ADE7758中文

ADE7758是一种高精确度三相电能测量 IC 功能特性： 高精确性，支持国际电工委员会的60687，61036，61268，62053-21，62053-22，62053-23 兼容三相/三线制，三相/四线制和其他的三相设备 在25°C的常温下从1到1000动态范围的活动能量误差低于0.1％支持正相的、反相的、交互式的能量，电压和电流的均方根和采样数据的波形。两个脉冲输出，一个是正相的电流，另一个是用可编程在正相和视在电源进行选择。数字电源，相位和均方根的偏移标定。一个芯片电压发生器用来可编程阈值限制和过压的检测，一个数字积分器芯片能够通过输入和输出接口作为直流变交流的传感器接口。电流通道的一个管脚阵列允许直流变分路电流和交流互感器。一个外围接口可以通过中断请求和外围接口兼容。所有的模数转换器和数字信号处理提供了高精确性在外界环境条件变化和时间基准电压2.4V（偏差是百万分之三十）外部的驱使过度能量。单一的5V电源，低功率（70兆瓦）。 综合的描述 1 数模转换器7758（以下简称ADE7758）是一个高精确性的三相电流源测量集成电路，有一个串行口和两个脉冲输出口，ADE7758合并了所有的数模转换的和的二次阶，数字积分器，基准电压源线路，温度传感器，和所有的信号处理器必须的执行的正相的，反相，和观能量测量和均方根的计算。ADE7758适合测量正相，反相和三相结构的各种表观能量，例如WYE或者是DELTA设备，都是三到四根线。ADE7758为每个相位提供了系统校准特性，也就是均方根偏差校正，相位校准，和电源校准。有源补偿滤波器（APCF)的逻辑输出提供了正相电源信息，复功率校准频率逻辑输出（VARCF）逻辑输出提供了瞬时的反相或者视在功率信息。 下图1为ADE7758的功能结构图 概括描述 ADE有一个波形采样寄存器，允许直接访问AD转换器的输出。这部分为短周期的低或高电压变化集成了检测线路。电压的阀值电平和周期（半线回路的条数）的变化都是用户可编程的。过零检测是与任何三项线路的电压过零检测临界同步。这个信息能够测量任何三项电压输出的周期。它也用在内部的线路循环能量累加态。这种模式允许更快更和更精确校正通过同步能量累加与整数编号线路循环。数据通过串行外围接口从ADE7758里读出来。中断请求输出是一个开放的、有源低逻辑输出。当有一个或更多个中断请求中断请求同时在ADE7758里发生中断请求响应优先级低的。状态寄存器记录着中断的类型。ADE7758是一个可利用的24线小块集成电路板。 规格说明 模拟电路电源＝数字电路电源＝5 V ± 5%，模拟地＝数字地＝0V，芯片的基准电压源，时钟输入＝10 MHz的晶振，最低到最高的温度范围＝-40°C to +85°C. 表1 参数 规格 单位 测试条件/注释 精确度 正相的能量测量误差(每相位) 通道间的相位误差 (性能因数＝0.8电容) (性能因数＝0.5电感) 交流电源不支持输出频率的变化 直流电源支持输出功率的变化 正相电源测量带宽是数据传输器测量误差带宽 正弦交流信号的有效电压值的测量误差 正弦交流信号的有效电压值的测量带宽 0.1 ±0.05 ±0.05 0.01 0.01 14 0.5 14 0.5 260 % typ °max °max % typ % typ kHz % typ kHz % typ Hz 从1到1000的动态变化范围 行扫描频率＝45Hz到65Hz，高痛滤波的相位超前37° 相位滞后60° 模拟电源端＝数字电源端＝5V+ 175 mV rms/120 Hz V1P = V2P = V3P = 100 mV 的均方根 模拟电压 = 数字电压 = 5 V ± 250 mV 直流电 V1P = V2P = V3P = 100 mV 的均方根 动态的范围变化1到500 动态的变化1到20 模拟输入 最大信号电平 输入阻抗(直流) 模数转换偏移误差 增益 ±500 380 30 ±6 mV max k? min mV max % typ 注意模拟输入段的不同输入 不能校正误差 术语段 外部的2.5V基准电压 波形采样 电流通道 信噪比 失真 带宽(3dB) 电压通道 信噪比 失真 带宽(-3dB) 62 14 62 180 dB typ kHz dB typ Hz 采样输入时钟/128，10MHz/128=78.1k抽样每秒 注意电流通道的模数转换段 留意电压的模数转换段 基准电压输入 基准电压输入/输出电压范围 输入电容 