数位仪表设计-HY12P65简化可携式电量测量设计

　　一、 前言

在可携式电量测量设备中，常见有数位式复用电表(Digital Multimeters)及夹式电流表(Clamp Meter)。这些设备可用来测量出电量中的电压及电流，电量讯号又可分成直流及交流，而交流部分再分为平均值及方均根(root mean square, RMS)转换量测。平均值转换的电量测量设备并非真正测量方均根值，而是以正弦波交流信号，做信号平均值测量，校正所得到的量值。对于非正弦波而言，可能会有相当程度的误差。因此很多可携式电量测量製造厂，会在产品打着True RMS字样，强调真正能够量测各种波形方均根测量的重要性，而非只能量测正弦波交流信号的方均根。

本文将採用纮康科技(HYCON)的HY12P65系列DMM专用晶片，达到简化可携式电量测量的产品设计，此晶片为混合讯号积体电路(mixed-signal IC)，是结合了类比与数位电路的积体电路，并内建数位式方均根转换，对电量信号测量做转换。

　　二、 HY12P65功能简介

8-bit OTP MCU (HY12P65) 提供客户产品的差异性

高精度快速SDADC配合DT-RMS数字处理器, 可实现Peak Hold及Inrush Current量测功能

弹性自动换档多功能网路与自我元件校正网路可量测参考电阻比值并提高精度

可编程正负定电压源/定电流源

双多功能比较器搭配可程式化比较电压能实现持续量测电容与频率

3组24 bits可程式化计数器可同时量测频率, 週期与占空比

　　三、 电路分析

1. 电压量测：

通常类比数位转换器输入满刻度约在数百毫伏特之间，但待测电压可能是数百伏特，电压相差千倍，必须先衰减后，再至下一级电路(类比数位转换器或交流转直流)。

2. 电流量测：

线圈感应式-此量测方式与比流器相同，电流流经导线或导体产生电磁场，利用线圈感应电流;如下图，而流经导线或导体的电流与线圈感应的电流成正比，线圈感应的电流无法由类比数位转换器直接转换成数值，故在线圈的输出加一电阻，将电流转换成电压，再输入到交流转直流电路(平均值电路和均方根电路)，最后类比数位转换器将直流电压转换成数值。

霍尔元件感应式-这类属交直流夹式电流表，此量测方式也是量流经导线或导体电流所产生的电磁场，只不过是用积体电路元件感应，将电流所产生电磁强度转换成电压，由于此信号太小通常会加放大电路，而信号会输入到交流转直流电路，或是直接输入类比数位转换器将直流电压转换成数值。常用的钩部导磁材质有硅钢、镍钢，而钩部导磁材质会影响直流夹式电流表的线性及频率响应。另一个会影响夹式电流表的线性及频率响应则是霍尔感测器，而量测小电流时的霍尔感测器採用Insb材质，量测大电流时的霍尔感测器採用GaAs材质。

3. 交流转直流：

无论是电压或电流都会有交流信号部分，而以往在量测交流信号电路依精準度不同，有表(一)中的几种量测方式。由表(一)、表(二)分析表可知方均根在交流信号测量是较精确，但成本较高。在HY12P65内建数位式方均根转换机制，已帮设计者解决在交流信号测量问题，可以不需均方根转换专用元件及数位信号处理器(Digital Signal Processor, DSP)高阶晶片。