随着环境问题的日益凸显,电能因清洁、方便等优点得到广泛使用,用电量的增加引起了电能计量的快速发展。如何科学、准确地对消耗的电能进行计量成为一个不可忽视的问题。目前,电能计量芯片的主要工作原理为对互感器采集的电压、电流进行模数转换,并通过内部数字信号处理单元完成计算。电流因为与负载大小相关而波动范围较大,这对电能计量芯片的精确计量带来一定的影响。为了解决在负载变化情况下的计量精度问题,设计了一款用于宽电流量程电能计量芯片的数据采集模块,该模块采用TSMC 0.J18μm CMOS工艺实现。该系统由低通滤波器,自动增益控制放大电路,以及Sigma Delta调制器电路组成。其中低通滤波器采用有源二阶低通滤波电路,自动增益控制放大电路由8位逐次逼近型模数转换器、可编程增益放大器、幅度检测模块和增益控制模块组成,Sigma Delta调制器采用四阶反馈式级联积分结构。根据电表的精度等级确定了能满足精度要求的调制器阶数以及量化器位数等重要参数,完成了调制器各级的参数设计,并在Simulink中对加入了各种非理想因素的调制器模型进行仿真验证。其次在Simulink中建立自动增益控制电路模型,验证了自动增益控制系统的功能和稳定性。根据模型中各个模块的性能要求,完成了低通滤波电路、带隙基准电路、自动增益控制放大电路和四阶调制器电路的设计与仿真。最终的仿真结果表明低通滤波电路截止频率为2kHz,自动增益放大电路实现了在差分输入信号幅值在0～lV之间时,将差分信号幅值稳定在250mV～500mV之间。在时钟频率为1.28 MHz,过采样率为128,带宽2 kHz下,Sigma Delta调制器电路信噪比达到101.8dB,满足0.1级电能计量芯片采集精度要求。完成了电路的版图设计,其模拟部分版图面积为800μm×700μm。