摘要： 隨著電力系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展與日益復(fù)雜化，自動化監(jiān)控技術(shù)在保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定、高效運行中扮演著關(guān)鍵角色。本文深入剖析了廈門國科安芯科技有限公司的AS32A601芯片與ASM1042芯片組合在電力系統(tǒng)自動化監(jiān)控中的應(yīng)用效能。通過對兩款芯片的技術(shù)特性、功能優(yōu)勢以及在電力系統(tǒng)監(jiān)控場景下的實際運用進行詳盡分析，旨在為電力系統(tǒng)自動化監(jiān)控設(shè)備的設(shè)計、選型與優(yōu)化提供堅實的理論依據(jù)與豐富的實踐參考，推動電力系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)的進一步發(fā)展與創(chuàng)新，提升電力系統(tǒng)的智能化監(jiān)控水平，確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵詞：AS32A601；ASM1042；電力系統(tǒng)；自動化監(jiān)控；應(yīng)用效能

一、引言

電力系統(tǒng)作為現(xiàn)代社會的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，其穩(wěn)定、高效運行直接關(guān)系到社會經(jīng)濟的穩(wěn)定發(fā)展與人們的日常生活。自動化監(jiān)控系統(tǒng)承擔(dān)著實時監(jiān)測電力設(shè)備運行狀態(tài)、采集數(shù)據(jù)、進行故障診斷與預(yù)警等關(guān)鍵任務(wù)，對于保障電力系統(tǒng)的可靠運行具有不可替代的作用。隨著科技的不斷進步，對電力系統(tǒng)自動化監(jiān)控的性能和功能提出了更高要求，包括更高的數(shù)據(jù)處理能力、更強的通信可靠性、更低的功耗以及更好的適應(yīng)復(fù)雜工業(yè)環(huán)境的性能等。

在此背景下，廈門國科安芯科技有限公司推出的AS32A601芯片和ASM1042芯片，為電力系統(tǒng)自動化監(jiān)控領(lǐng)域帶來了新的解決方案。本文將詳細分析這兩款芯片的性能特點，并探討它們組合應(yīng)用于電力系統(tǒng)自動化監(jiān)控中的效能表現(xiàn)，為電力行業(yè)的技術(shù)升級與創(chuàng)新發(fā)展提供有益的借鑒。

二、AS32A601芯片技術(shù)特性與優(yōu)勢

（一）芯片概述

AS32A601是一款基于32位RISC-V指令集的MCU產(chǎn)品，具有豐富的Flash容量，支持ASIL-B等級的功能安全ISO26262標(biāo)準(zhǔn)，具備高安全、低失效、多IO、低成本等特點，工作頻率高達180MHz，工作輸入電壓范圍為2.7V~5.5V，休眠電流低至≤200uA（可喚醒），典型工作電流≤50mA，符合AEC-Q100grade1認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)（汽車級），適用于工業(yè)、汽車以及商業(yè)航天等領(lǐng)域。

（二）核心性能與優(yōu)勢

強大的內(nèi)核性能 ：AS32A601搭載自研E7內(nèi)核，該內(nèi)核采用8級雙發(fā)射流水線設(shè)計，具備動態(tài)分支預(yù)測功能，配備16KiB數(shù)據(jù)緩存和16KiB指令緩存，允許零等待訪問嵌入式Flash與外部內(nèi)存，最高頻率可達180MHz，實現(xiàn)804DIMPS/2.68DIMPS/MHz的運算性能，能夠高效處理電力系統(tǒng)自動化監(jiān)控中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，快速響應(yīng)監(jiān)控需求。

豐富的存儲資源 ：芯片內(nèi)置512KiB內(nèi)部SRAM（帶ECC），16KiBICache和16KiBDCache（帶ECC），512KiBD-Flash（帶ECC）以及2MiBP-Flash（帶ECC），為電力系統(tǒng)監(jiān)控程序的運行、數(shù)據(jù)存儲與備份提供了充足的空間，滿足電力系統(tǒng)對數(shù)據(jù)存儲可靠性和完整性的嚴(yán)格要求，確保在復(fù)雜工況下數(shù)據(jù)不丟失、不損壞。