2.7 2.3 10 V max V min pF max 2.5 V + 8% 2.5 V – 8% 芯片的基准电压 基准误差 电流源 输出阻抗 温度因数 ±200 6 4 30 mV max μA max k? min ppm/°C typ 输出输入引脚的额定电压2.4V 时钟输入 时钟输入频率 15 5 MHz max MHz min 所有的标准时钟输入10MHz 逻辑输入 串行接口的数据输入端，串行时钟信号输入端，数字信号处理 ADCS 的主时钟，和片选信号 最高输入电压VINH 最低输入电压VINL 输入电流IIN 输入电容CIN 2.4 0.8 ±3 10 V min V max μA max pF max 数字电源 = 5 V ± 5% 数字电源 = 5 V ± 5% 典型 10 nA, VIN = 0 V 到数字电源 逻辑输出 中断请求输出，串行口的数据输出端和时钟输出 输出的高电压VOH 输出的低电压VOL 有功功率校正频率逻辑输出引脚和复功率校准频率逻辑输出 输出的高电压VOH 输出的低电压VOL 4 0.4 4 1 V min V max V min V max 数字电源电压 = 5 V ± 5% 中断请求输出是开漏极逻辑输出端，10 k?上拉电阻 ISOURCE = 5 mA ISINK = 1 mA ISOURCE = 8 mA ISINK = 5 mA 电源供电 模拟电源端 数字电源 模拟输入电源 数字输入 4.75 5.25 4.75 5.25 8 13 V min V max V min V max mA max mA max 指定参数 5 V ? 5% 5 V + 5% 5 V ? 5% 5 V + 5% 典型值 5 mA 典型值 9 mA         定时特性 模拟电路电源＝数字电路电源＝5 V ± 5%，模拟地＝数字地＝0V，芯片的基准电压源，时钟输入＝10 MHz的晶振，最低到最高的温度范围＝-40°C to +85°C. 表2 参数 规格 单位 测试条件/注释 写时序 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 读时序 t 9 t 10 t 11 t 12 t 13 50 50 50 10 5 900 50 100 1.1 50 30 100 10 100 10 ns (min) ns (min) ns (min) ns (min) ns (min) ns (min) ns (min) ns (min) μs (min) μs (min) μs (min) μs (min) μs (min) μs (min) μs (min) 片选在时钟的第一个下降沿有效 时钟逻辑高电平脉冲宽度 时钟逻辑低电平脉冲宽度 在时钟的下降沿数据的存取有效 数据一直保持直到时钟下降沿到来 一字节数据传送的最短时间 一系列的写操作的最短时间 片选一直保持低电平直到时钟变低 读命令与写操作之间的短时间(例如，往一个通信寄存器里写数据) 多字节读过程中一字节数据传送的最短时间 数据的存取时间是根据时钟上升沿到来时往通信寄存器里写数据 在时钟的下降沿释放总线 在片选上升沿释放总线         1 采样的测试在最初版本和任何其他重新设计或者工艺改变后可能影响到这些参数。所有的输入信号都是规定的tr = tf = 5 ns(10% t到 90%)和定时从1.6V的电压电平。 2 见时序图和图3、图4ADE7758的串行接口。 3 测量和负载电路中和定义输出时间要求从0.8V到2.4V，如图2所示。 4 在图2中装载电路标准的测试时间的得出通过数据输出改变0.5V。 标准的号码是外推回的为了消除充电或放电50 pF的影响。这意味着，当时引用的时间特点，是真正的总线释放部分和独立的总线装载时间。 图2 为定时的负载电路规格说明 图 3写时序 图4 读时序 最大绝对额定值 TA = 25°C，除非另有说明 模拟电源端到模拟电路部分的参考地端 数字电源端到数字电路部分的参考端 数字电源端到模拟电源端 模拟电压输入到模拟电路部分的参考地端，电流通道模拟输入(IAP、INA、IBP、IBN、ICP、ICN) 电压通道的模拟输入(VAP、VBP、VCP、VN) 到模拟地的参考输入电压 到数字地的数字输入电压 到数字地的数字输入电压 储存温度的范围 节点温度 24线制的小规模集成块，功率耗散 θJA阻抗 超前温度 焊接蒸气相位(60秒) 红外(15秒) –0.3 V to +7 V –0.3 V to +7 V –0.3 V to +0.3 V –6 V to +6 V –0.3 V to AVDD + 0.3 V –0.3 V to DVDD + 0.3 V –0.3 V to DVDD + 0.3 V –40°C to +85°C –65°C to +150°C 150°C 88 mW 53°C/W 215°C 220°C     压力超过上述所列最大绝对额定值可能对设备造成用久性的伤害。