目录产品特性... 1 应用... 1 典型应用电路... 1 概述... 1 修订历史... 2 功能框图... 4 技术规格... 5 法规认证 ( 申请中 )... 7 隔离和安全相关特性... 7 DIN V VDE V (VDE V ) 隔离特性... 7 时

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1 带 SPI 接口的 3 通道隔离式 Σ-Δ 型 ADC ADE7912/ADE7913 产品特性双通道 (ADE7912) 或三通道 (ADE7913) 24 位隔离式 Σ-Δ 型模数转换器 ( 同步采样 ADC) 集成 isopower 隔离式 DC-DC 转换器片内温度传感器四线式 SPI 串行接口单个晶振或外部时钟最多可为 4 个 ADE7912/ADE7913 器件提供时钟多个 ADE7912/ADE7913 器件同步电流通道峰值输入范围为 ±31.25 mv 电压通道峰值输入范围为 ±500 mv 基准电压漂移 :10 ppm/ C( 典型值 ) 3.3 V 单电源 20 引脚宽体 SOIC 封装, 爬电距离为 8.3 mm 工作温度 : 40 C 至 +85 C 安全和法规认证 ( 申请中 ) UL 认证依据 UL 1577,1 分钟 5000 V rms A 元件验收通知 #5A IEC :400 V rms VDE 合格证书 DIN VDE V (VDE V ): V IORM = 846 V 峰值 应用基于三相电流检测电能质量监测太阳能逆变器过程监控防护器件隔离传感器接口工业 PLC NEUTRAL EARTH PHASE A LOAD PHASE B 典型应用电路 PHASE C 图 1. ISOLATION BARRIER IM PHASE A ADE7912/ ADE7913 V2P GND ISO_A IM PHASE B ADE7912/ ADE7913 V2P GND ISO_B IM PHASE C ADE7912/ ADE7913 V2P GND ISO_C NEUTRAL LINE IM ADE7912/ ADE7913 (OPTIONAL) V2P GND ISO_N GND MCU GND MCU GND MCU GND MCU 3.3V 3.3V 3.3V 3.3V SPI INTERFACE 3.3V SYSTEM MICROCONTROLLER GND MCU 概述 ADE7912/ADE79131 是隔离式 3 通道 Σ-Δ 型 ADC, 利用分流传感器进行三相电能计量 数据和电源隔离采用 ADI 公司的 icoupler 技术 ADE7912 集成两个 24 位 ADC, 而 ADE7913 集成三个 ADC 电流 ADC 可在 3 khz 信号带宽内提供 67 db 信噪比, 而电压 ADC 可在相同的带宽内提供 72 db 信噪比 当分 流器用于电流检测时, 其中一个通道专门用来测量该分流器上的电压 最多两个额外的通道专门用于测量电压, 通常采用电阻分压器来检测电压 一个电压通道可用于通过内部传感器测量芯片温度 ADE7913 内置三个通道 : 一个电流通道和两个电压通道 ADE7912 只有一个电压通道, 其他方面与 ADE7913 相同 1 受美国专利 5,952,849 号 6,873,065 号 7,075,329 号 6,262,600 号 7,489,526 号和 7,558,080 号保护, 其他专利正在申请中 Rev. 0 Document Feedback Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate and reliable. However, no responsibility is assumed by Analog Devices for its use, nor for any infringements of patents or other rights of third parties that may result from its use. Specifications subject to change without notice. No One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA , U.S.A. license is granted by implication or otherwise under any patent or patent rights of Analog Devices. Tel: Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. Technical Support ADI 中文版数据手册是英文版数据手册的译文, 敬请谅解翻译中可能存在的语言组织或翻译错误,ADI 不对翻译中存在的差异或由此产生的错误负责 如需确认任何词语的准确性, 请参考 ADI 提供的最新英文版数据手册

2 目录产品特性... 1 应用... 1 典型应用电路... 1 概述... 1 修订历史... 2 功能框图... 4 技术规格... 5 法规认证 ( 申请中 )... 7 隔离和安全相关特性... 7 DIN V VDE V (VDE V ) 隔离特性... 7 时序特性... 8 绝对最大额定值 热阻 ESD 警告 引脚配置和功能描述 典型性能参数 测试电路 术语 工作原理 模拟输入 模数转换 基准电压电路 ADC 输出值的 CRC 温度传感器 保护配置寄存器的完整性 配置寄存器的 CRC ADE7912/ADE7913 状态 隔离寿命 应用信息 ADE7912/ADE7913 用于三相电表 ADE7912/ADE7913 时钟 SPI 接口 同步多个 ADE7912/ADE7913 器件 电源管理 DC-DC 转换器 磁场抗扰度 上电和初始化程序 硬件复位 软件复位 掉电模式 布局布线指南 ADE7913 评估板 ADE7912/ADE7913 版本 寄存器列表 外形尺寸 订购指南 修订历史 2013 年 11 月 修订版 0: 初始版 Rev. 0 Page 2 of 44

