原创 智能电表专用MCU及外接晶振的匹配要求

作为智能电网的的基本数据采集设备，智能电表除了必须的采集、计量和传输功能外，还因该具有双向多种费率计量、用户端控制、多种数据传输模式的双向数据通信、防窃电等智能化功能。这就要求核心器件——MCU具有LCD接口、RTC实时时钟、各类通信等外设，如RS485、PLC、无线模块等接口，具有良好的性价比和超低功耗。

由于特殊工作模式和超低功耗要求，智能电表MCU属于一种专用芯片。以下以FM3318为例，说明电表类MCU的实用方法。

电表MCU电源范围2.0~5.5V，工作温度-40°C~+85°C，具有低电压检测报警功能，其特殊性主要体现在时钟和模数转换方面。

（1）时钟系统

FM3318带有两路内部时钟，高速时钟RCHF工作电流典型值为70μA，最大值为100μA，高速振荡频率最小值为8MHz，最大值为32MHz。低速时钟RCLF频率125kHz，工作电流为5μA。

FM3318支持两路外部晶体振荡器，高速外部振荡频率XTHF采用外接的1-12MHz石英晶体作为时钟源，振荡频率最小为1MHz，最大为12MHz，工作电流为750-2000μA。

低速外部振荡频率XTLF由外接32768Hz石英晶体产生。为降低智能电表的系统功耗，该晶振提供4种工作模式，工作电流分别为：

弱振：0.8μA

次弱振：1.6μA

次强振：4μA

强振：10μA

由于如此苛刻的工作模式和超低功耗要求，FM3318 MCU采用了由日本精工专门定制的32768Hz石英晶体作为时钟源。

PLL方面，FM3318 MCU的输入时钟频率为32kHz，输出时钟频率典型值为16MHz，最大值24MHz，最小值为8MHz，锁定时间2ms，抖动峰峰值为500ps。

(2)ADC

MCU带有高分辨率ADC，典型值为11bits，DNL差分非线性度为+-1LSB，INL积分分线性度为+-2，失调误差典型值+-1，最大值+-3，转换时间不超过2048个时钟，转换速率为500Sps。

为了满足智能电表的低功耗要求，FM3318 MCU采用了由日本精工专门定制的32768Hz石英晶体作为时钟源。安排生产时，必须注意以下事项：

（1）采用FM3318 MCU芯片进行生产时，与FM3318匹配的32768Hz晶振必须采用复旦微定制的精工晶体，具体型号为VT-200-F（匹配电容12.5pF，20ppm）。

（2）32768Hz晶振外壳在进行固定时，不得采用点锡方式将外壳与地进行固定，点锡时过高的温度会导致32768Hz晶体的永久性损伤。

（3）在布板时，32768Hz晶振应尽量靠近FM3318芯片的60、61引脚放置，距离不能超过5mm。由于晶体振荡器较弱，距离太远会导致晶体振荡不稳定，布板时建议32768Hz晶振两管脚中间开槽（0.6mm），防止焊接晶体时留下的松香等助焊剂吸潮，减小晶体引脚间的阻抗，造成频率变化。并且在铺地时，建议网络XTAL1和XTAL2与地的安全间距设置>=25mil。

（4）若采用超声波工艺对电表模块进行清洗时，32768Hz晶振不得焊接，必须在超声波清洗工艺完成以后，再焊接上32768Hz晶振，否则超声波会导致32768Hz晶体的永久性损伤。

（5）不得采用超声波进行表壳焊接，否则也会导致32768Hz晶体的永久性损伤。另外，如果对引脚进行焊接，温度要控制在300摄氏度以下，加热时间要控制在5秒以内，外壳受热部位温度要控制在150摄氏度以内。