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清晨，闹钟准时响起，窗帘自动拉开，床灯随之亮起，音箱中则自动传出每日的早间新闻，从而唤醒熟睡中的你，而这只是智能家居中的冰山一角。作为人类群体追求更高生活品质的居住空间，智能家居正飞速普及至我们的日常生活之中，极大地提升了生活的便利性与舒适度。 然而，随着单品智能向全屋智能的快速发展，不同智能家居设备的工作电压与通信频率等运行参数存在差异，它们共同运行在一个智能家居系统之中，其所产生的电气噪声与电磁干扰会互相影响，并形成潜在的安全隐患。例如，电气噪声可能导致线路过热，增加电气火灾的发生风险；电磁干扰可能会造成信号失真，导致电视、摄像头画面卡顿、模糊甚至丢失等。 数字隔离器，让智能家居告别电气干扰 为解决智能家居中所潜存的安全隐患，引入数字隔离器的重要性正日益凸显。资料显示，数字隔离器是一种能在高低压电路之间提供电气隔离能力的安规器件，同时其还能在电气隔离环境下实现数字信号的单向或双向传输，并可有效阻止电气噪声沿电路传播，防止电源噪声、外部电磁干扰等进入敏感电路。 简单而言，数字隔离器就像是一座 “信号桥”，既能让数字信号顺利通过，又能把两边的高低压电路隔离开，避免它们之间产生电气干扰现象 ，在智能家居行业中起到了至关重要的安全防护作用。 例如，在家用的空调设备中， CMT860xx 系列隔离驱动器可用于空调外机中控制电路与变频空调压缩机之间的隔离，其高隔离电压（如 5000VRMS）和强抗干扰能力（瞬态共模抑制典型值CMTI为± 200kV/uS）能有效隔离高低压电路，阻断干扰，确保驱动信号的有效传输，精准控制压缩机转速，使空调快速达到设定温度并稳定运行，提升制冷制热效率，降低能耗。 数字隔离器在空调机中的应用方案简示图 CMT812x系列数字隔离器可用于空调外机与空调内机之间的隔离，其能消除空调外机和空调内机之间的信号线上的共模干扰（如电机、压缩机产生的电磁噪声），确保温度、状态、控制信号的准确传输与交换，并能有效防止空调外机故障时所引发的高电流/电压冲击损坏空调内机电路。 CMT1300款隔离运放器可用于空调外机中控制电路与电流监测组件之间的隔离，其能将监测组件所采集的微弱模拟信号进行放大和调理，实现系统的故障诊断能力，防止过流、过压与过热等现象的发生。 在家用的智能电表中， CMT812x、CMT804x等系列基础数字隔离器可用于控制电路与计量模块之间的隔离，其能有效阻断电气干扰，确保采集的电压、电流微弱模拟信号准确地传输控制电路中，且其低传播延迟（典型值：9ns）的特性还可确保智能电表的计量精准。 数字隔离器在智能电表中的应用方案简示图 CMT812x、CMT804x等系列基础数字隔离器还可用于控制电路与外部通信电路之间的隔离，其能在复杂的电磁环境中，有效抵御干扰，确保数据可靠传输，确保用电数据能及时准确地上报到外部系统中。 在家用的光伏逆变系统中， CMT812x、CMT804x等系列基础数字隔离器可用于控制电路与外部通信电路之间的隔离，其能在复杂的电磁环境中，排除外部干扰，确保数字信号能及时准确地上报到外部通信系统中； 200kV/uS）能可靠地传输驱动信号，确保驱动信号不受干扰，使逆变器输出稳定的交流电，满足电网接入要求，同时保护控制电路免受高压冲击，提高系统的可靠性和稳定性。 数字隔离器在光伏逆变系统中的应用方案简示图 CMT1300、CMT1311 等隔离运放器可用于控制电路与监测组件（电流、电压与温度等参数）之间的隔离，其能将监测组件所采集的微弱模拟信号进行放大和调理，并确保信号准确地传输到控制电路中，防止过流、过压与过热等现象，以实现系统的稳定运行能力与故障诊断能力。 展望未来，随着技术的不断发展，数字隔离器将朝着小型化、集成化、高性能以及与新兴技术融合的方向持续迈进。我们有理由相信，在数字隔离器的保驾护航下，智能家居将迎来更加安全、可靠、智能的新时代，为我们创造更加美好、舒适、高效的家居生活环境。

智能电表作为构建国家智能电网的关键枢纽，除具备基本的电能计量功能外，还能实现远程抄表、实时计费与智能分析用电数据等功能，拥有着信息存储、自动控制与无线信息交互等物联网能力，是完成电能信息收集自动化和电网系统智能化的重要计量设备，可有力推动国家电力市场的改革和可持续发展。 常见单相智能电表与三相智能电表的工作原理简示图 如上图工作原理简示图所示，智能电表通常需要与高压电网连接，同时又要与低压控制电路通信，因此其必须引入电气隔离措施以提升智能电表的稳定性、安全性以及数据传输的精准度，同时保证相关工作人员的安全。 通常情况下，在智能电表中需要使用数字隔离器来完成电气隔离，数字隔离器主要用于实现高低压电路之间的电气隔离，确保智能电表的安全性、可靠性和抗干扰能力。 