【应用】荣湃半导体的低功耗高性能数字隔离器可完美替换光耦隔离用于IR46电能表中

时间： 2021-06-04 来源：荣湃半导体

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国网启动电能表双芯方案标准的推行，下一代双芯方案既能满足智能电网要求又能符合IR46标准。实现计量芯和管理芯独立运行，兼容和支持各种通信资源，既满足了现在国网表在使用中出现的新需求，也兼顾未来四表集抄和采集2.0的发展。双芯方案最主要特点之一就是对通讯速率进行了提升，以前的通讯最高波特率9600bps，现在提升到115200bps，以前的普通光耦已不能满足要求，需要使用高速数字隔离。

上图是IR46项目组给出的双芯智能表整体设计方案，第一部分表示计量芯，包括计量芯片、计量MCU、存储器1、RTC、时钟电池、超级电容等，计量芯独立运行，法制认证，不允许软件升级；第二部分表示管理芯，包括管理MCU、停抄电池、卡、ESAM、显示、存储器2、负控、通信（包括红外、RS485、上下行模块）等，管理芯软件允许升级。双芯之间通过SPI 口进行数据交换，管理芯的故障不影响计量芯的运行。

针对新的标准，新的需求，荣湃半导体(上海) 有限公司做了充分的应对。分别对单相表和三相表做了隔离设计方案。

首先关于单相表，IR46单相表荣湃的隔离设计方案如下图所示：

在单相表中，计量芯片一般多为UART接口，通讯数据速率不高，与计量MCU（计量芯）之间通过荣湃π122U61的产品就可以满足要求。计量芯的RS485接口，现在要求波特率是9600bps，荣湃π131U61的产品可以满足要求。计量MCU与管理MCU之间的SPI隔离，根据隔离耐压需求，荣湃的π141M61或π141M31就可以满足。

管理芯的RS485接口，荣湃π131U61的产品可以满足要求。管理芯与上下行通讯模块间的通讯，采用荣湃π122M61的产品就可以满足要求。负荷监测模块要监测计量MCU和管理MCU的信息，需要用到两片荣湃的π122M61。扩展模块为UART接口，荣湃π122M61的产品可以满足要求。

关于三相表，IR46三相表荣湃的隔离设计方案如下图所示：

在三相表中，由于计量芯片数据量大，计量芯片与计量MCU之间采用SPI隔离，通过荣湃π141M61的产品就可以满足要求。计量芯的RS485接口，现在要求波特率是9600bps，荣湃π131U61的产品可以满足要求。计量MCU与管理MCU之间的SPI隔离，根据隔离耐压需求，荣湃的π141M61或π141M31就可以满足。

管理芯的RS485接口，荣湃π131U61的产品可以满足要求。管理芯与上下行通讯模块间的通讯，采用荣湃π122M61的产品就可以满足要求。负荷监测模块要监测计量MCU和管理MCU的信息，需要用到两个荣湃的π122M61。扩展模块为UART接口，荣湃π122M61的产品可以满足要求。

综上所述，IR46电能表中可能用到的荣湃隔离产品如下：

荣湃半导体的数字隔离器采用了荣湃半导体发明的智能分压技术（iDivider技术）。它应用了电容分压的原理，直接把电压信号从电容一边传到另一边，不需要RF信号和调制解调，解决了其他隔离技术（如光耦的opto-coupler技术，icoupler技术，OOK技术等）的大部分问题，是一种更本质，更简洁的隔离信号传输技术。智能分压（iDivider）技术电路大大简化，功耗更低，速度更快，抗干扰能力增强，噪声更低。

荣湃半导体的数字隔离器全温度范围-40~125℃，隔离栅寿命长，延时小，高隔离电压，可保证数据传输的可靠性与安全性；支持多通道集成，单芯片即可完整的支持SPI/CAN/UART/485接口等总线隔离，有效地减少PCB占板面积降低整体使用成本；通过各种安规认证，客户无需二次认证，节省开发周期。

