一种用于芯片的多相功率测量时的相间串扰补偿方法

摘要

本发明公开了一种用于芯片的多相功率测量时的相间串扰补偿方法，所述芯片通过多个单相通道，且一个单相通道采样一路电流信号和一路电压信号的形式，测量多相功率。本发明的相间串扰补偿方法包括：对单相有功功率和单相无功功率进行补偿，对总有功功率和总无功功率进行逆补偿。即通过对每相功率测量进行小信号补偿，对多相功率测量进行一定数量的逆补偿，从而抵消由于串扰噪声带来的误差变化，解决了芯片中小信号容易受到串扰噪声影响，而造成功率计算误差的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及功率测量领域，尤其涉及一种用于芯片的多相功率测量时的相间串 扰补偿方法。

背景技术

随着集成电路工艺水平的发展和芯片工作速度的不断提高，高速、高集成度和 低功耗已成为集成电路的主要特点，这也使芯片内互连线之间的串扰成为决定电路 性能的一个重要因素。串扰是指系统内部相邻两个电路之间的耦合干扰，由互连线 间的耦合电容和耦合电感引起，它的影响主要体现在2个方面：一是串扰噪声，另 外一个是串扰延时。它们已经成为集成电路信号失真和逻辑错误的主要原因之一。

目前，使用芯片进行多相功率测量时，易受到串扰噪声的干扰，例如：用于电 能计量的计量芯片，多使用模拟前端和数字信号处理来进行计量计算，由于同时测 量三相功率，需要同时采样三路电流及三路电压用于计算功率（包括有功功率及无 功功率）。电流电压的采样共采用6路模拟到数字转换器，这些模拟电路与后续数 字电路集成被在一个芯片中，不可避免的存在模拟通道间的串扰。串扰噪声在测量 小信号功率时尤为明显，信号串扰噪声造成的测量误差最大可达小信号功率测量值 的0.5％，从而造成小信号功率计算误差，如图1、图2和图3所示。其中，图1 表示计量芯片内电路串扰物理层示意图，图中Insulator表示绝缘层；Substrate （ground）表示载板；图2表示计量芯片内电路串扰layout（布线）示意图，A、 B、C表示三相；图3表示计量芯片内电路串扰模型示意图，Aggressor net A表示 干扰连线A；Victim net B表示受干扰连线B；Aggressor net C表示干扰连线C； Driver表示前级驱动电路；Receiver表示后级接收电路。

因此，解决小信号的计量误差具有非常高的研究价值。

发明内容

本发明提供一种相间串扰补偿方法，旨在芯片进行多相功率测量时，通过对 每相功率测量进行小信号补偿，对多相功率测量进行一定数量的逆补偿，从而抵消 由于串扰噪声带来的误差变化。

实现上述目的的技术方案是：

一种用于芯片的多相功率测量时的相间串扰补偿方法，所述芯片通过多个单相 通道，且一个单相通道采样一路电流信号和一路电压信号的形式，测量多相功率， 所述相间串扰补偿方法包括：对单相有功功率和单相无功功率进行补偿，对总有功 功率和总无功功率进行逆补偿。

上述的用于芯片的多相功率测量时的相间串扰补偿方法，其中，所述相间串扰 补偿方法包括下列步骤：

针对单相，即针对一个单相通道：

步骤S1，根据对应于单相通道的电流信号和电压信号，计算该单相通道 的单相有功功率和单相无功功率；

步骤S2，对步骤S1中所述单相有功功率和单相无功功率分别进行补偿， 得到补偿后的单相有功功率和补偿后的单相无功功率；

步骤S3，对步骤S1中所述电流信号和电压信号进行小信号检测，判断该 电流信号和电压信号是否为小信号，若是，进入步骤S4；若否，进入步骤S5；

步骤S4，选择所述补偿后的单相有功功率作为输出的单相有功功率，选 择所述补偿后的单相无功功率作为输出的单相无功功率；进入步骤S6；

步骤S5，选择步骤S1中所述单相有功功率作为输出的单相有功功率，选 择步骤S1中所述单相无功功率作为输出的单相无功功率；进入步骤S6；

针对多相，即针对多个单相通道：

步骤S6，有一个单相通道，就经历一次步骤S1～S5；将得到的多个所述 输出的单相有功功率相加，得到总有功功率，并对其进行逆补偿；将得到的 多个所述输出的单相无功功率相加，得到总无功功率，并对其进行逆补偿。

上述的用于芯片的多相功率测量时的相间串扰补偿方法，其中，

通过公式WATTS＝单相有功功率+WATTOS，实现对单相有功功率的补偿，其中： WATTS表示补偿后的单相有功功率，WATTOS表示有功功率失调校正；

通过公式VARS＝单相无功功率+VAROS，实现对单相无功功率的补偿，其中：VARS 表示补偿后的单相无功功率，VAROS表示无功功率失调校正；

通过公式FWATT＝总有功功率+FWATTOS*WATTFAT，实现总有功功率的逆补偿， 其中：FWATT表示逆补偿后的总有功功率，FWATTOS表示逆补偿后的有功功率失调 校正；WATTFAT表示有功逆补偿因数；

通过公式FVAR＝总无功功率+FVAROS*VARFAT，实现总无功功率的逆补偿，其中： FVAR表示逆补偿后的总无功功率，FVAROS表示逆补偿后的无功功率失调校正； VARFAT表示无功逆补偿因数。

上述的用于芯片的多相功率测量时的相间串扰补偿方法，其中，所述有功逆补 偿因数和无功逆补偿因数根据多路电流信号和多路电压信号，计算得到。

上述的用于芯片的多相功率测量时的相间串扰补偿方法，其中，所述的有功功 率失调校正、无功功率失调校正、逆补偿后的有功功率失调校正和逆补偿后的无功 功率失调校正均通过寄存器配置。