3 ADE7912/ADE7913 集成 isopower 隔离式 DC-DC 转换器 该 DC-DC 转换器基于 ADI 公司的 icoupler 技术, 在 3.3 V 输入电源下提供第一级 ADC 要求的调节电源 isopower 无需外部 DC/DC 隔离模块 icoupler 芯片级变压器技术还能够隔离 ADC 第一级和第二级之间的逻辑信号, 因此可提供小尺寸 完全隔离的解决方案 ADE7912/ADE7913 的配置和状态寄存器通过双向 SPI 串行端口访问, 很容易与微控制器接口 ADE7912/ADE7913 的时钟可来自晶振或外部时钟信号 为减少系统物料,ADE7912/ADE7913 主器件最多可驱动三个附加 ADE7912/ADE7913 器件 多个 ADE7912/ADE7913 器件可以同步, 以便在同一时刻进行采样, 提供相干输出 ADE7912/ADE7913 采用 20 引脚宽体 SOIC 无铅封装, 爬电距离为 8.3 mm Rev. 0 Page 3 of 44

4 AD5629R/AD5669R 功能框图 ISOLATION BARRIER VDD ISO GND ISO LDO LDO POWER ISOLATION ADE VDD GND 3 V2P IM 7 9 REF 10 GND ISO TEMP SENSOR ADC ADC ADC VREF DATA CLOCK DATA ISOLATION DATA CLOCK DIGITAL BLOCK AND SPI PORT XTAL2 XTAL1 CLKOUT/ DREADY GND 图 2. ADE7912 功能框图 ISOLATION BARRIER VDD ISO GND ISO LDO LDO POWER ISOLATION ADE VDD GND 3 V2P IM 7 9 REF 10 GND ISO TEMP SENSOR ADC ADC ADC VREF DATA CLOCK DATA ISOLATION DATA CLOCK DIGITAL BLOCK AND SPI PORT XTAL2 XTAL1 CLKOUT/ DREADY GND 图 3. ADE7913 功能框图 Rev. 0 Page 4 of 44

5 表 1. 参数 最小值 典型值最大值 单位 测试条件 / 注释 1 模拟输入 伪差分信号电压范围 和 IM 引脚之间 mv 峰值 IM 引脚连接到 GNDISO 伪差分信号电压范围 和 引脚之间以及 V2P 和 引脚之间 ADE7912/ADE7913 技术规格 VDD = 3.3 V ± 10%,GND = 0 V, 片内基准电压源,XTAL1 = MHz,T MIN 至 T MAX = 40 C 至 +85 C,T A = 25 C( 典型值 ) mv 峰值 和 引脚之间以及 V2P 和 引脚之间的 伪差分输入, 引脚连接到 GNDISO 最大 和 IM 电压 mv 串扰 90 db 当 和 V2P 输入为满量程时, 和 IM 输入设为 0 V (GND ISO ) 105 db 当 和 输入为满量程时,V2P 和 输 入设为 0 V (GND ISO ); 当 和 V2P 输入为满量 至 GND ISO 的输入阻抗 (DC) IM 和 V2P 引脚 480 kω 程时, 和 输入设为 0 V (GND ISO ) 引脚 240 kω 电流通道 ADC 失调误差 2 mv 电压通道 ADC 失调误差 35 mv V2 通道仅适用于 ADE7913 ADC 失调温漂 ppm/ C 仅 V1 通道 增益误差 4 +4 % 增益温漂 ppm/ C 电流通道 ppm/ C V1 和 V2 通道 交流电源抑制 (PSR) 90 db V DD = 3.3 V mv rms (50 Hz/100 Hz), = = V2P = GND ISO 直流电源抑制 (PSR) 80 db VDD = 3.3 V ± 330 mv dc, = 6.25 mv rms, = V2P = 100 mv rms 温度传感器 精度 ±5 C 1 波形采样 电流通道信噪比 (SNR) 67 dbfs ADC_FREQ = 8 khz, BW = 3300 Hz 68 dbfs ADC_FREQ = 8 khz, BW = 2000 Hz 72 dbfs ADC_FREQ = 2 khz, BW = 825 Hz 74 dbfs ADC_FREQ = 2 khz, BW = 500 Hz 信纳比 (SINAD) 66 dbfs ADC_FREQ = 8 khz, BW = 3300 Hz 68 dbfs ADC_FREQ = 8 khz, BW = 2000 Hz 72 dbfs ADC_FREQ = 2 khz, BW = 825 Hz 73 dbfs ADC_FREQ = 2 khz, BW = 500 Hz 总谐波失真 (THD) 79 dbfs ADC_FREQ = 8 khz, BW = 3300 Hz 78 dbfs ADC_FREQ = 8 khz, BW = 2000 Hz 82 dbfs ADC_FREQ = 2 khz, BW = 825 Hz 82 dbfs ADC_FREQ = 2 khz, BW = 500 Hz 无杂散动态范围 (SFDR) 83 dbfs ADC_FREQ = 8 khz, BW = 3300 Hz 83 dbfs ADC_FREQ = 8 khz, BW = 2000 Hz 85 dbfs ADC_FREQ = 2 khz, BW = 825 Hz 85 dbfs ADC_FREQ = 2 khz, BW = 500 Hz 1 电压通道信噪比 (SNR) 72 dbfs ADC_FREQ = 8 khz, BW = 3300 Hz 74 dbfs ADC_FREQ = 8 khz, BW = 2000 Hz 77 dbfs ADC_FREQ = 2 khz, BW = 825 Hz 79 dbfs ADC_FREQ = 2 khz, BW = 500 Hz Rev. 0 Page 5 of 44

