第一步：多路信号同步采集
电网中的电压与电流信号经采样电路转换为安全低电平信号，供后续处理：
- 电压采样：通过高阻值电阻分压网络（如 10MΩ/100kΩ 分压），将 220V 市电降至 3.3V 以下安全范围。采用高精度金属膜电阻（温度系数 ≤50ppm/℃），确保分压比稳定性。
- 电流采样：主流方案有二：
- 分流器（Shunt Resistor）：在火线中串入低阻值（如 150μΩ~1mΩ）精密电阻，测量其两端压降。优点是线性度好、成本低；缺点是存在功耗（I²R）。
- 电流互感器（CT）：利用电磁感应原理，将大电流按比例（如 1000:1）变换为毫安级小电流，再经采样电阻转为电压信号。优势是电气隔离、无功耗；适用于大电流场合。
? 同步性关键：电压与电流信号必须严格同步采样！因有功功率 P = U·I·cosφ，若相位采集不同步（如时间差 >1μs），将导致 cosφ 计算偏差，进而使电能计量误差超限。高端电表采用双 ADC 同步采样或 TDM 时分复用技术确保相位对齐。
第二步：模拟信号数字化（A/D Conversion）
采样得到的模拟波形需经高精度 ADC 转为数字序列：
- ADC 类型：普遍采用 24 位 Σ-Δ（Sigma-Delta）型 ADC，如 ADS1256、ADE7753 内置 ADC。其有效位数（ENOB）可达 20bit 以上，采样率 2~4kHz，信噪比 >100dB。
- 采样过程：每周期（50Hz 对应 20ms）采样 80~100 点，构建完整波形快照。例如：220V/10A 电路中，电压峰值约 311V，经分压后为 3.3V；电流峰值 14.1A，经采样后约 3.3V。ADC 输出对应数字值（如 0~16,777,215）。
- 抗混叠滤波：在 ADC 前加低通滤波器（截止频率约 2kHz），滤除高频谐波与噪声干扰，防止混叠失真。
⚠️ 精度保障：ADC 的非线性误差（INL）、偏移误差、增益误差直接影响计量精度。因此电表用 ADC 均经过工厂级温度循环校准，并写入补偿参数至 EEPROM。
第三步：数字信号处理与能量计算
MCU 接收数字信号后，运行专用算法完成电能计算：
- 瞬时功率计算：对每组采样点，计算 P(n) = U(n) × I(n)，得到瞬时有功功率序列。
- 电能积分：采用梯形法或矩形法对功率进行时间积分：E = Σ[P(n) × Δt]。Δt 为采样周期（如 1ms），结果单位为瓦时（Wh）。
- 费率分时：结合 RTC 实时时钟与预设费率表（峰/平/谷/尖），分别累计各时段电量。例如：某时段单价 0.30 元/kWh，累计 10kWh 则计费 3.00 元。
- 无功与视在功率：通过正交采样（I 轴与 Q 轴信号）计算无功功率 Q 与视在功率 S，用于功率因数监测。
? 误差控制：计量误差 =（测量值 - 真实值）/ 真实值 ×100%。通过软件补偿（温度漂移、老化系数）与硬件冗余设计，整表误差可控制在 ±0.5% 以内（0.5S 级）。