高效的時鐘管理系統(tǒng) ：AS32A601的時鐘管理模塊提供多種時鐘源選擇，包括外部晶振（OSC，范圍8MHz~40MHz）、內(nèi)部高頻振蕩器（FIRC，16MHz）、內(nèi)部低頻振蕩器（32KHz）和系統(tǒng)鎖相環(huán)（PLL，最大支持500MHz輸出）。在復(fù)位后，默認(rèn)以FIRC作為CPU工作時鐘，應(yīng)用程序可根據(jù)實際需求靈活選擇時鐘源，并且時鐘監(jiān)測模塊能夠?qū)崟r監(jiān)測OSC和PLL時鐘的穩(wěn)定性，一旦檢測到異常，自動切換至備份時鐘源，并通過中斷通知應(yīng)用程序，保障電力系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，避免因時鐘故障導(dǎo)致的系統(tǒng)癱瘓。

（三）功能安全特性

內(nèi)核安全保護 ：采用延遲鎖步方法，確保內(nèi)核作為主機對系統(tǒng)進行操作時的安全性，有效降低因內(nèi)核故障引發(fā)的系統(tǒng)風(fēng)險。

存儲與數(shù)據(jù)路徑安全 ：通過端到端ECC保護機制，保障存儲器及存儲器與外設(shè)數(shù)據(jù)路徑的安全，對外圍設(shè)備的端到端保護在APB轉(zhuǎn)接橋處結(jié)束，防止數(shù)據(jù)在傳輸過程中出現(xiàn)錯誤或損壞，維護電力系統(tǒng)監(jiān)控數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與可靠性。

時鐘與電源監(jiān)控 ：多個分立的時鐘監(jiān)測模塊（CMU）對時鐘進行監(jiān)控，電源管理模塊（PMU）與ADC配合對電源進行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)時鐘和電源異常并采取相應(yīng)措施，避免因時鐘或電源問題影響電力系統(tǒng)監(jiān)控的正常運行。

外設(shè)安全設(shè)計 ：硬件支持應(yīng)用級冗余，提供連接至不同外設(shè)橋的IO模塊，增強被監(jiān)控和監(jiān)控資源之間的獨立性，降低外設(shè)故障對系統(tǒng)造成的影響；同時利用MBIST和LBIST等機制，避免功能邏輯和安全機制中的潛在故障累積，確保外設(shè)的長期穩(wěn)定運行，滿足電力系統(tǒng)對監(jiān)控設(shè)備高可靠性的需求。

（四）通信接口與模擬功能

多樣化的通信接口 ：AS32A601配備了豐富的通信接口，包括6路SPI，支持主從模式標(biāo)準(zhǔn)SPI協(xié)議，速率最高可達30MHz；4路CAN，支持CANFD；4路USART模塊，支持LIN模式、同步串口模式；1個以太網(wǎng)（MAC）模塊，支持10/100M模式、全/半雙工模式；4路I2C，支持主從模式標(biāo)準(zhǔn)IIC協(xié)議。這些接口能夠滿足電力系統(tǒng)自動化監(jiān)控中與各類傳感器、執(zhí)行器以及其他監(jiān)控設(shè)備之間的多種通信需求，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳輸與交互，構(gòu)建穩(wěn)定可靠的電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)，保障監(jiān)控信息的及時獲取與下達。

強大的模擬功能 ：芯片集成了3個12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），最多支持48通道模擬通路，可對電力系統(tǒng)中的各種模擬信號（如電壓、電流、溫度等）進行高精度的采集與轉(zhuǎn)換；同時具備2個模擬比較器（ACMP）、2個8位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）以及1個溫度傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)對電力設(shè)備運行狀態(tài)的實時監(jiān)測與精確控制，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供關(guān)鍵的數(shù)據(jù)支持。

（五）電源管理模式

AS32A601支持4種電源管理模式，包括RUN（運行模式）、SRUN（低速運行模式）、SLEEP（停止模式）和DEEPSLEEP（待機模式）。通過靈活切換電源模式，芯片可根據(jù)實際工作負載需求，在保證監(jiān)控功能正常運行的前提下，有效降低功耗，延長電力系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備的使用壽命，尤其適用于對功耗敏感的電力系統(tǒng)遠程監(jiān)控場景，如分布式能源監(jiān)控、輸電線路監(jiān)測等，有助于減少設(shè)備的維護成本與能源消耗，提高電力系統(tǒng)監(jiān)控的經(jīng)濟性和可持續(xù)性。