6 参数 最小值 典型值 最大值 单位 测试条件 / 注释 信纳比 (SINAD) 72 dbfs ADC_FREQ = 8 khz, BW = 3300 Hz 74 dbfs ADC_FREQ = 8 khz, BW = 2000 Hz 77 dbfs ADC_FREQ = 2 khz, BW = 825 Hz 78 dbfs ADC_FREQ = 2 khz, BW = 500 Hz 总谐波失真 (THD) 83 dbfs ADC_FREQ = 8 khz, BW = 3300 Hz 83 dbfs ADC_FREQ = 8 khz, BW = 2000 Hz 85 dbfs ADC_FREQ = 2 khz, BW = 825 Hz 85 dbfs ADC_FREQ = 2 khz, BW = 500 Hz 无杂散动态范围 (SFDR) 86 dbfs ADC_FREQ = 8 khz, BW = 3300 Hz 86 dbfs ADC_FREQ = 8 khz, BW = 2000 Hz 87 dbfs ADC_FREQ = 2 khz, BW = 825 Hz 87 dbfs ADC_FREQ = 2 khz, BW = 500 Hz CLKIN 2 所有规格 CLKIN = MHz 输入时钟频率 CLKIN MHz CLKIN 占空比 % XTAL1 逻辑输入输入高电压 V INH V 输入低电压 V INL 0.8 V 3 XTAL1 总电容 40 pf 3 XTAL2 总电容 40 pf 4 XTAL1 的 CLKOUT 延迟 100 ns 逻辑输入 输入高电压 V INH 2.4 V 输入低电压 V INL 0.8 V 输入电流 I IN 15 na 输入电容 C IN 10 pf 逻辑输出 CLKOUT/DREADY 和 输出高电压 V OH 2.5 V ISOURCE = 800 µa 输出低电压 V OL 0.4 V ISINK = 2 ma 电源 额定性能 VDD 引脚 V 最小值 = 3.3 V 10%; 最大值 = 3.3 V + 10% IDD ma CONFIG 寄存器中的位 2 (PWRDWN_EN) 清 ma CONFIG 寄存器中的位 2 (PWRDWN_EN) 置 1 50 µa CONFIG 寄存器中的位 2 (PWRDWN_EN) 置 1 且 XTAL1 引脚无 CLKIN 信号 1 有关参数定义, 请参见术语部分 2 CLKIN 是 ADE7912/ADE7913 的内部时钟, 指 XTAL1 引脚提供的时钟频率 3 XTAL1/XTAL2 总电容指各引脚上的净电容 各电容等于引脚的寄生电容与连接在引脚和 GND 之间的陶瓷电容之和 详情参见 ADE7912/ADE7913 时钟部分 4 XTAL1 的 CLKOUT 延迟是指 CLKOUT 功能使能时, 从 XTAL1 引脚的高到低跃迁至 CLKOUT/DREADY 引脚的同步高到低跃迁的延迟时间 Rev. 0 Page 6 of 44

