电表在不同供电模式下的安全过渡

摘要：本文介绍了两个固件，用作Teridian™ 71M6521电表IC的演示程序，版本号为4.8p。这些固件有助于改善71M6521在功率模式之间转换时的可靠性，并在器件恢复工作模式后提供适当的实时时钟(RTC)修正。文章讨论了程序修改及设计细节，便于用户对现有固件进行必要的更新。 
 

概述

微调“保险丝”

微调“保险丝”实际上指的是一组非易失(NV)存储器，在Maxim的Teridian电表IC生产过程中用于调整IC的模拟和数字特征参数。器件出厂后，微调“保险丝”内存储的内容不再改变，用于后续产品中的参数补偿，例如，用来微调VREF电压，使其稳定在1.195 VDC ，误差不超过±1mV；还可用于调整VBIAS内部电压，使其稳定在目标值。

IC工作期间，按照固定的时间间隔读取微调“保险丝”的数值，由IC内部的硬件电路进行适当的参数调整。从“保险丝”读取的数据送入硬件控制电路和位于I/O RAM的保险丝寄存器(图1)。71M6521系列产品中共包含7个独立的微调“保险丝”数值，向I/O RAM寄存器0x20FD (TRIMSEL)写入1-7之间的任何数值，可从I/O RAM寄存器0x20FF (TRIM)中读取相应的“保险丝”数据。

图1. 微调保险丝工作原理

错误读取微调“保险丝”

71M6521 IC支持三种低功耗模式(休眠模式、LCD单独有效模式以及关断模式)。低功耗模式下，无法支持IC正常工作的电流消耗。

在极端的电磁干扰(EMI)环境下，或者是当电源超乎寻常地反复断电的情况下，可能会影响到“保险丝”数据的读取和参数调整，错误地读取到某个“保险丝”数据。发生这种情况时，可能导致几种错误结果。当电源发生高速“振荡”，使得71M6521在工作模式与关断模式之间反复切换时，将会提高器件故障的概率，当交流电缓慢爬升、下降，而后续使用的是“软”电源时，很容易发生这种状况。电源振荡导致71M6521在正常供电(正常工作模式)和低功耗(关断)模式之间频繁切换，由于“保险丝”读取错误导致器件故障的可能性非常小，只有当电表在长达若干天，甚至几个星期的时间内频繁断电时，才有可能看到故障状况。

“保险丝”读取错误导致IC工作故障可能有几种不同的表现形式，具体取决于错误读取的“保险丝”数据。故障现象可能是以下几种情况之一：

MPU软件运行在未知状态，但依据固件的不同，有些情况下可能终止内部时钟，使看门狗定时器无法复位电表。

产生未知的内部电源电压和检测门限，这种情况下可能导致外部电源作用到V1引脚，在唤醒时钟尚未建立的前提下进入休眠模式。有些情况下，不恰当地初始化内部电源达到一个超时限制时，可能导致RTC计时错误。

在电表中从根本上消除EMI可能不太现实，但是，在器件进入关断模式时通过测试IC的微调“保险丝”，固件可以检测并避免发生上述故障。

新版本演示程序解决的另一问题是RTC时间偏移的修正。早期软件中所包含的RTC程序集成了长期抖动导致RTC偏差的修正，复位后进行调整。

改进程序的应用示例

本应用笔记介绍的程序支持所有版本的71M6521，包括71M6521BE、71M6521DE和71M6521FE。Maxim推荐在带有备份电池的新设计中采用固件修正。

功率模式切换期间可能产生的失效

71M6521中的微调“保险丝”由控制逻辑保证，重复上电或极端EMI可能影响微调“保险丝”的数据读取。失效原因包括：

电表频繁断电或出现极端EMI。

电表从工作状态进入关断模式，新的锂电池供电的情况下，错误地读取微调“保险丝”的数据。电池电压(典型值为3.6 VDC)与71M6521正常工作时的电压(典型值为3.3 VDC)不同，导致失效。

配备电池的电表似乎更容易受到影响，因为不带电池的电表在主电源断电并再次上电后，能够经历一次干净的复位(POR)过程。

在供电模式转换期间，可能引发上文提及的失效现象，但很难准确定位具体故障，因为这取决于诸多因素：断电或EMI、电表固件、电池选择、电源设计等，这些都会影响到微调“保险丝”的读取错误。大多数电表即使在极端测试条件下，也不会发生故障。

当电表返回正常工作模式时，电源能够支持更大的工作电流，即可提供微调自校准数据。但可能需要重新恢复电表的工作状态。

RTC失效事件

RTC程序用于补偿电表在低功耗模式下产生的时间偏差，但并非在启动时同步调整，而会累计抖动产生的漂移。

4.8p演示程序

程序测试

实际测试时为演示板配备了新电池，配置显示默认值(显示RTC的时钟)。然后，在8周内每隔10秒重复一次交流电的断电/上电。简单地把电源稳定在标称交流电压，然后开始测试。好的设计应该能够正确地恢复系统工作，合理显示时间信息。程序经过8周测试后没有出现失效。

软件的影响

4.8p演示程序能够在运行main()之前出发PLL_OK中断，保证在固件初始化期间能够检测到掉电故障并进行相应的处理。必须谨慎管理其它中断操作，以避免出现严重的故障现象。

任何情况下，4.8p演示软件都可以在唤醒定时器中保持一个非零数值。正常工作时，唤醒定时器不会计数或触发唤醒过程，除非IC意外进入休眠或仅显示LCD模式。发生这种事件时，将触发唤醒定时器工作，唤醒电表并从故障状态下恢复电表工作。

程序存储位置

目标代码应该把修正程序放置在闪存的前8KB。Keil® IDE中，可以在项目平台更改目标程序，选择<点击鼠标右键>optionsBL_51 Locate TabCode Space。演示程序中，该指令置于存储器尽可能低的位置：

?C_C51STARTUP,?PR?_?PLL_ISR?BATMODES_20,?PR?_?BATMODE_CHANGE?BATMODES_20,

?C_C51STARTUP包含演示程序的启动代码。

?PR?_?PLL_ISR?BATMODES_20SAFE,?PR?_?BATMODE_CHANGE?BATMODES_20SAFE执行PLL_OK中断例程时需要。

PLL_OK中断

以下程序应该置于PLL_OK中断例程，检测到关断模式时运行。4.8p mainatmodes_20.c中给出了经过测试的程序代码。

    extern void trim_test(void) small reentrant;

    EA = 0;
    CONFIG0 = 0;        // Make sure we are running as fast as we can.
    IFLAGS = (~IE_PLLFALL_) & (~IE_PLLRISE_);  // force an edge to occur

    WAKE = 0x81;        // force a wake timer wake if sleep is forced

    trim_test();        // From start-up code.