三、ASM1042芯片技術(shù)特性與優(yōu)勢

（一）芯片概述

ASM1042是一款通過AEC-Q100 Grade1認(rèn)證的CAN收發(fā)器芯片，符合ISO11898-2:2016和ISO11898-5:2007物理層標(biāo)準(zhǔn)，支持5Mbps的數(shù)據(jù)速率，具備低功耗待機模式及遠程喚醒請求特性，I/O電壓范圍支持3.3V和5VMCU，未供電時具有理想無源行為，總線和邏輯引腳處于高阻態(tài)（無負載），實現(xiàn)上電/斷電無干擾運行，同時提供多種保護特性，如IECESD保護高達±15kV、總線故障保護、VCC和VIO（僅限V型號）電源終端的欠壓保護、驅(qū)動器顯性超時（TXDDTO）功能以及熱關(guān)斷保護（TSD）等，收發(fā)器共模輸入電壓可達±30V，典型循環(huán)延遲為110ns，采用SOIC8封裝，適用于工業(yè)級、汽車級和企業(yè)宇航級等多種應(yīng)用場景，為電力系統(tǒng)自動化監(jiān)控中的通信環(huán)節(jié)提供了可靠的連接解決方案。

（二）電氣性能優(yōu)勢

高速數(shù)據(jù)傳輸能力 ：ASM1042支持高達5Mbps的數(shù)據(jù)速率，能夠在有負載的CAN網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)傳輸，具有較短的對稱傳播延遲時間（典型循環(huán)延遲為110ns）和快速循環(huán)次數(shù)，有效增加時序裕量，從而提升電力系統(tǒng)自動化監(jiān)控中通信的實時性和效率，確保監(jiān)控數(shù)據(jù)能夠及時、準(zhǔn)確地在各個設(shè)備之間傳輸。

出色的EMC性能 ：支持SAEJ2962-2和IEC62228-3（最高500kbps）標(biāo)準(zhǔn)，具備良好的電磁兼容性（EMC）性能，降低了在復(fù)雜電力系統(tǒng)電磁環(huán)境中的電磁干擾和敏感度，保證CAN通信的可靠性與穩(wěn)定性，減少因電磁干擾導(dǎo)致的通信錯誤和系統(tǒng)故障。

（三）保護特性與可靠性

靜電放電（ESD）保護 ：符合IECESD標(biāo)準(zhǔn)，保護電壓高達±15kV（HBM），能夠有效防止靜電對芯片的損壞，確保通信接口的長期可靠性。

總線故障保護 ：提供±70V的總線故障保護，能夠在電力系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的異常電壓情況下保護收發(fā)器免受損壞，適應(yīng)電力系統(tǒng)中復(fù)雜的電氣環(huán)境。

電源保護功能 ：VCC和VIO（僅限V型號）電源終端具有欠壓保護功能，當(dāng)電源電壓低于設(shè)定閾值時，自動關(guān)閉芯片電路，防止因欠壓導(dǎo)致的芯片損壞和通信異常。

顯性超時保護（TXDDTO） ：當(dāng)引腳TXD上的低電平持續(xù)時間超過設(shè)定的顯性超時時間（tTXD_DTO為1.2ms~3.8ms）時，發(fā)送器將被禁止，CAN總線進入隱性狀態(tài)，直到TXD上升沿信號對顯性超時保護進行復(fù)位，有效維護了CAN總線網(wǎng)絡(luò)的正常通信秩序。

熱關(guān)斷保護（TSD） ：內(nèi)置熱關(guān)斷保護功能，當(dāng)芯片溫度過高時，自動觸發(fā)過溫保護機制，關(guān)閉驅(qū)動電路，減小驅(qū)動電流，降低芯片溫度，防止因過熱導(dǎo)致芯片損壞和通信故障。

（四）靈活的工作模式與低功耗

待機模式與遠程喚醒 ：ASM1042具有低功耗待機模式，當(dāng)STB引腳設(shè)置為高電平時，激活待機模式，此時CAN發(fā)送器和接收器均關(guān)閉，大幅降低功耗。同時，支持遠程喚醒請求功能，當(dāng)總線檢測到超過tWK_FILTER的主導(dǎo)總線電平，引腳RXD將變?yōu)榈碗娖?，使設(shè)備能夠快速從待機模式喚醒，恢復(fù)正常通信工作。

靈活的I/O電壓適應(yīng)性 ：I/O電壓范圍支持3.3V和5VMCU，為電力系統(tǒng)中不同電壓等級的監(jiān)控設(shè)備提供了良好的適配性，方便與各種上位機和下位機設(shè)備進行連接與通信。