7 法规认证 ( 申请中 ) ADE7912/ADE7913 正在申请表 2 所列机构的认可 关于特定交叉隔离波形和绝缘水平下的推荐最大工作电压的更多信息, 请参阅表 8 和 绝缘寿命 部分 表 2. 法规认证 UL A VDE 1 UL 1577 器件认可程序认可 A 元件验收通知 5A 批准 DIN VDE V (VDE V ): 认证 单一保护,5000 V rms 隔离电压 基本绝缘符合 IEC 标准,400 V rms (564 V 峰值 ) 最大工作电压 加强绝缘,846 V 峰值 1 依据 UL1577, 每个 ADE7912/ADE7913 器件都经过 1 秒钟绝缘测试电压 6000 V rms 的验证测试 ( 漏电流检测限值为 10 μa) 2 依据 DIN V VDE V , 每个 ADE7912/ADE7913 器件都经过 1 秒钟绝缘测试电压 1,590 V 峰值的验证测试 ( 局部放电检测限值为 5 pc) 器件标识中的星号 (*) 表示通过 DIN VDE V (VDE V ): 认证 隔离和安全相关特性 表 3. 安全相关的关键尺寸和材料特性 参数 符号 数值 单位 测试条件 / 注释 额定电介质隔离电压 5000 V rms 持续 1 分钟 最小外部气隙 ( 间隙 ) L(l01) 8.3 mm 测量距离从输入端至输出端, 沿 PCB 安装层的空气最短距离, 作为 PCB 布局的辅助手段 最小外部爬电距离 L(l02) 8.3 mm 测量输入端至输出端, 沿壳体最短距离 最小内部间隙 min mm 隔离距离 漏电阻抗 ( 相对漏电指数 ) CTI >600 V IEC 隔离组 II 材料组 (DIN VDE 0110,1/89, 表 1) DIN V VDE V (VDE V ) 隔离特性 ADE7912/ADE7913 适合安全限制数据范围内的加强电气隔离 通过保护电路保持安全数据 表 4. VDE 特性 说明 测试条件 / 注释 符号 特性 单位 DIN VDE 0110 装置分类额定电源电压 150 V rms I 至 IV 额定电源电压 300 V rms I 至 IV 额定电源电压 400 V rms I 至 III 环境分类 40/105/21 污染度 (DIN VDE 0110, 表 1) 2 最大工作绝缘电压 VIORM 846 V 峰值 输入至输出测试电压, 方法 B1 V IORM x = V pd(m),100% 生产测试, Vpd(m) 1592 V 峰值 t ini = t m = 1 秒, 局部放电 < 5 pc 输入至输出测试电压, 方法 A Vpd(m) 跟随环境测试, 子类 1 V IORM x 1.5 = V pd(m),t ini = 60 秒,t m = 10 秒, 1273 V 峰值 局部放电 < 5 pc 跟随输入和 / 或安全测试, 子类 2 和子类 3 V IORM x 1.2 = V pd(m),t ini = 60 秒,t m = 10 秒, 1018 V 峰值 局部放电 < 5 pc 最高允许过压 VIOTM 6000 V 峰值 浪涌隔离电压 V PEAK = 10 kv,1.2 µs 上升时间,50 µs,50% VIOSM 6000 V 峰值 下降时间 安全限值 出现故障时允许的最大值 ( 见图 4) 最高结温 TS 150 C 25 C 时的总功耗 PS 2.78 W T S 上的绝缘电阻 VIO = 500 V RS >10 9 Ω Rev. 0 Page 7 of 44

8 SAFE LIMITING POWER (W) AMBIENT TEMPERATURE (ºC) 图 4. 热减额曲线, 依据 DIN V VDE V 获得的安全限值与壳温的关系 时序特性 VDD = 3.3 V ± 10%,GND = 0 V, 片内基准电压源,CLKIN = MHz,T MIN 至 T MAX = 40 C 至 +85 C 表 5. SPI 接口时序参数 参数 符号 最小值 最大值 单位 至 正边沿 tss 50 ns 1 频率 khz 低电平脉冲宽度 tsl 80 ns 高电平脉冲宽度 tsh 80 ns 边沿之后数据输出有效时间 tdav 80 ns 边沿之前数据输入建立时间 tdsu 70 ns 边沿之后数据输入保持时间 tdhd 20 ns 数据输出下降时间 tdf 20 ns 数据输出上升时间 tdr 20 ns 上升时间 tsr 20 ns 下降时间 tsf 20 ns 上升沿之后 禁用时间 tdis 5 40 ns 边沿之后 高电平时间 tsfs 0 ns 1 通过设计保证最小值和最大值规格 Rev. 0 Page 8 of 44

9 t SS t SFS t SL t DAV t SH t SF t SR t DIS MSB INTERMEDIATE BITS LSB t DF t DR INTERMEDIATE BITS MSB IN LSB IN t DSU t DHD 图 5. SPI 接口时序 2mA I OL TO OUTPUT PIN C L 50pF 1.6V 800µA I OH 图 6. 时序规格的负载电路 Rev. 0 Page 9 of 44

