開發(fā)公用事業(yè)儀表中的電源一直具有挑戰(zhàn)性。公用事業(yè)電表，尤其是智能電表，必須高效運(yùn)行，以確保電表能夠全天候工作并最大限度地降低能耗。隨著云上數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑黾?，安全性在這個(gè)市場(chǎng)空間中變得越來(lái)越重要。瑞薩RA4C1微控制器旨在為您的應(yīng)用提供備用電池策略，確保即使在主電源發(fā)生故障時(shí)也能進(jìn)行關(guān)鍵操作。

為了確保低功耗，許多低功耗外設(shè)，如低功耗定時(shí)器、低功耗UART和段碼式LCD控制器都集成到80MHz RA4C1微控制器（MCU）中。為了減少網(wǎng)絡(luò)安全威脅，內(nèi)置一個(gè)片上安全引擎，為安全功能提供了與CPU的隔離，并包括密鑰管理和密碼算法的硬件加速，如AES、ECC和SHA被內(nèi)置到RA4C1 MCU中。有關(guān)更多信息，請(qǐng)查看以下RA4C1框圖。

圖1：RA4C1框圖

電表在運(yùn)行中需要具有彈性。為了使儀表能夠在短暫停電期間繼續(xù)運(yùn)行，RA4C1的功耗低至1.73μA，可保持16KB的SRAM，并允許實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）在軟件待機(jī)模式下運(yùn)行時(shí)僅消耗0.38μA。這種低功耗特性使用戶能夠設(shè)計(jì)帶有備用電池的系統(tǒng)，以便在任何情況下繼續(xù)運(yùn)行電表。

讓我們看看RA4C1如何在停電期間提供備用電源，如下圖所示。RA4C1有兩個(gè)電源域—Vcc電源域和RTC域—每個(gè)電源域都可以獨(dú)立供電。

CPU、片上存儲(chǔ)器和除RTC之外的所有外設(shè)的電源均由Vcc供電。RTC是獨(dú)立電源域的一部分，通過(guò)Vrtc引腳獨(dú)立供電。

通過(guò)這種電源分離，即使Vcc電源出現(xiàn)故障，RTC也可以連續(xù)運(yùn)行，并使用連接到Vrtc的小型備用電池保持準(zhǔn)確的時(shí)間。RTC可以在0.38μA的電流下運(yùn)行，同時(shí)在Vrtc的低功耗模式下運(yùn)行。

圖 2：簡(jiǎn)化的電源框圖

RA4C1還具有三個(gè)額外的低電壓檢測(cè)輸入，使用戶能夠輕松管理具有多個(gè)電池的備用系統(tǒng)。

EXLVD和EXLVDVBAT電壓檢測(cè)電路允許用戶監(jiān)控外部電源和外部備用電池，當(dāng)外部電源發(fā)生故障時(shí)，該電池可用于為整個(gè)芯片供電。

VRTC電壓檢測(cè)電路監(jiān)控RTC備用電池的外部電池電壓。

如果電壓低于選定的電壓電平，這些電路中的每一個(gè)都可能產(chǎn)生中斷，表明電源出現(xiàn)故障。

這些LVD電路是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)LVD電路LVD1和LVD2的補(bǔ)充，它們監(jiān)控內(nèi)部Vcc線路，并可用于提供額外的保護(hù)級(jí)別。

下圖中的典型用戶電路顯示了外部電源，以及主系統(tǒng)備用電池和用于實(shí)時(shí)時(shí)鐘的輔助備用電池。

在實(shí)際系統(tǒng)中，主備用電池是大型輔助電池或可充電電池，可以維持系統(tǒng)在一段時(shí)間內(nèi)完整運(yùn)行，而第二個(gè)較小的電池，通常是RTC的小型主電池，足以維持?jǐn)?shù)年的時(shí)間。

圖3：典型值 電源使用案例

在這個(gè)示例系統(tǒng)中，EXLVD電路用于對(duì)外部電源的故障發(fā)出預(yù)先警告。在此電源發(fā)生故障后，提供給MCU的電壓電平通常需要一些時(shí)間才能開始下降，因此在這段時(shí)間內(nèi)，應(yīng)用程序可以安全地響應(yīng)和關(guān)閉進(jìn)程，并將任何關(guān)鍵數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)閃存中。

然后，系統(tǒng)將回退到支持系統(tǒng)運(yùn)行的備用電池，通常保持關(guān)鍵系統(tǒng)處于活動(dòng)狀態(tài)并等待電源恢復(fù)。

如果此電池開始出現(xiàn)故障，EXLVD會(huì)檢測(cè)到故障，系統(tǒng)可以安全關(guān)閉，而由獨(dú)立備用電池維護(hù)的RTC將繼續(xù)運(yùn)行并保持正確的時(shí)間，直到主電源恢復(fù)。

這種架構(gòu)使您的系統(tǒng)能夠在使用1個(gè)或2個(gè)備用電池的同時(shí)，以準(zhǔn)確的時(shí)鐘安全地運(yùn)行和保持工作。這些功能適用于許多應(yīng)用，例如公用事業(yè)儀表和各種傳感器應(yīng)用。