总的来说，荣湃半导体的数字隔离器以低功耗，高性能，高可靠性等特性可完美替换光耦隔离和其他厂商的数字隔离器，是隔离应用的最佳之选。

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型号- Π120S60R,PAI8253E-WR,PAI8232C-WR,Π131E31S,PAI120E60-W5R,PAI122E60-W5R,PAI8253C-S1R,Π141M31,Π131E30S,Π141M30,Π140M61,Π131U31S,Π140M60,Π163M60,Π163M61,Π140A30S,Π141E31,Π141E30,Π140E60,Π163E60,Π163E61,Π120S61R,PAI8300-W5R,Π131A61,Π163U60,Π131A60,Π131M60R,Π163U61,Π221N61,PAI8233E-WR,Π121A31,Π121A30,Π120A61,PAI8211C-SR,PAI8233E-S1R,Π120A60,Π120A31,PAI85137-SR,Π161A60,Π140U31,Π140U30,PAI8211C-W5R,Π142U30S,PAI85236-SR,PAI8252C-WR,PAI85237-PT,Π121U61R,Π161A61,PAI8232D-S1R,Π120A30,Π142A60,Π142A61,Π162A30,Π162A31,PAI8253D-WR,Π122M60,Π122M61,PAI8252B-S1R,Π142E31S,Π122U60,Π131U30S,PAI8232B-WR,Π122U61,PAI8233B-S1R,Π140M31,Π140M30,Π142U31S,Π142E30S,Π121U60R,Π140E31,Π122E60,Π140E30,Π122E61,Π121E60R,Π130U31S,Π121E61,Π121M60,Π122E30,Π122E31,Π140E31S,Π131S61R,Π121M61,Π121U60,Π130A60,Π122M30,Π122M31,Π131A30,Π130A61,Π121S61R,Π131A31,PAI8252D-S1R,Π160E31,Π160M30,Π131A30S,Π130E31S,Π121E60,Π160E30,PAI120E61-W5R,Π142A31,Π141A61,PAI8558EQ-W2R,Π141A60,Π162A60,Π160U31,Π162A61,Π140E30S,PAI8232D-WR,PAI8232C-S1R,Π160M31,Π160U30,PAI8171A-SR,Π121S60R,Π131A31S,Π121U61,PAI8252B-WR,Π122U30,Π122U31,Π163A30,Π163A31,Π142A30,Π141U30S,Π122E11,PAI8253C-WR,Π122E10,Π122M11,Π120M60R,Π131M61R,Π122M10,Π121U31,PAI8233C-S1R,Π121U30,Π220N61,Π120U61,Π120U60,Π221N31,Π110E31,Π110E30,Π141E30S,PAI8233D-WR,Π110M31,Π110M30,Π141U31S,Π130U30S,PAI85136-SR,Π120M61R,Π131S60R,Π130A31,Π142A30S,Π130A30,Π161M30,PAI85236-PT,Π161M31,Π141E31S,Π160M61,Π160M60,PAI8253D-S1R,Π130E30S,Π161E31,Π161E30,Π160E61,PAI85137-PT,Π160E60,Π130A30S,Π131M31S,Π131U61,Π140A61,Π131U60,Π140A60,Π163A60,Π163A61,Π161U30,Π161U31,PAI121E60-W5R,Π160U61,Π160U60,Π110E11,PAI8252A-WR,Π110E10,Π120E61R,PAI8233B-WR,Π142A31S,Π110M11,Π110M10,PAI8252C-S1R,PAI85136-PT,Π141A31,Π141A30,Π121E31,PAI8253A-S1R,Π121E30,Π130A31S,Π120E61,PAI8253B-WR,Π120E60,Π121M31,Π131U60R,Π121M30,Π120M61,H140E61,Π120M60,Π131E61,Π142U60,Π131E60,Π142U61,Π131M61,Π131M60,Π120E30,Π142E60,Π142E61,Π142M30S,Π120E31,Π120M30,Π142M60,Π142M61,Π120M31,Π140U30S,PAI8233D-S1R,Π161M61,Π162M30,Π162M31,Π161M60,Π161E60,Π121M61R,Π162E30,Π162E31,Π161E61,Π130U60,PAI8211A-W5R,Π131U30,Π130U61,Π131U31,Π141A30S,Π161U61,Π162U30,Π162U31,Π140U31S,PAI8253E-S1R,Π142M31S,Π131M30S,Π161U60,Π120U30,Π220N31,Π120U31,Π122A61,Π122A60,Π121M60R,PAI8211A-SR,PAI8233C-WR,Π140A30,PAI8232A-S1R,PAI8253A-WR,Π141A31S,Π120E11,Π120E10,Π140M31S,Π141U61,Π120M11,Π141U60,Π120M10,PAI8485-W1R,Π130E60,Π131E30,Π130E61,Π142U30,Π142U31,PAI8450-W1R,Π131E31,Π121A60,Π130M60,Π160A30,PAI8233F-WR,Π131M30,Π130M61,PAI122E61-W5R,Π121E61R,Π122A31,Π131M31,Π122A30,Π130M31S,PAI8253B-S1R,Π121A61,Π160A31,PAI121E61-W5R,Π142E30,Π142E31,PAI8253F-WR,PAI8233F-S1R,Π140M30S,Π142M30,Π142M31,PAI85237-SR,Π163M30,Π163M31,PAI8233A-WR,Π141M61,Π141M60,Π162M60,Π162M61,Π163E30,Π163E31,Π141E61,Π141E60,Π162E61,Π130U31,PAI8232A-WR,Π130U30,Π120U60R,Π163U31,Π163U30,Π110A30,Π110A31,Π131U61R,Π162U60,Π162U61,Π131E60R,Π141M30S,PAI8253F-S1R,Π120U61R,Π141U31,Π141U30,Π140U61,Π140U60,Π120E60R,Π131E61R,PAI8131A-SR,Π130E31,PAI8252D-WR,Π130E30,Π161A31,Π140A31S,Π161A30,Π160A61,PAI8233A-S1R,Π160A60,Π130M31,PAI8486-W1R,Π130M30,Π141M31S,PAI8252A-S1R,Π130M30S

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荣湃半导体数字隔离器选型表

提供标准数字隔离器及I2C数字隔离器。标准数字隔离器，π1xxx系列：总通道数1，2，3，4，6通道；反向通道数1，2，3通道；传输速度150kbps，10Mbps，200Mbps，600Mbps，共4档，比市场上同级别产品快4倍；静态工作电流0.4mA/通道，比市场上同级别产品降低3倍；传输延迟5.5ns，比市面同级别产品降低2.0倍；隔离电压1.5KV，3KV，5KV，共3档。I2C数字隔离器，π2xxx系列：传输速率2MHz；隔离耐压3KV，5KV，共2档；传输延迟45ns。

产品型号	品类	总通道数	反向通道数	最大工作速率	默认输出状态	工作电压范围	CMTI (kV/us)	绝缘耐压	浪涌耐压	封装
π110A30	标准数字隔离器	1	0	600Mbps	Logic Low	3V~5.5V	75kV/us	3000Vrms	5000Vpk	NB SOIC-8