10 绝对最大额定值除非另有说明,T A = 25 C 表 6. 参数 额定值 VDD 至 GND 0.3 V 至 +3.7 V 模拟输入电压至 GND ISO IM 2 V 至 +2 V V2P 基准输入电压至 GND ISO 0.3 V 至 V DD V 数字输入电压至 GND 0.3 V 至 V DD V 数字输出电压至 GND 0.3 V 至 V DD V 1 共模瞬变 100 kv/µs 至 +100kV/µs 工作温度 工业范围 40 C 至 +85 C 存储温度范围 65 C 至 +150 C 引脚温度 ( 焊接,10 秒 ) C 注意, 超出上述绝对最大额定值可能会导致器件永久性损坏 这只是额定最值, 并不能以这些条件或者在任何其它超出本技术规范操作章节中所示规格的条件下, 推断器件能否正常工作 长期在绝对最大额定值条件下工作会影响器件的可靠性 热阻 θ JA 和 θ JC 针对最差条件, 即器件焊接在电路板上以实现表贴封装 表 7. 热阻封装类型 θja θjc 单位 20 引脚 SOIC_IC C/W 1 指隔离栅上的共模瞬变 超过绝对最大额定值的共模瞬变可能导致闩锁或永久损坏 2 ADI 公司建议 RoHS 兼容器件焊接使用的回流焊温度曲线应符合 JEDEC J-STD-020D.1 有关该标准的最新版本, 请参见 JEDEC ESD 警告 ESD( 静电放电 ) 敏感器件 带电器件和电路板可能会在没有察觉的情况下放电 尽管本产品具有专利或专有保护电路, 但在遇到高能量 ESD 时, 器件可能会损坏 因此, 应当采取适当的 ESD 防范措施, 以避免器件性能下降或功能丧失 表 7. 热阻封装类型 最大值 单位 适用认证 交流电压, 双极性波形 564 V 峰值 所有认证,50 年使用寿命 直流电压, 基本绝缘 600 V 峰值 1 指隔离栅上的连续电压幅度 详情见 隔离寿命 部分 Rev. 0 Page 10 of 44

11 引脚配置和功能描述 VDD ISO 1 GND ISO 2 V2P 3 4 ADE7912/ ADE TOP VIEW 16 IM 6 (Not to Scale) 15 图 7. 引脚配置 20 GND 19 VDD XTAL2 LDO 8 13 XTAL1 REF 9 12 CLKOUT/DREADY GND ISO GND 表 9. 引脚功能描述 引脚编号 引脚名称 说明 1 VDDISO 隔离副边电源 通过该引脚可以使用 3.3 V 片内隔离电源 不要将外部负载电路连接至此引脚 用一个 10 µf 电容和一个 100 nf 陶瓷电容并联将此引脚去耦到 GND ISO ( 引脚 2) 2, 10 GNDISO 隔离副边的接地基准 这些引脚为所有模拟电路提供接地基准 所有模拟电路都应使用这些无 噪声接地基准 这两个引脚不在内部互连 3, 4, 5 V2P,, 电压通道的模拟输入 电压通道与电压传感器一起使用 V2P 和 是伪差分电压输入, 对于 额定操作, 最大信号电平为 ± 500 mv 这些引脚配合相关的输入电路使用, 如图 20 所示 若不使用 或 V2P, 应将其连接到 引脚 ADE7912 无 V2P 电压通道, 因此应将 V2P 引脚连接 到 引脚 仅 ADE7913 提供第二电压通道 6, 7 IM, 电流通道的模拟输入 电流通道与分流器一起使用 IM 和 是伪差分电压输入, 最大差分电平 为 ±31.25 mv 这些引脚配合相关的输入电路使用, 如图 20 所示 8 LDO 模拟低压差 (LDO) 稳压器的 2.5 V 输出 用一个 4.7 µf 电容和一个 100 nf 陶瓷电容并联将此引脚去 耦到 GND ISO ( 引脚 10) 不要将外部负载电路连接至此引脚 9 REF 基准电压源 通过该引脚可以使用片内基准电压 片内基准电压源的标称值为 1.2 V 用一个 4.7 µf 电容和一个 100 nf 陶瓷电容并联将此引脚去耦到 GND ISO ( 引脚 10) 11, 20 GND 主接地基准 12 CLKOUT/DREADY 时钟输出 (CLKOUT) 选择 CLKOUT 功能时 ( 详情参见 同步多个 ADE7912/ADE7913 器件 部分 ), ADE7912/ADE7913 在 XTAL1 引脚产生一个与主时钟同步的数字信号 使用 CLKOUT 为板上的其他 ADE7912/ADE7913 器件提供时钟 数据就绪 低电平有效 (DREADY) 选择 DREADY 功能时 ( 详情参见 同步多个 ADE7912/ADE7913 器件 部分 ),ADE7912/ADE7913 产生一个与 ADC 输出频率同步的低电平有效信号 使用此信号 启动对 ADE7912/ADE7913 ADC 输出的读取 13 XTAL1 主时钟输入 可以通过此逻辑输入提供外部时钟 此引脚可提供另一适当配置的 ADE7912/ ADE7913 器件的 CLKOUT/DREADY 信号 ( 详情参见 同步多个 ADE7912/ADE7913 器件 部分 ) 或者, XTAL1 和 XTAL2 上可连接一个最大驱动功率为 0.5 mw 等效串联电阻(ESR) 为 20 Ω 的晶振, 以便为 ADE7912/ADE7913 提供时钟源 额定工作性能要求的时钟频率为 MHz, 但可以使用最低为 3.6 MHz 的频率 详情参见 ADE7912/ADE7913 时钟部分 14 XTAL2 晶振, 第二输入 XTAL2 和 XTAL1 上可连接一个最大驱动功率为 0.5 mw ESR 为 20 Ω 的晶振, 以 便为 ADE7912/ADE7913 提供时钟源 15 SPI 端口的数据输出 用一个 10 kω 电阻上拉此引脚 ( 详情参见 ADE7912/ADE7913 时钟部分 ) 16 SPI 端口的数据输入 17 SPI 端口的串行时钟输入 所有串行数据传输均与此时钟同步 ( 参见 ADE7912/ADE7913 时钟部分 ) Rev. 0 Page 11 of 44