这只着重介绍额定值，在这些或任何其他上述所列条件下设备的操作功能没有涉及到。 过于扩展在最大绝对额定值调条件扩大周期可能影响设备的可靠性。 静电放电警告 静电放电是很敏感的器件。静电电压能够高达4000V并且可以很容易的聚集到 人体和测试设备，并且在被没被检测到的情况下放电。虽然这种产品的特点拥有的静电放电保护电路，可能对设备受到高能量静电放电造成用久性的损坏。 因此，适当的经典放电保护措施是避免性能老化或者功能的丢失。 ADE7758 引脚分配和功能说明 1 APCF：有功功率校正频率逻辑输出引脚。 该引脚提供了有效功率信息。这个输出引脚主要用于校准和操作的目的。满刻度输出频率可以写入 APCFNUM 和 APEFDEN 寄存器中(参照有效功率输出区)。  2 DGND：ADE7758 数字电路部分参考地端。 它为ADE7758内部的数字线路提供了接地的基准电压，例如乘法器、滤波器、数－频转换器的地端。由于 ADE7758 中的回路电流很小，可以直接跟整个系统的模拟地端（AGND）相连，但是 DOUT端的大总线电容产生的数字噪声电流可能会影响其性能。 3 DVDD：数字电源。 该引脚为 ADE7758 数字部分提供电压源。为了规定的操作电压维持在 5V±5%。该引脚可用一个 10μF 的电容和一个 100nF 的瓷片电容并联后进行去耦合。 4 AVDD：模拟电源 该引脚为 ADE7758 模拟部分提供电压源。为了规定的操作电压维持在 5V±5%。该引脚应该采用正确的去耦方法，尽量减小电源波动和噪声。该引脚用一个 10μF 的电容和一个100nF 的瓷片电容并联后，再连接到 AGAND 引脚来去耦合。 5、6 IAP, IAN; 7、8IBP, IBN;  9、10ICP, ICN ：电流通道模拟输入。 这些通道被用来电流转换和作为电流的基准参照。这些输入是全差动电压输入，最大的差动输入信号为±0.5V，±0.25V，±0.125V。根据内部放大器的增益选择，来设定输入电压的最大值，增益选择放大器的增益由 PGA 寄存器来设定。所有的输入引脚均能承受±6V 的过电压而不会造成永久损坏，并具有静电释放保护电路。 11 AGND：模拟电路部分的参考地端。 该引脚为ADE7758内部的 ADCS、温度敏感元件、参考电压端等部分的参考地端。该引脚应该连接到系统的标准模拟地或者干扰最小的接地参考点。干扰最小的接地参考点应该跟所有的模拟线路相连。为了减小ADE7758 的地端噪声，模拟地端应该和数字地端只用一个点来连接。也可以把整个器件都安放在模拟接地面上。 12 REFIN/OUT：该引脚是片上基准电压。 片上基准电压标称值为 2.5V±8%。外部参考端也可以与该脚相连。无论是否连接外部参考电压端，该引脚都应该用一个 1μF 的瓷片电容跟 AGND 端连接以去偶合。 13、14 VN, VCP；15、16 VBP, VAP：电压通道的模拟输入。 这条通道的与电压传感器和作为电压参考。这些输入是单端电压输入，最大信号电压为±0.5V，（相对于 VN 端）。可以通过内部寄存器 PGA选择输入信号的最大值为±0.5V，±0.25V 或者±0.125V。所有的输入引脚均能承受±6V 的过电压而不会造成永久损坏，并具有静电释放保护电路。 17 VARCF：复功率校准频率逻辑输出。 通过设置 WAVMODE 寄存器的 VACF 位来选择输出复功率或者视在功率。该输出常用于电能表的校准。满刻度输出可以通过写入 VARCFNUM 和 VARCFDEN 寄存器的数值来调节(参照复功率输出部分)。 18 /IRQ：中断请求输出。 低电平有效的开漏极逻辑输出端。可屏蔽的中断包括：有功能量寄存器和视在功率寄存器半满和波形采样速率达到 26kSPS(参照ADE7758中断部分)。 19 CLKIN：数字信号处理 ADCS 的主时钟。 可以用一个外部时钟信号来提供时钟输入，也可以在 CLKIN 和 CLKOUT 端并联一个 AT 晶体来提供时钟信号。