四、AS32A601與ASM1042芯片組合在電力系統(tǒng)自動化監(jiān)控中的應(yīng)用效能

（一）系統(tǒng)架構(gòu)與集成

在電力系統(tǒng)自動化監(jiān)控應(yīng)用中，AS32A601作為核心處理單元，負責(zé)數(shù)據(jù)采集、處理、存儲以及監(jiān)控邏輯的執(zhí)行等任務(wù)，通過其豐富的通信接口與ASM1042CAN收發(fā)器芯片相連，構(gòu)建起電力系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點通信鏈路。ASM1042則承擔(dān)著將AS32A601處理后的監(jiān)控數(shù)據(jù)發(fā)送至其他監(jiān)控節(jié)點或上位機，以及接收來自其他設(shè)備的控制指令等通信任務(wù)，二者協(xié)同工作，實現(xiàn)電力系統(tǒng)自動化監(jiān)控系統(tǒng)的高效運行。

具體系統(tǒng)架構(gòu)中，AS32A601的CAN控制器與ASM1042的CAN收發(fā)器通過標(biāo)準(zhǔn)的CAN總線接口相連，形成穩(wěn)定的CAN通信網(wǎng)絡(luò)，可將電力系統(tǒng)中的各類智能監(jiān)測設(shè)備（如智能電表、開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測裝置、電力變壓器狀態(tài)監(jiān)測儀等）連接起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時共享與交互。同時，利用AS32A601的以太網(wǎng)接口，還可將本地監(jiān)控數(shù)據(jù)上傳至更高層級的電力系統(tǒng)監(jiān)控中心或云端服務(wù)器，實現(xiàn)遠程監(jiān)控與管理，構(gòu)建多層次、全方位的電力系統(tǒng)自動化監(jiān)控體系。

（二）數(shù)據(jù)采集與處理效能

AS32A601憑借其強大的內(nèi)核性能和豐富的模擬功能，能夠高效地采集電力系統(tǒng)中的各種模擬信號，如電壓、電流、功率、頻率、溫度等。其12位ADC模塊的高精度特性確保了采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，最多48通道的模擬通路設(shè)計能夠滿足大規(guī)模電力系統(tǒng)多點監(jiān)測的需求，為實時掌握電力設(shè)備運行狀態(tài)提供了詳實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

在數(shù)據(jù)處理方面，AS32A601的高性能內(nèi)核可以快速運行復(fù)雜的監(jiān)控算法和數(shù)據(jù)分析模型，對采集到的海量數(shù)據(jù)進行實時處理與分析，實現(xiàn)故障診斷、負荷預(yù)測、電能質(zhì)量評估等功能。例如，通過對電力系統(tǒng)電流、電壓數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測與分析，利用內(nèi)置的數(shù)學(xué)運算指令和浮點運算能力，快速判斷電力線路是否存在短路、過載等故障情況，并及時發(fā)出警報信號，同時為電力系統(tǒng)的調(diào)度決策提供數(shù)據(jù)支持，保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

（三）通信可靠性與實時性

ASM1042的高速數(shù)據(jù)傳輸能力和出色的EMC性能為AS32A601處理后的監(jiān)控數(shù)據(jù)提供了可靠的通信保障。在電力系統(tǒng)復(fù)雜的電磁環(huán)境下，ASM1042能夠穩(wěn)定地以5Mbps的高速率傳輸數(shù)據(jù)，確保監(jiān)控信息在各個節(jié)點之間的及時傳遞，滿足電力系統(tǒng)對通信實時性的嚴(yán)格要求。其短的對稱傳播延遲時間和快速循環(huán)次數(shù)，進一步提高了通信效率，使得電力系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)各種工況變化，及時調(diào)整運行狀態(tài)，降低故障風(fēng)險。

此外，ASM1042的顯性超時保護、熱關(guān)斷保護等可靠性設(shè)計，有效避免了因通信故障導(dǎo)致的電力系統(tǒng)監(jiān)控中斷，提高了通信系統(tǒng)的可用性和穩(wěn)定性。當(dāng)通信線路出現(xiàn)異常時，ASM1042能夠自動采取保護措施，如進入待機模式或觸發(fā)顯性超時保護，防止故障擴大化，保障通信網(wǎng)絡(luò)的基本運行，確保電力系統(tǒng)監(jiān)控數(shù)據(jù)的連續(xù)性。