12 引脚编号引脚名称说明 18 SPI 端口的片选信号 19 VDD 主电源电压 此引脚为 ADE7912/ADE7913 提供电源电压 额定工作条件下, 应将电源电压维 持在 3.3 V ± 10% 用一个 10 µf 电容和一个 100 nf 陶瓷电容并联将此引脚去耦到 GND( 引脚 20) Rev. 0 Page 12 of 44

13 典型性能参数 SNR = 67.06dB THD = 78.71dB SINAD = 66.78dB SFDR = 83.38dB SNR = 15.00dB THD = 28.08dB SINAD = 14.8dB SFDR = 33.75dB AMPLITUDE (db) AMPLITUDE (db) FREQUENCY (Hz) FREQUENCY (Hz) 图 8. 电流通道 FFT(±31.25 mv 50 Hz 伪差分输入信号, ADC_FREQ = 8 khz,bw = 3300 Hz) 图 11. 电压通道 V1 FFT(±500 µv 50 Hz 伪差分输入信号, ADC_FREQ = 8 khz,bw = 3300 Hz) SNR = 6.98dB THD = 20.04dB SINAD = 6.77dB SFDR = 26.65dB SNR = 74.18dB THD = 80.44dB SINAD = 73.26dB SFDR = 73.26dB AMPLITUDE (db) AMPLITUDE (db) FREQUENCY (Hz) FREQUENCY (Hz) 图 9. 电流通道 FFT(±31.25 µv 50 Hz 伪差分输入信号, ADC_FREQ = 8 khz,bw = 3300 Hz) 图 12. 电压通道 V2 FFT(±500 mv 50 Hz 伪差分输入信号, ADC_FREQ = 8 khz,bw = 3300 Hz) SNR = 74.4dB THD = 80.05dB SINAD = 73.36dB SFDR = 80.75dB SNR = 14.68dB THD = 27.97dB SINAD = 14.48dB SFDR = 34.92dB AMPLITUDE (db) AMPLITUDE (db) FREQUENCY (Hz) 图 10. 电压通道 V1 FFT(±500 mv 50 Hz 伪差分输入信号, ADC_FREQ = 8 khz,bw = 3300 Hz) FREQUENCY (Hz) 图 13. 电压通道 V2 FFT(±500 µv 50 Hz 伪差分输入信号, ADC_FREQ = 8 khz,bw = 3300 Hz) Rev. 0 Page 13 of 44

14 NUMBER OF OCCURRENCES NUMBER OF OCCURRENCES TEMPERATURE COEFFICIENT (ppm/ C) TEMPERATURE COEFFICIENT (ppm/ C) 图 14. 电流通道 ADC 增益温度系数的累计直方图 ( 温度范围为 40 C 至 +25 C) 图 17. 电压通道 V1 ADC 增益温度系数的累计直方图 ( 温度范围为 +25 C 至 +85 C) NUMBER OF OCCURRENCES NUMBER OF OCCURRENCES TEMPERATURE COEFFICIENT (ppm/ C) TEMPERATURE COEFFICIENT (ppm/ C) 图 15. 电流通道 ADC 增益温度系数的累计直方图 ( 温度范围为 +25 C 至 +85 C) 图 18. 电压通道 V2 ADC 增益温度系数的累计直方图 ( 温度范围为 40 C 至 +25 C) NUMBER OF OCCURRENCES NUMBER OF OCCURRENCES TEMPERATURE COEFFICIENT (ppm/ C) TEMPERATURE COEFFICIENT (ppm/ C) 图 16. 电压通道 V1 ADC 增益温度系数的累计直方图 ( 温度范围为 40 C 至 +25 C) 图 19. 电压通道 V2 ADC 增益温度系数的累计直方图 ( 温度范围为 +25 C 至 +85 C) Rev. 0 Page 14 of 44

