR必须对中断状态寄存器进行读操作,以确定中断源。在对状态寄存器的内容进行读操作时,IRQ的输出在第一个字节传送的最后一个SCLK下降沿上被设定为高电平(对中断状态寄存器读出的命令)。直到下一次8位传送的最后一位(中断状态寄存器的内容)被移出之前,IRQ输出都保持高电平,若这时中断尚未决定,则IRQ输出将再次变为低电平。若没有任何中断处于等待状态,则IRQ输出将保持高电平。
(6)其他引脚
APCF(1):有功功率校正频率逻辑输出引脚。
VARCF(17):无功功率校准频率逻辑输出。
CLKIN(19)、CLKOUT(20):数字信号处理时钟。
3.3 Pyxos FT嵌入式控制网络功能及硬件设计
多功能电能表通信网络接口一般采用RS485接口方式。RS485接口简单,但存在通信协议不标准的问题。采用Pyxos嵌入式控制网是一个有效解决方案。
Pyxos FT平台是美国埃施朗公司的最新一代嵌入式控制网络平台。该平台是一种I/O网络技术,应用在控制器和相关的I/O之间。I/O总线传输的数据通常只直接供控制器使用,使用简单的控制策略,避免使用分离的I/O布线。
Pyxos FT平台特性[5]:网络传输速率高(312.5kb/s),响应时间短(≤25ms/32节点),网络自组织安装,不需要特殊工具。支持在同一对通信双绞线上连接电源,通信信道供电,无极性。总线连接可达400米,自由拓扑连接可达100米。低成本,体积小(5mm×5mm),非常适于嵌入到各种各样的设备中。使用和Lon Works网络共享的数据类型,因此Pyxos节点和Lon Works设备能够无缝地集成。微处理器MCU通过SPI总线接口,可以读取Pyxos数据。微处理器MCU与Pyxos芯片连接如图3所示。
4 系统软件
系统软件包括系统初始化、时间读取与时段判断程序、电力参数计算、通信命令处理、产生各种历史及报警记录、显示状态等模块组成。软件流程如图4。
其中读电能参数及计算模块将完成电力参数滤波、电力参数计算以及电能累加功能。系统实时读取ADE7758芯片内部存储的各相有功电能、无功电能、电压有效值和频率原始值,经过滤波处理,获得正确的电力参数,并通过计算公式完成三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率等测量。
5 系统应用
利用网络电能表组成的校园楼宇供电管理系统如下图5所示。由电流互感器、网络电能表、红外探测器、门磁、Lon Works控制器(DDC)、i.Lon网关等组成。对配电房三相电源的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、配电柜开关分合状态等多种参数进行监视查询。对教室供电实行“有人供电,无人断电”处理。对校园公共照明按时间、亮度进行控制。结合系统管理软件实现智能化管理。
该系统自09年4月运行以来,经过测试和数据分析,具有性能稳定、成本低、功能完善等优点。
6 结束语
该系统采用了ADE7758芯片,大大地减少的软件中的计算工作,而且提高了系统的测量精度。Pyxos嵌入式控制网络技术为电能表实现网络化测控提供了很好的技术平台。Pyxos能无缝地和GB/Z 20177Lon Works网络以及互联网连接在一起,适合各种应用的要求。因此,多功能网络电能表的研究具有较好的推广应用价值。
参考文献
[1]张晓东,屈百达.基于ADE7758的复费率三相电能表设计.电子技术[M],2008,45(1):28～31
[2]王翠青,陈未如,任子真.基于ATmega128L和ADE7758的电子式多功能电能表的设计与实现[J].沈阳化工学院学报,2008,21(1):81～84
[3]黄聚永,袁慧梅,张志忠.基于ADE7758芯片的GPRS网络电能表的设计与实现[J].微计算机信息,2007(1):166～167
[4]Analog Device Inc.Poly Phase Multifunction Energy Metering IC.http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/A DE7758.pdf,2008-10