（四）系統(tǒng)集成與擴展性

AS32A601豐富的通信接口和靈活的外設(shè)配置，使其能夠與多種電力系統(tǒng)設(shè)備和傳感器進行無縫集成。除了與ASM1042構(gòu)建的CAN通信網(wǎng)絡(luò)外，還可通過其SPI、I2C、USART等接口連接其他類型的傳感器、執(zhí)行器和智能設(shè)備，如電力系統(tǒng)中的無功補償裝置、繼電保護裝置、環(huán)境監(jiān)測傳感器等，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)全方位、多層次的監(jiān)測與控制。

同時，AS32A601的強大處理能力和靈活的電源管理模式，為系統(tǒng)的擴展提供了便利條件。在電力系統(tǒng)不斷升級和擴展的過程中，可在不更換核心處理芯片的情況下，通過增加傳感器節(jié)點、擴展通信網(wǎng)絡(luò)等方式，實現(xiàn)對新設(shè)備、新區(qū)域的監(jiān)控覆蓋，降低了電力系統(tǒng)升級成本和維護難度，提高了系統(tǒng)的可擴展性和適應(yīng)性。

五、結(jié)論與展望

（一）研究結(jié)論

通過對AS32A601與ASM1042芯片的技術(shù)特性、功能優(yōu)勢以及在電力系統(tǒng)自動化監(jiān)控中的應(yīng)用效能進行深入分析，可以得出以下結(jié)論：

AS32A601芯片憑借其高性能內(nèi)核、豐富的存儲資源、強大的功能安全特性、多樣化的通信接口以及低功耗等優(yōu)勢，能夠高效地處理電力系統(tǒng)自動化監(jiān)控中的數(shù)據(jù)采集、分析與處理任務(wù)，為監(jiān)控系統(tǒng)提供了可靠的核心處理能力。

ASM1042芯片以其高速數(shù)據(jù)傳輸能力、出色的EMC性能、多種保護特性以及靈活的工作模式等優(yōu)勢，在電力系統(tǒng)自動化監(jiān)控通信環(huán)節(jié)中表現(xiàn)出色，確保了監(jiān)控數(shù)據(jù)的穩(wěn)定、可靠傳輸，提高了通信的實時性和可用性。

二者組合應(yīng)用于電力系統(tǒng)自動化監(jiān)控系統(tǒng)中，能夠顯著提升系統(tǒng)的整體性能，包括數(shù)據(jù)采集精度、處理速度、通信可靠性以及系統(tǒng)的集成度和擴展性等方面，有效滿足了現(xiàn)代電力系統(tǒng)對自動化監(jiān)控的高要求，在實際應(yīng)用中取得了良好的應(yīng)用效果，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供了有力的技術(shù)支持。

（二）未來展望

隨著電力系統(tǒng)向智能化、自動化方向的不斷發(fā)展，對監(jiān)控系統(tǒng)的要求也將持續(xù)提高。未來，AS32A601與ASM1042芯片組合有望在以下幾個方面得到進一步的發(fā)展與拓展：

性能優(yōu)化與提升 ：隨著芯片制造工藝的不斷進步和設(shè)計技術(shù)的不斷創(chuàng)新，AS32A601的內(nèi)核性能、存儲容量和處理能力有望得到進一步提升，同時降低功耗；ASM1042的數(shù)據(jù)傳輸速率、抗干擾能力等性能指標(biāo)也將不斷提高，以適應(yīng)未來電力系統(tǒng)對更高性能監(jiān)控設(shè)備的需求。

功能集成與融合 ：AS32A601可進一步集成更多功能模塊，如內(nèi)置更多的模擬前端（AFE）功能、加密安全模塊等，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)信號的更全面采集與處理，同時保障數(shù)據(jù)的安全性；ASM1042可與AS32A601在芯片層面進行更緊密的集成，減少系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜度和成本，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

應(yīng)用拓展與創(chuàng)新 ：在現(xiàn)有電力系統(tǒng)自動化監(jiān)控應(yīng)用的基礎(chǔ)上，AS32A601與ASM1042芯片組合還可拓展至更多新興領(lǐng)域，如電力物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、電動汽車充電設(shè)施監(jiān)控、儲能系統(tǒng)管理等，為構(gòu)建智能、高效、可靠的能源互聯(lián)網(wǎng)提供核心芯片支持，推動電力行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)升級，助力實現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展。

審核編輯 黃宇