15 测试电路 150Ω FERRITE TP4 TP5 1kΩ 150Ω FERRITE 150Ω FERRITE TP3 150Ω FERRITE TP1 150Ω FERRITE TP2 330kΩ 330kΩ 330kΩ 1kΩ 33nF 330kΩ 330kΩ 330kΩ 1kΩ 1kΩ 33nF 33nF 1kΩ 33nF 33nF 10µF 100nF 4.7µF 4.7µF TS4148 TS4148 TS TS4148 TS nF 100nF VDD ISO GND ISO IM V2P LDO GND ISO REF CLKOUT/DREADY ADE7912 C / ADE7913 C VDD GND XTAL1 13 XTAL2 14 GND V 100nF 10µF TO MCU 18 TO MCU SAME AS IN ADE7912 C / ADE7913 C VDD ISO GND ISO V2P IM LDO REF GND ISO 12 CLKOUT/DREADY VDD 13 XTAL1 XTAL2 14 ADE7912 B / ADE7913 B GND GND TO MCU TO MCU TO MCU 3.3V 10kΩ SAME AS IN ADE7912 C / ADE7913 C TO MCU SAME AS IN ADE7912 C / ADE7913 C VDD ISO GND ISO V2P IM LDO REF GND ISO 12 CLKOUT/DREADY VDD 13 XTAL1 XTAL GND 20 GND ADE7912 A / ADE7913 A 4.096MHz 22pF TO MCU SAME AS IN ADE7912 C / ADE7913 C 22pF NOTES 1. ADE7912 X /ADE7913 X = PHASE X ADE7912/ADE7913, WHERE X = A, B, OR C 图 20. 测试电路 Rev. 0 Page 15 of 44

16 术语引脚 与 IM 之间 与 之间 V2P 与 之间的伪差分信号电压范围该范围代表 IM 和 引脚连接到 GND ISO ( 引脚 2) 时, 为产生满量程响应,ADC 上必须施加的峰峰值伪差分电压 IM 和 引脚通过抗混叠滤波器连接到 GND ISO ( 参见图 20) 图 21 显示 和 IM 之间的输入电压范围 图 22 显示 和 之间以及 V2P 和 之间的输入电压范围 IM 0V 0V IM mV mV 31.25mV 串扰串扰代表信号的泄漏, 泄漏一般是通过电路之间的电容发生 电流通道的串扰通过如下方式测量 : 和 IM 引脚连接到 GND ISO ( 引脚 10), 在电压通道的 和 引脚之间以及 V2P 和 引脚之间提供满量程交替差分电压, 然后测量电流通道的输出 电压通道的串扰通过如下方式测量 : 和 引脚连接到 GND ISO ( 引脚 10), 在 和 V2P 引脚之间提供满量程交替差分电压, 然后测量 通道的输出 V2P 电压通道的串扰通过如下方式测量 :V2P 和 引脚连接到 GND ISO ( 引脚 10), 在 和 引脚之间提供满量程交替差分电压, 然后测量 V2P 通道的输出 串扰等于接地 ADC 输出值与 ADC 满量程输出值之比 ADC 输出采集时间为 2 秒 串扰用 db 表示 至地输入阻抗 (DC) 至地输入阻抗代表 ADC 各输入引脚 ( IM V2P 和 ) 相对于 GND ISO ( 引脚 10) 测得的阻抗 0V 31.25mV 图 21. 和 IM 引脚之间的伪差分输入电压范围 +500mV, V2P 差分输入阻抗 (DC) 差分输入阻抗代表 ADC 输入之间测得的阻抗 : 和 IM 之间 和 之间 V2P 和 之间 ( 仅限 ADE7913) ADC 失调误差 ADC 失调误差是两个输入端连接到 GND ISO 时测得的平均 ADC 输出码与理想 ADC 输出码之间的差值 失调的幅度取决于各通道的输入范围 0V 500mV ADC 失调温漂 ADC 失调温漂是指失调随温度的变化 在 40 C +25 C 和 +85 C 下进行测量 失调温漂通过下式计算 : 0V, V2P 0V +500mV 500mV 图 22. 和 引脚之间以及 V2P 和 引脚之间的伪差分输入电压范围 最大 和 IM 电压范围该范围代表 和 IM 引脚相对于 GND ISO ( 引脚 10) 的最大允许电压 Drift = Offset max Offset ( 40) Offset( 25) ( 25) ( 40 25) Offset, Offset ( 85) Offset( 25) ( 25) ( 85 25) 失调温漂用 nv/ C 表示 增益误差 ADC 的增益误差代表使用内部基准电压源时, 测得的 ADC 输出码 ( 减去失调 ) 和理想输出码之间的差值 ( 参见 模数转换 部分 ) 该差值表示为理想代码的百分比, 代表一个电流或电压通道的总温度误差 Rev. 0 Page 16 of 44