上述的用于芯片的多相功率测量时的相间串扰补偿方法，其中，所述多相指： 两相或者三相。

上述的用于芯片的多相功率测量时的相间串扰补偿方法，其中，所述芯片指电 能计量芯片。

上述的用于芯片的多相功率测量时的相间串扰补偿方法，其中，所述步骤S1 中，单相有功功率单相无功功率其中：V为电压信号 的电压值；I为电流信号的电流值；表示电压和电流的相位差。

本发明的有益效果是：本发明通过对每相功率测量进行小信号补偿，对多相功 率测量进行一定数量的逆补偿，从而抵消由于串扰噪声带来的误差变化，解决芯片 中小信号容易受到串扰噪声影响，而造成功率计算误差的问题。同时，本发明实时 性高，补偿方式灵活，易于实现，具有很高的应用价值。

附图说明

图1是计量芯片内电路串扰物理层示意图；

图2是计量芯片内电路串扰layout示意图；

图3是计量芯片内电路串扰模型示意图

图4是本发明中多相有功功率计算及补偿的示意图；

图5是本发明中多相无功功率计算及补偿的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

本发明的用于芯片的多相功率测量时的相间串扰补偿方法，所述芯片通过多个 单相通道测量多相功率，其中，一个单相通道采样一路电流信号和一路电压信号， 测量对应的单相功率。一般，多相指两相或者三相。本实施例中，以电能计量芯片， 通过三个单相通道测量三相功率为例：

请参阅图4和图5，此时，本发明的相间串扰补偿方法包括下列步骤：

针对单相，即针对一个单相通道，执行一次下列步骤S1～S5；本实施例中，执行 三次步骤S1～S5，得到三个输出的单相有功功率AWATT、BWATT、CWATT，以及三个 输出的单相无功功率AVAR、BVAR、CVAR：

步骤S1，选择一个单相通道，根据对应于本次所选单相通道的电流信号 和电压信号406（phase A、phase B或者phase C），计算该单相通道的单 相有功功率WATT401和单相无功功率VAR501；其中，单相有功功率 单相无功功率其中：V为电压信号的电压值；I 为电流信号的电流值；表示电压和电流的相位差；

步骤S2，对步骤S1中单相有功功率WATT401进行补偿，即通过公式 WATTS＝WATT+WATTOS，得到补偿后的单相有功功率WATTS(AWATTS、BWATTS或 者CWATTS)403，其中：WATTOS（AWATTOS、BWATTOS或者CWATTOS）402 表示有功功率失调校正，通过寄存器配置；对步骤S1中单相无功功率VAR501 进行补偿，即通过公式VARS＝VAR+VAROS，得到补偿后的单相无功功率VARS (AVARS、BVARS或者CVARS)503，其中：VAROS（AVAROS、BVAROS或者CVAROS） 502表示无功功率失调校正，通过寄存器配置；

步骤S3，通过小信号检测单元（Small-signal detect）405，对电流信 号和电压信号406（phase A、phase B或者phase C）进行小信号检测，判 断该电流信号和电压信号406是否为小信号，若是，进入步骤S4；若否，进 入步骤S5；

步骤S4，通过有功多路选择器404，选择补偿后的单相有功功率 WATTS(AWATTS、BWATTS或者CWATTS)403作为输出的单相有功功率（AWATT、 BWATT或者CWATT）；通过无功多路选择器504，选择补偿后的单相无功功率 VARS(AVARS、BVARS或者CVARS)503作为输出的单相无功功率（AVAR、BVAR 或者CVAR）；直接进入步骤S6；

步骤S5，通过有功多路选择器404，选择单相有功功率WATT401作为 输出的单相有功功率（AWATT、BWATT或者CWATT）；通过无功多路选择器504， 选择单相无功功率VAR501作为输出的单相无功功率（AVAR、BVAR或者CVAR）； 进入步骤S6；

针对多相，即针对多个单相通道，本实施例中，针对三个单相通道：

步骤S6，有一个单相通道，就经历一次步骤S1～S5，所以，将得到的 三个输出的单相有功功率AWATT、BWATT和CWATT相加，得到总有功功率409， 通过有功逆补偿单元（inverse compensation）407对总有功功率409进行 逆补偿，得到逆补偿后的总有功功率FWATT408，其中：FWATT＝ （AWATT+BWATT+CWATT）+（FWATTOS*WATTFAT），FWATTOS410表示逆补偿 后的有功功率失调校正，通过寄存器配置；WATTFAT表示有功逆补偿因数， 通过小信号检测单元405检测三路电流信号和电压信号406phase A、phase B和phase C，然后通过软件算法计算得到。

将得到的三个输出的单相无功功率AVAR、BVAR和CVAR相加，得到总无 功功率509，通过无功逆补偿单元（inverse compensation）507对总无功 功率509进行逆补偿，得到逆补偿后的总无功功率FVAR508，其中：FVAR＝ （AVAR+BVAR+CVAR）+（FVAROS*VARFAT），FVAROS510表示逆补偿后的无功 功率失调校正，通过寄存器配置；VARFAT表示无功逆补偿因数，通过小信号 检测单元405检测三路电流信号和电压信号406phase A、phase B和phase  C，然后通过软件算法计算得到。

综上所述，本发明解决芯片中小信号容易受到串扰噪声影响，而造成功率计算 误差的问题，具有实时性高，补偿方式灵活，易于实现等优点。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术 人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此 所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。