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電子式電能表使用鐵電存儲(chǔ)器(F-RAM)的緣由

作者: 時(shí)間:2012-08-16 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

自從1889年匈牙利工程師 Otto Blathy 發(fā)明全世界第一個(gè) (瓦特瓦時(shí)表)原型之后,經(jīng)過(guò)一個(gè)世紀(jì)多的演進(jìn):由機(jī)械式電表到今日的各種不同型式的,包含新的預(yù)付費(fèi)電能表 (pre-paid) 復(fù)費(fèi)率電能表 以及具有雙向通訊能力的式電能表等,其提供的擴(kuò)展功能包括:自動(dòng)讀表(AMR)、線上查詢(xún)、遠(yuǎn)程連接/斷開(kāi),以及復(fù)雜的計(jì)費(fèi)結(jié)構(gòu)等等。這些電能表還可讓者對(duì)其耗電量有更好的控制,以便節(jié)省電費(fèi)及更有效地分配用電量。

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/148579.htm

  如圖1所示,電能表的基本架構(gòu)包括下列各主要功能模塊:電壓電流取樣電路;16位以上分辨率的ADC;計(jì)量與控制單元;通信接口;操作界面;顯示器;。本文將以為重點(diǎn)說(shuō)明為何電子式電能表需要鐵電()。

  鐵電存儲(chǔ)器的技術(shù)特點(diǎn)

  首先要說(shuō)明的是鐵電存儲(chǔ)器和浮動(dòng)?xùn)糯鎯?chǔ)器的技術(shù)差異?,F(xiàn)有閃存和EEPROM都是采用浮動(dòng)?xùn)偶夹g(shù),浮動(dòng)?xùn)糯鎯?chǔ)單元包含一個(gè)電隔離門(mén),浮動(dòng)?xùn)盼挥跇?biāo)準(zhǔn)控制柵的下面及通道層的上面。浮動(dòng)?xùn)攀怯梢粋€(gè)導(dǎo)電材料,通常是多芯片硅層形成的 (如圖2所示)。浮動(dòng)?xùn)糯鎯?chǔ)單元的信息存儲(chǔ)是通過(guò)保存浮動(dòng)?xùn)艃?nèi)的電荷而完成的。利用改變浮動(dòng)?xùn)糯鎯?chǔ)單元的電壓就能達(dá)到電荷添加或擦除的動(dòng)作,從而確定存儲(chǔ)單元是在 ”1”或“0” 的狀態(tài)。但是浮動(dòng)?xùn)偶夹g(shù)需電荷泵來(lái)產(chǎn)生高電壓,迫使電流通過(guò)柵氧化層而達(dá)到擦除的功能,因此需要5-10ms的擦寫(xiě)延遲。高寫(xiě)入功率和長(zhǎng)期的寫(xiě)操作會(huì)破壞浮動(dòng)?xùn)糯鎯?chǔ)單元,從而造成有限的擦寫(xiě)存儲(chǔ)次數(shù)(例如:閃存約十萬(wàn)次,而EEPROM則約1百萬(wàn)次)。

  鐵電存儲(chǔ)器是一種特殊工藝的非易失性的存儲(chǔ)器,是采用人工合成的鉛鋯鈦(PZT) 材料形成存儲(chǔ)器結(jié)晶體,如圖3所示。當(dāng)一個(gè)電場(chǎng)被施加到鐵晶體管時(shí),中心原子順著電場(chǎng)停在低能量狀態(tài)I位置,反之,當(dāng)電場(chǎng)反轉(zhuǎn)被施加到同一鐵晶體管時(shí),中心原子順著電場(chǎng)的方向在晶體里移動(dòng)并停在另一低能量狀態(tài)II。大量中心原子在晶體單胞中移動(dòng)耦合形成鐵電疇,鐵電疇在電場(chǎng)作用下形成極化電荷。鐵電疇在電場(chǎng)下反轉(zhuǎn)所形成的極化電荷較高,鐵電疇在電場(chǎng)下無(wú)反轉(zhuǎn)所形成的極化電荷較低,這種鐵電材料的二元穩(wěn)定狀態(tài)使得鐵電可以作為存儲(chǔ)器。

  

電子電能表的基本電路方塊圖 www.elecfans.com


  圖1、電子電能表的基本電路方塊圖。

  

浮動(dòng)?xùn)糯鎯?chǔ)單元 www.elecfans.com

  圖2、浮動(dòng)?xùn)糯鎯?chǔ)單元

  

鐵電存儲(chǔ)器結(jié)晶單元 www.elecfans.com

  圖3、鐵電存儲(chǔ)器結(jié)晶單元。


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