数字隔离器在智能电表中的应用方案简示图 在计量模块与主控MCU的串口通信中， 计量模块主要负责对高压电网中流入的电压数据和电流数据进行精确的采集与处理，而数字隔离器则用于隔离高压侧的电流互感器/分压器与低压侧的控制电路，并在电气隔离的环境下将数据信号传输至主控MCU中，确保数据传输的安全与可靠。 1、CMT812X 高速双通道数字隔离器 安全相关认证 • DIN VDE V 0884-11: 2017-01 • 符合UL 1577组件认证 • CSA认证，符合IEC 60950-1, IEC 62368-1, IEC 61010-1 and IEC 60601-1 终端设备标准 • 符合GB4943.1-2022的CQC认证 • 符合EN 60950-1, EN 62368-1 和 EN 61010-1 标准的TUV认证。 增强电磁兼容性(EMC) • 系统级ESD、EFT、浪涌抗扰性 • ±8kV IEC 61000-4-2 跨隔离栅接触放电保护 • 低辐射 数据率：DC至150 Mbps 宽电源电压范围：2.5 V 至5.5 V 工作环境温度范围：-40°C to 125°C 稳健可靠的隔离栅： • 可实现40 年以上的预期使用寿命 • 高达5 kVRMS隔离额定值 • 高达8 kV浪涌能力 • ±200 kV/μs 典型 CMTI 默认输出高电平和低电平选项 低功耗，1 Mbps 时每通道的电流典型值为1.5mA 低传播延迟：典型值为9 ns（由5V 电源供电） SOIC -16 封装（宽体），WB(N) SOW8L(宽体)与SOIC - 8（窄体) 2、CMT804X 高速四通道数字隔离器 安全相关认证 • DIN VDE V 0884-11: 2017-01 • 符合UL 1577组件认证 • CSA认证，符合IEC 60950-1, IEC 62368-1, IEC 61010-1 and IEC 60601-1 终端设备标准 • 符合GB4943.1-2022的CQC认证 • 符合EN 60950-1, EN 62368-1 和 EN 61010-1 标准的TUV认证。 增强电磁兼容性(EMC) • 系统级ESD、EFT、浪涌抗扰性 • ±8kV IEC 61000-4-2 跨隔离栅接触放电保护 • 低辐射 数据率：高达150Mbps 宽电源电压范围：2.5 V 至5.5 V 工作环境温度范围：-40°C to125°C 稳健可靠的隔离栅： • 40 年以上的预期使用寿命 • 高达5 kVRMS隔离额定值 • 高达8 kV浪涌能力 • ±200 kV/μs 典型CMTI 默认输出高电平和低电平选项 低功耗，1 Mbps 时每通道的电流典型值为1.5 mA 低传播延迟：典型值为9 ns（由5V 电源供电） SOIC16 封装 (宽体和窄体) 例如，CMT812X、CMT804X系列数字隔离器基于容耦原理，支持高5kVrms隔离电压，数据速率最高可达150Mbps，可完美满足当代智能电表对于安全稳定与高速数据传输的需求，确保计量数据能够及时、准确地传递给主控MCU，为智能电表的精准计量和高效控制提供了有力支持。 在主控MCU对外的RS485通信中， 主控MCU主要负责通过485通信接口与集中器、抄表系统等外部设备进行远程的数据交互，而数字隔离器则用于防止总线上的干扰信号反串到电表内部，同时避免电表内部的噪声影响通信线路，确保数据传输的准确性和稳定性，增强电表的抗干扰能力。 例如，CMT812X、CMT804X系列数字隔离器同样可应用在此485通信接口中，有效防止防止高压浪涌或地电位差导致的通信故障。此外，在智能电表中，CMT812X、CMT804X系列数字隔离器还可用于隔离主控MCU与外围设备（如继电器、LCD显示屏）以及隔离不同电压等级的模块，保护主控MCU免受外部信号的干扰。 展望未来，随着技术的不断创新和突破，以及太阳能、风能等绿色分布式能源的持续接入，智能电网系统将会进行持续的的优化与完善，而数字隔离器则将有望在智能电表领域发挥更为重要的作用，进一步提升电网系统的稳定性、智能性与高效性，促进清洁能源的可持续利用，为能源行业的可持续发展做出更多贡献。

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。 1. 性能特点 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。 FM3318 MCU的6种工作模式 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。 2. 使用事项 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。 =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。