应该根据晶体的参数确定所需要的负载电容值，接一个几十 PF 的瓷片电容到振荡门电。最高为 15MHZ。 20 CLKOUT：当外部时钟提供或者连接一个晶体时，该引脚能驱动一个 CMOS 负载。 21 /CS：片选信号，低电平有效。 这部分是4线的串行接口。这个有源低逻辑输入允许ADE7758与其他设备相连共享总线，这时 ADE7758 与数据总线接通(参照ADE7758串行接口部分)。 22 DIN：串行接口的数据输入端。 在串行口的时钟信号 SCLK 的下降沿输入数据(参照ADE7758串行接口部分)。 23 SCLK：串行时钟信号输入端。 所有串行数据被该信号同步(参照ADE7758串行接口部分)。该引脚具有施密特触发输入，以适应速度较慢的边沿变化时间，例如光隔离器的输出。 24 DOUT：串行口的数据输出端。 在 SCLK 信号的上升沿数据从该引脚传输出去。在没有数据的时候该引脚为高阻抗状态(参照ADE7758串行接口部分)。 术语说明 测量误差 与ADE7758与误差相关的能量参数在下式中定义 测量误差＝(ADE7758测量到的值－实际的值)/实际的值×100% 通道间的相位误差 高通滤波和数字积分器引入略有相位不协调电流与电压通道，全数字化设计确保电流通道和电压通道间的相位匹配，所有的三相在45赫兹到65赫兹间范围是±0.1°，在40赫兹到1千赫兹的范围内是±0.2°。这个内部相错配，可结合外部相位误差（由电流传感器或容错元件）和校准相位校准寄存器。 电源限制 当电源变化时ADE7758测量误差量化作为一个读的百分比，为了交流PSR的测量，标定了电源是5V。第二次的读是获得一样的信号电平当交流信号(175 mV rms/100 Hz)被电源引入时。交流信号引入的任何误差是作为读的百分比—参考测量误差的定义。为了交流PSR的测量，标定了电源是5V。当电压变化在±5%一样的输入信号被用来获得二次读入值。 ADC偏移误差 这涉及到与到直流电的偏置相关的输入到模数转换器，这意味着随着模拟亮的输入连接着模拟地和数模转换仍然参考直流电的模拟输入信号。偏置的幅度取决于增益范围的选择(参考典型的性能特性部分)。但是当高通滤波器打开时，偏置被从电流通道移动，电源功率没有被偏置影响。 增益误差 在ADE7758内部的模数转换增益误差，增益误差在ADE7758内部的模数转换气被用来做为标准的ADC转化代码(减去偏移量)和理想输出的代码(参考ADC电流部分和ADC电压部分)之间的不同。不同之处时理想代码采用百分制表达。 增益误差匹配 增益误差的匹配是当得到的开关之间的增益1、2、4时候定义的增益误差(减去偏移量)，这是一个在增益1下获得的ADC代码百分比。 典型的性能特性介绍 图6.超过温度的主动能量误差的百分比读(增益＝＋1)与内部参数和积分电路的断开 图7主动能量误差的一个百分比读（增益= +1）以上的功率因数与内部参考和积分电路的断开 图8主动能量误差的百分比超过增益内部参考和积分电路的断开。 图9主动能量误差的一个百分比读（增益= +1）超过功率因数内部参考和积分电路的断开。 10主动能量误差的一个百分比读（增益= +1）超过频率内部参考和积分电路的断开 11主动能量误差的一个百分比读（增益= +1）超过电源内部参考和积分电路的断开 12 有功功率校正频率逻辑输出误差的一个百分比读（增益= +1）参考和积分电路的断开 13有反阻抗误差的一个百分比读（增益= +1）超过温度的内部参考和积分电路的断开 控制理论 抗混叠滤波器 滤波器的作用是防止波形失真，在所有的抽样系统中，走样是非人工的。 输入信号的频率成分高于上半周期的模数转换采样率抽样合格率采样信号频率低于一半的采样率。这些将与多有的模数转换同时发生，不管是什么构造。结合了高采样率? ADC的累加和，被用在ADE7758相对低带宽能量计要求一个简单的低通滤波器用来做为抗混叠滤波器。一个简单的RC滤波器(单柱)与角频率是10Kz制造出衰减大约是在833Hz时40dB，这通常是不能消除失真的影响。 模拟输入 ADE7758总共有六个模拟输入被分成两个通道：电流通道和电压通道。当前通道选区3对全差分电压输入：IAP和IAN, IBP和 IBN, ICP 和 ICN。这些全差分电压输入对的最大差动信号不同是±0.5 V。电流通道有一个可编程的增益放大器 (PGA)，它有1、2或4可能的增益选择。