[0001] 本发明涉及电能表技术领域，尤其涉及一种基于SAR‑ADC的电能表电压同步计量方法及系统。

[0002] 当前三相电能表相较于传统的单相电能表，面临着若干显著的挑战。首先，在芯片产业线的选择上，三相电能表相较于单相电能表相对有限，其选择范围远不如单相电能表丰富和成熟；其次，由于三相系统对测量精度的要求更高，三相电能表通常需要配置更多的Sigma‑Delta模数转换器(以下简称为Sigma‑DeltaADC)，具体来说，单相系统通常只需要4路三相电能表，而三相系统则至少需要7路，无疑增加了三相电能表的制造成本。值得注意的是，尽管目前电能表中广泛采用了通用型逐次逼近寄存器型模数转换器(SuccessiveApproximation RegisterADC，以下简称为为SAR‑ADC)，因其高速的转换速度备受青睐，但受限于其较小的有效位(通常仅12bit)，它们通常不用于计量通道。通用型SAR‑ADC相比于Sigma‑DeltaADC，虽然转换速度更快且可以分时服用，但因其精度限制，多用于电池电压、温度等低精度要求的场景。由于传统三相电能计量未能有效整合这些资源，而导致未能充分利用。同时，三相电能表因其复杂的电路设计和制造，要求更多的硬件支持，面临产品线有限的问题，如更多的Sigma‑DeltaADC通道，增加了制造难度和成本。因此，亟待提出一种基于SAR‑ADC的电能表电压同步计量方法及系统，解决如何精准且快速的进行电能表电压计量并输出结果的技术问题。

[0025] 下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

[0026] 并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

[0027] 参见图1‑图2，根据本发明的一方面，本发明提供一种基于SAR‑ADC的电能表电压同步计量方法，其中，所述基于SAR‑ADC的电能表电压同步计量方法包括以下步骤：

[0028] S1、设置至少一路SAR‑ADC电压通道和至少一路Sigma‑DeltaADC电流通道，当Sigma‑DeltaADC完成电流采样并触发中断时，同步进行电压采样；

[0029] S2、根据SAR‑ADC电压采样转换的时间间隔，设置Sigma‑DeltaADC电流通道的相位延迟，使Sigma‑DeltaADC电流通道的相位延迟与SAR‑ADC电压采样转换的时间间隔相匹配；

[0030] S3、构建软件滤波器，通过软件滤波器将SAR‑ADC获取的交流电压采样信号进行信号处理，最终得到电能表的电压数据。

[0031] 具体地，在本实施例中，所述步骤S1之前，还包括：配置直流基准电压，并将直流基准电压叠加至交流电压采样信号；鉴于SAR‑ADC的测量区间限定在0V，即接地电压，至参考电压之间，或者选择内部固定的1.45V作为参考电压，在本发明中，特地选取了1.45V的内部参考电压，本发明不进行具体限定，具体可根据需要进行设定；为了满足这一输入范围要求，因此在交流电压采样信号上叠加一个直流基准电压，以确保交流电压采样信号能够适配SAR‑ADC的接收范围。

[0032] 具体地，在本实施例中，所述步骤S1通过设置三路SAR‑ADC电压通道，通过三路SAR‑ADC电压通道进行三次SAR‑ADC转换操作，本发明不进行具体限定，具体可根据需要设置；当使用Sigma‑DeltaADC进行电流采样时，为了确保数据同步性和准确性，同步触发三次电压SAR‑ADC转换操作。

[0033] 具体地，在本实施例中，所述步骤S1中设置四路Sigma‑DeltaADC电流通道，为了确保电压和电流信号的同步采样，由于SAR‑ADC的转换速度较快，在Sigma‑DeltaADC完成电流采样并触发中断时，立即启动三路电压通道的SAR‑ADC转换，尽管在这一过程中电流信号是同步采样的，但三路电压信号与对应的电流信号并非直接同步，为了弥补这一不同步性，利用SAR‑ADC转换时间间隔的固定性，通过精确调整电流通道Sigma‑DeltaADC的相位延迟，使Sigma‑DeltaADC电流通道的相位延迟与SAR‑ADC电压采样转换的时间间隔相匹配，从而达到电压和电流信号同步采样的效果，保证采样数据的准确性和一致性。

[0034] 具体地，在本实施例中，所述步骤S3之前，还包括：将SAR‑ADC获取的交流电压采样信号减去配置的直流偏置电压，得到新的交流电压采样信号；在获得交流电压采样信号后，首先需要消除将电压信号提升至SAR‑ADC的输入范围而引起的直流偏置，确保电压数据的准确性。

[0035] 具体地，在本实施例中，所述软件滤波器与Sigma‑DeltaADC中的高通滤波器相同；通过所述软件滤波器模拟Sigma‑DeltaADC中硬件高通滤波器的功能，从而进一步清理交流电压采样信号，去除低频噪声和直流分量，提升信号的信噪比和精度，利用数字信号处理，所述软件滤波器不仅能精确地模拟硬件中高通滤波器的特性，还可以根据实际需求进行灵活调整和优化，以满足不同应用场景下的性能要求。

[0036] 具体地，在本实施例中，所述步骤S3中所述电压数据与Sigma‑DeltaADC采样特性相匹配。

[0037] 根据本发明的一方面，本发明提供一种基于SAR‑ADC的电能表电压同步计量系统，其中，所述基于SAR‑ADC的电能表电压同步计量系统包括所述的一种基于SAR‑ADC的电能表电压同步计量方法。

[0038] 为了方便对本发明相关术语的理解，在此做出解释：

[0039] 高通滤波器：是一种电子滤波器，其设计目的是允许高于某一特定截止频率的信号通过，同时阻止低于该截止频率的信号通过，这种滤波器在电子工程中有着广泛的应用，尤其在音频处理、图像处理、无线通信等领域；高通滤波器的主要功能是通过设定一个截止频率，对输入信号进行频率选择；当信号的频率高于截止频率时，信号能够正常通过滤波器；而当信号的频率低于截止频率时，信号则会被大幅度衰减或完全阻止；通过这种方式，高通滤波器能够有效地去除输入信号中的低频噪声和干扰，提高信号的质量；

[0040] Sigma‑DeltaADC：工作原理是将输入信号进行高频率调制(通常是过采样)，然后通过数字滤波器进行信号恢复和降噪；它主要关注的是信号在时间上的微小变化，也称为信号的一阶导数；Sigma‑DeltaADC通过Sigma‑Delta调制器来不断积累和量化信号的变化，从而在数字领域中生成一个高精度的数字表示；Sigma‑DeltaADC虽然牺牲了速度，但相比之下拥有更高的采样精度。它主要适用于对速度没有要求但需要更高精度的场景，如数字音响系统、多媒体、地震勘探仪器、声纳等电子测量领域；Sigma‑Delta ADC主要由Sigma‑Delta调制器和数字滤波器组成，具有较高的集成度；

[0041] SAR‑ADC：工作原理是采用“比较‑移位”的方法，通过比较输入信号和参考电压，确定输入信号的数字量化结果，然后通过移位操作，将数字量化结果转换为数字信号；它实质上是实现一种二进制搜索算法，具有较高的精度和较低的功耗；SARADC则通过损失一定的精度来达到快速采样的效果；它具有较高的采样速度和精度，功耗也较低，但复杂度较高。SARADC适用于需要高速采样的场景，如无线通信系统的基带信号处理、调制解调器和射频收发器中的数字前端等；SARADC则包括比较器、DAC(数字模拟转换器)和SAR逼近逻辑电路等部分。

[0042] 以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围。