智能电表以双向数据通信、防窃电等优势得到广泛普及，并带动了MCU和晶振等元器件的需求。为了实现性价比和超低功耗，复旦微电子委托日本精工为其FM3318智能电表专用MCU芯片定制了一款专用晶振——VT-200-F，并制定了专门的生产工艺。下面我们带大家了解下VT-200-F晶振的点，并与精品做简单比较。 VT-200-F技术参数 精工官网显示，VT-200-F石英晶振采用光刻技术加工和小型圆柱封装，具有优良的耐冲击性、耐热性，符合RoHS指令，完全无铅化。主要性能如下： 工作频率（f_nom）：32.768kHz 总频差（f_tol）：±5ppm、±10ppm、±20ppm，可定制 峰值温度（Ti）：+25±5ºC 二级温度系数（B）：−0.035±10%ppm/ºC2 负载容量（CL）：7.0pF~12.5pF，可定制 串联电阻（R1）：50kΩ最大值 绝对最大驱动电平（DL）：1.0μW最大值 驱动电平（DL）：0.1μW 并联电容（C0）：0.9pF典型值 频率老化程度（f_age）：±3ppm 工作温度范围（T_use）：−10ºC to +60ºC 保存温度范围（T_stg）：−30ºC to +70ºC 根据复旦微电子FM3318智能电表专用MCU数据表要求，外接的低速XTLF晶振应该功耗低，提供4种工作模式，工作电流满足MCU要求： 弱振：0.8μA 此弱振：1.6μA 次强振：4μA 强振：10μA 可见，VT-200-F的激励等级（DL）只有0.1μW，绝对最大激励等级（DL）不超过1.0μW，满足了FM3318要求的四级工作模式种的最低耗电要求。 国产替代选型考虑 目前，国内从事32768Hz晶振的厂家不多，主要有泰晶科技、惠伦晶体等上市公司。满足FM3318智能电表低功耗要求的有泰晶科技、惠伦晶体的7SQ系列。 （1）泰晶科技TF系列、M系列 提供TF系列32.768kHz石英晶体谐振器，包括TF145、TF206、TF308、TFD206、M8、M6、M5、M5（低电型）、M3、M2等13个品种。 TF系列晶振工作频率32.768kHz，驱动点评不超过1.0μW，25℃老化首年不超过±5ppm，总频差、负载电容均可定制。 TF系列晶振有引线型和SMD两种封装形式，TF系列（TF145、TF206、TF308、TFD206）采用传统的引线型金属罐封装，M系列（M8、M6、M5、M3、M2）采用SMD封装。其中，M5晶振尺寸3.2mm*1.5mm*0.9mm，具有良好的性价比，可用于便携式移动装置、可穿戴和医疗保健等应用。 （2）惠伦晶体7SQ系列 7SQ系列各项指标达到了FM3318定制晶振要求，工作频率32.768kHz，调整频差±10、±20ppm（可定制），负载电容有6、7、9,、2.5pF（可定制），峰值温度25±5 ℃，温度系数不查过-0.04ppm/℃，等效串联电阻不超过65kΩ，驱动电平不超过1.0μW，寄生电容典型值为0.8pF，25℃老化不超过±3ppm /年。 根据厂家提供的规格书，上述国产晶振都满足智能电表在低功耗方面的要求，负载电容、总频差可根据用户要求定制，安装尺寸有多种选择，这为用户设计提供了很大的灵活性。另外，国产品牌还有货源充足、交期短等优势，可有效化解供应链短缺风险。

备用电源对电子式智能电表断电时保持运行至关重要，此设计采用超级电容器作为储能元件，可在主电源与备用操作之间无缝转换，用于电源中断期间自动为电表提供备用电压。 电路原理 当输入电压介于10-12V之间时，两个降压控制器（TPS62147、TPS62173）生成3.9V(2A)和5V(150mA)的输出。可选同步升压控制器在50mA时生成 3.3V电压。离散充电电路以恒定电流和最高2.7V的可调节电压给超级电容器充电。当输入电压失效时，由同步升压控制器接管并将超级电容器电压升压至3.9V。 超级电容器的电容和电压决定可用的备用电能。此设计可以持续70秒左右提供3.9V(200mA)稳定备用输出电压，直到输出电压下降。 本方案支持高输出功率射频通信，例如LTE、NB-IOT或者无线MBUS或6LoWPAN，单一超级电容器设计可最大限度降低系统成本。 芯齐齐BOM分析 本方案结构进奏，4个电源管理芯片来自TI。其中，TL431C是可调式精密并联稳压器，只需两个电阻就可以从Vref（2.5V）到36V范围内任意设置输出电压，电压参考误差0.4%，全温度范围内温度特性平坦, 典型值为50ppm。 TPS62147是具有1%精度和PFM/强制PWM特性的3-17V 2.0A降压转换器，TPS62173是3-17V 0.5A降压转换器。 TLV61225是单节电池3.3V输出电压高效升压转换器，TPS61022是具有0.5V超低输入电压的8A升压转换器。 C11为25F超级电容器，ESR小于0.027欧，南通江海、肇庆绿宝石、精工电子国内厂家均有生产。 上述BOM元器件均为常规品类，市场上也有替代品，客户既可原厂订货，也可从硬之城（allchips）一站购齐。