芯片功能 篇7
目前的单层电路卡, 逻辑与存储芯片分隔在不同区, 通过电线连接。就像城市街道, 由于数据在逻辑区和存储区来来回回地传输, 常会产生拥堵。而多层的逻辑芯片和存储芯片形成一种“摩天大楼”式的芯片, 数据通过纳米 “电梯”实现立体传输, 避免了拥堵。
几十年来,“更小、更快、更便宜”已成为推动电子设备 发展的魔 咒。“多层 ”芯片的 提出又给 它增加了 第四个———更高。这种新方案能在存储层上叠加逻辑层, 紧密且互相连接, 通过数千个纳米级的电子“电梯”在各层之间运输数据, 将比目前单层逻辑芯片和存储芯片间的连线速度更快, 耗电更少。
这项创新研究取得了三项突破: 第一是制造晶体管的新技术, 晶体管是微小的门, 通过开关电流来代表1和0; 第二是新型的计算机存储器, 具有多层结构; 第三是把制造逻辑门和存储器的新技术整合在一起, 成为多层结构的 新技术 ,这与以往的堆叠芯片完全不同。
这项研究还在早期阶段, 但设计和制造技术是可升级的,随着今后的发展, 这种结构将会使计算机性能大大提高, 超过现有任何计算机。”
这种芯片的原型已在去年的国际电子器件大会 (IEDM)上展出过, 显示了怎样把逻辑和存储芯片结合到一种能大规模生产的三维结构上。可以说, 这改变了芯片的范式。有了这种新结构, 电子制造业会把你手中的计算机变成强大的超级计算机。”
工程师几十年前就已造出了硅芯片。但无论手机还是平板电脑都会发热, 放出热量的大小也能显示其内部问题。即使把它们关上, 有时也会有电从硅晶体管中泄露。用户会感觉到热, 对系统本身来说, 这种泄露也会耗尽电池, 浪费电力。研究 人员正致 力于解决 这一难题 , 比如用碳 纳米管(CNT) 晶体管。
碳纳米管非常纤细, 20亿根才有一根头发粗细, 所以漏电要比硅少得多。用以往的生产碳纳米管的标准工艺, 造出的纳米管密度不够致密。研究小组攻克了这一难题, 开发出一种灵活的技术, 能把足够多的碳纳米管打包在足够小的面积里, 以制造有用的芯片。先在圆形石英晶片上用标准方法生产碳纳米管, 然后增加厚度到一定量, 再用黏合法把整个碳纳米管层从石英介质上剥离, 放到硅晶片上。这种硅晶片就是他们多层芯片的基础。
研究人员先要制造密度足够大的碳纳米管层, 才能制造出高性能的逻辑设备。他们按这种工艺重复13次, 在石英晶片上生长了一大堆碳纳米管, 然后用转移技术剥离, 把它们沉淀在硅晶片上。用这种简捷的技术来固定, 他们造出了一些迄今密度最高、性能最高的碳纳米管。他们还证明了, 在制造多层芯片时, 能在超过一个逻辑层上实施这种技术。
这种新型存储器与目前的存储器完全不同, 不是以硅为基础, 而是用氮化钛、二氧化铪和铂, 构成一种金属—氧化物—金属的夹层结构, 从一个方向通电会产生电阻, 而反向通电则能导电。从电阻到导电状态的改变, 就是这种新存储技术形成数字0和1的方式, 所以它的名字就叫做电阻式随机存取存储器或RRAM。
RRAM比目前的存储器耗电更少 , 在移动设备上使用能延长电池寿命。这种新的存储技术也是制造多层芯片的关键,因为RRAM能以比硅存储器更低的温度制造。
芯片功能 篇8
两家新进入者 (晨星半导体和RDA/Coolsand) 正在加大对中国市场的手机芯片发货量。我们估计RDA/Coolsand已经实现了每月100万件的发货量, 而晨星在400万件左右。RDA/Coolsand采用的是低端市场低价策略 (价格为1.8美元, 而联发和展讯在2.1～2.2美元) 。晨星半导体的业务主要在高端功能手机市场, 部分中国手机厂商采用晨星的芯片产品设计“半智能手机”。
由此, 我们认为领头羊 (联发和展讯) 的2G芯片市场份额将从2011年上半年的92%降至下半年的88%。尽管新进入者的市场份额依然较低, 但在近期也将给价格带来压力。
———WCDMA市场份额的变动依然有限
我们认为, 近期高通在3G市场上的领先地位不会被撼动, 其主要的竞争压力来自于联发的新3G手机解决方案, 但后者的市场需求仍然较低。领先品牌 (华为、中兴和TCL) 仍然在其领先的品牌智能手机中使用高通的芯片产品。只有联想今年年底会使用联发的芯片组, 我们预计订单量将不足100万件。