除了落脚阵列，电流通道也有一个为了AD转换的全输入选择范围。AD转换器输入范围的选择也是被用的增益寄存器(参考图38)。如前所述，最高差动输入电压是±0.5V。然而，用比特3和比特4获得增益后，最大的模数转换输入电压能够在电流通道设置成±0.5 V, ±0.25 V, 或者是 ±0.125 V。通过调整模数转换的参数来达到(见参考电路部分)。图36显示了在电流通道输入的最大信号级别。最大的一般模式信号是±25 mV，如图36所示。 电压输入通道有三个单端的电压输入：VAP, VBP和 VCP。这些单端电压输入有一个最大的输入电压是±0.5 V与VN匹配。电流和电压通道都有一个1、2、4可能增益选择管脚阵列。相同的增益适用于每一个通道所有的输入。 图37显示了最大的在电压通道选择上的单信号电平。最大的一般模式信号是±25 mV如图36所示。 增益选择通过写入增益寄存器进行。位0和位1选择增益是为了在整个不同电流通道上的PGA。因为在单端电压通道的增益选择是从位5和位6见变化的。图38显示了电流通道的增益选择的工作情况，是用增益寄存器。 图39说明了在PGA1(电流通道)和PGA2(电压通道)增益是怎样设置的用来在增益寄存器内选择各种比特。 增益寄存器里的位7被用来能电流单项通道的数字寄存器。置位这个位能够激活数字寄存器(参考数据输入/数据输出电流传感器和数字积分部分)。 电流选择通道模数转换器 图41显示了为了电流通道的指令地址输入(与IB和IC相同)模数转换器和单信号处理通道。在采样模式波形里，在最大的26.0的每秒采样模数转换器的输出有符号的二进制补码24位数－字。用指定的全模拟输入信号的±0.5 V，模数转换是最大的输出代码值(见图41)。表格显示了全电压信号被用在IAP和IAN的差分输入。模数转换输出幅度在0xD7AE14(?2,642,412) 和0x2851EC (+2,642,412)之间。 电流波形增益寄存器 为每一个相位在电流通道的乘法器在单个的通道。通过写二进制的12位的带符号补码编码能够改变电流波形的±50%电流波形增益寄存器(AI增益[11:0]，BI增益[11:0]，CI增益[11:0])。例如，如果在这些寄存器里写入0x7FF，模数转换的输出以步长+50%按比例增加。另一方面，写0x800通过按比例输出－50%。下面的表达式描述了电流波形增益寄存器的算术功能。 电流的波形＝模数转换器的输出×(1＋内存的寄存器增益电流/212) 在内存的AIGAIN[11:0], BIGAIN[11:0],CIGAIN[11:0]的变化影响了所有的积分根据它们的电流，例如，它影响了相位的正相/反相/表观能量也是它的电流均方根的计算。另外，电流波形采样也是有节次的。 电流通道的采样 电流通道波形的采样能够被选择WFORM寄存器以固定的采样速率通过设置WAVSEL[2:0]位在WAVMODE寄存器到000(数组)。在采样里的相位被选择是通过设置PHSEL[1:0]位在WAVMODE寄存器。能量的累加保存了不可中断在波形采样期间。 当在波形采样模式，四分之一的输出采样率可能通过使用WAVMODE寄存器(DTRT[1:0])的位5和位6被选择。输出采样率可能是26.0k抽样/秒，13.0抽样/秒，6.5抽样/秒或者3.3抽样/秒(见表16)。通过设置在中断屏蔽寄存器到逻辑分区1的WSMP位，当采样允许时中断请求寄存器设为低电平。在图40里表现了时序。从ADE7758以每次一个字节(8位)读取24位的波形采样，先移出最有效地字节。 当中断寄存器保持低电平直到中断程序读置位状态寄存器(参考ADE7758的中断)。 数据输入/数据传输 电流传感器和数字积分器 在磁场里数据输入/数据终端检测变化由交流电流产生。图42显示了数据输入/数据传输的电流传感器原理，磁场的流量密度与电流强度成正比的增加。变化的磁通密度穿过导体回路在环路的末尾产生电动势（电动势），电动势是一个电压信号，与电流的数据输入/数据传输成正比。从数据输入/数据传输电流传感器里输出的电压由电流传输导体和数据输入/数据传输的相互电感决定。这个电流信号在它被用之前需要从数据输入/数据终端恢复。一个积分器把信号恢复成它的原始形式是非常有必要的。ADE7758内置了数字积分器，以恢复数据输入/数据终端传感器的电流信号形式。当ADE7758加电时，数字积分器在对通道1接通时被默认打开。设置增益[7:0]寄存器的最高有效位开启了积分器。图43到图46显示了幅度和相位对数字积分器的响应。