预计今年高通将在中国内地售出约1.8亿件3G和CDMA芯片 (约3000万件用于智能手机, 5000万件用于功能手机, 1亿件用于数据卡) , 同时联发将成为第二大3G芯片厂商, 不过其总发货量不足1000万件 (其中智能手机不足300万件) 。
———TD-LTE备战中
虽然中移动在积极推广TD-SCDMA, 但TD网络的技术问题以及缺乏智能手机的支持限制了其上升空间。现今大多数TD-SCDMA手机仅仅是功能手机, 价格与2G手机一样低。随着TD-LTE规模试验网建设的稳步推进, 大多数芯片厂商都加快了相关技术开发的步伐, 纷纷把目光投向TD-LTE。
在芯片领域, 展讯应成为2011年TD-SCDMA芯片厂商的第一名, 我们预计公司将销售1000万～1500万件TD-SCDMA芯片。联发和大唐/联芯应排在第2与第3位, 发货量均在500万～1000万件。根据瑞银分析师Steven Chin的看法, 如果2011年下半年OPhone成功增产, Marvell可能会达到400万～500万件的TD-SCDMA芯片发货量。今年晚些时候高通也可能完成TD-SCDMA芯片解决方案 (仅为基带) , 不过我们认为公司的目标是未来的TD-LTE市场。
过去几年, 低端智能手机成为中国手机厂商的热门话题。我们估计2011年中国手机厂商的智能手机总发货量将从2010年的700万部左右增至3500万部左右。尽管相比全球智能手机市场规模, 这一发货量仍然较低 (瑞银估计2011年全球发货量为4.18亿部) , 但增幅却相当强劲。高通将在中国智能手机市场上保持90%的份额。
———机遇
智能手机越来越便宜, 而且有些机型的零售价已经低于1000元。2011年上半年, 大多数1000元以下的智能手机仍然采用600MHz以下的CPU, 意味着这些手机无法顺畅地运行应用程序, 比如热门游戏《愤怒的小鸟》。如今, 大多数1000元以下的新机型都采用600MHz以上的CPU, 有可能解决上述问题。
———挑战
尽管手机厂商和运营商都在积极推广低端智能手机, 但终端需求实际上尚未有明显增长。数据下载服务的较高月服务费以及低端手机的较差性能是需求疲软的主要原因。尽管手机价格可能为零 (由于补贴的缘故) , 但用户支付给运营商的年费用仍然超过1000元 (每月300MB数据传输, 足以满足普通用户查看电邮、微博以及其他普遍使用的应用程序所需) 。此外, 使用智能手机观看视频节目 (比如YouTube) 或下载很多图片的用户每月下载量很容易突破500MB, 这种情况下费用就可能达到每月200元。
中国联通正在积极推广智能手机, 以期实现全年新增用户2500万户的目标。近期的推广活动 (每月96元即可领取免费的中兴V880或联想A60手机) 看似更具吸引力, 因为智能手机的CPU已经升级到600MHz以上, 但尚不清楚这一推广活动能否刺激需求。
在其他新兴国家, 由于ARPU较低, 低端智能手机的推广甚至更为困难。这些国家的大多数用户可能都无法支付高昂的月租费。我们认为“半智能手机”在这些国家可能比真正的智能手机具有更好的机会。半智能手机是基于Media Tek 6235/36或Mstar 8535的产品, 是高端的EDGE功能手机。芯片厂商改变了用户界面, 使它们看起来像智能手机, 不过这些手机并不能访问苹果的App Store或谷歌的Marketplace, 因为它们并非真正的智能手机。
此外, 安卓平台也面临长期的不确定性。安卓智能手机厂商面临的最大挑战是专利问题。由于安卓是免费操作系统而且谷歌的知识产权库不像苹果电脑或微软那么庞大, 因此谷歌不能帮助遭到第三方起诉的安卓智能手机制造商解决专利问题。虽然专利问题在中国通常不那么关键, 但倘若谷歌需要改变经营模式, 国内智能手机厂商就会面临巨大挑战。
现在的安卓3.0和4.0已不再像以前那么开放。同样的, 谷歌最近开始斥资保护相关专利。7月13日该公司从IBM购买了1030项技术专利。8月15日谷歌宣布将收购摩托罗拉的手机业务。可以预见, 安卓最终将从自由操作系统变为封闭系统。如果出现这种情况, 芯片和手机厂商在开发安卓产品时将面临更大困难。