17 增益温漂此温度系数包括 ADC 增益的温度变化和内部基准电压源的温度变化, 代表一个电流或电压通道的总温度系数 使用内部基准电压源时, 在 40 C +25 C 和 +85 C 下测量 ADC 增益 然后用下式计算该温度系数 : Gain( 40) Gain( 25) Gain( 85) Gain( 25) Drift = max, Gain( 25) ( 40 25) Gain( 25) ( 85 25) 增益温漂用 ppm/ C 表示 电源抑制 (PSR) PSR 衡量测量误差占读数的百分比与电源变化的关系 对于交流 PSR 测量, 首先是在输入引脚的电压为 0 V 时, 获取标称电源 (3.3 V) 时的读数 接着向电源引入交流信号 (120 mv rms, 50 Hz 或 100 Hz), 在相同输入信号电平下获取第二个读数 此交流信号引入的误差表示为读数的百分比 ( 电源抑制比 PSRR) PSR = 20 log 10 (PSRR). 信噪比 (SNR) SNR 指实际输入信号的均方根值与奈奎斯特频率以下除谐波和直流以外所有其它频谱成分的均方根和之比, 频谱成分在 2 秒窗口内计算 用分贝 (db) 表示 信纳比 (SINAD) SINAD 指实际输入信号的均方根值与奈奎斯特频率以下包括谐波但直流除外的所有其它频谱成分的均方根和之比, 频谱成分在 2 秒窗口内计算 用分贝 (db) 表示 总谐波失真 (THD) THD 指所有谐波 ( 不包括噪声成分 ) 均方根和与基波均方根值的比值 频谱成分在 2 秒窗口内计算 用分贝 (db) 表示 无杂散动态范围 (SFDR) SFDR 指实际输入信号的均方根值与波形样本测量带宽内的峰值杂散成分的均方根值之比, 频谱成分在 2 秒窗口内计算 用相对于满量程的分贝数 (dbfs) 表示 对于直流 PSR 测量, 首先是在 和 IM 引脚之间的电压为 6.25 mv rms, 且 和 引脚之间 V2P 和 引脚之间的电压为 100 mv rms 时, 获取标称电源 (3.3 V) 时的读数 然后将电源改变 ±10%, 并在相同输入信号电平下获得第二个读数 所引入的误差以读数百分比形式表示 (PSRR) 然后, PSR = 20 log 10 (PSRR) Rev. 0 Page 17 of 44

18 工作原理模拟输入 ADE7913 具有三路模拟输入 : 一个电流通道和两个电压通道 ADE7912 没有第二电压通道 电流通道具有两个全差分电压输入引脚 和 IM, 它们支持的最大差分信号为 ±31.25 mv V 最大信号电平也是 ±31.25 mv IM 输入容许的 V IM 最大信号电平为 ±25 mv 图 23 显示了电流通道输入的原理图及其与最大 IM 引脚电压的关系 mV 0V 31.25mV +500mV 0V 500mV V V 1 V = ±31.25mV MAX PEAK V IM = ±25mV MAX 图 23. 电流通道最大输入电平 注意, 电流通道用于检测分流器上的电压 这种情况下, 分流器的一个极点成为电表地 ( 参见图 33), 因此电流通道是在伪差分配置下使用, 与电压通道配置相似 ( 参见图 24) 电压通道具有两个伪差分单端电压输入引脚 : 和 V2P 这些单端电压输入相对于 的最大输入电压为 ±500 mv 输入容许的最大信号为 ±25 mv 图 24 显示了电压通道输入的原理图及其与最大 电压的关系 图 24. 电压通道最大输入电平模数转换 ADE7912/ADE7913 具有三个二阶 Σ-Δ 型 ADC 为简明起见, 图 25 显示的是一阶 Σ-Δ 型 ADC 框图 转换器由 Σ-Δ 型调制器和数字低通滤波器组成, 其间通过数字隔离模块隔离 V V IM V 1 V M IM V 1 = ±500mV MAX PEAK V M = ±25mV MAX OR V2P ANALOG LOW-PASS FILTER R C CLKIN/16 INTEGRATOR LATCHED + COMPARATOR + DIGITAL ISOLATION V REF BIT DAC 图 25. 一阶 Σ-Δ 型 ADC ISOLATION BARRIER DIGITAL LOW-PASS FILTER Σ-Δ 型调制器以一定的速率将输入信号转换成由 1 和 0 构成的连续串行流, 其中速率由采样时钟决定 在 ADE7912/ ADE7913 中, 采样时钟等于 CLKIN/4( 当 CLKIN = MHz 时, 它是 MHz) 反馈环路中的 1 位 DAC 由串行流驱动 DAC 输出从输入信号中减除 如果环路增益足够高,DAC 输出的平均值 ( 以及相应的位流 ) 就会接近输入信号电平的平均值 对于任意给定输入值, 一个采样间隔内的 1 位 ADC 的输出数据几乎毫无意义 只有对大量样本进行平均, 才能获得有意义的结果 数据通过数字隔离器后, 在 ADC 的第二部分 数字低通滤波器中完成该均值操作 通过求取调制器输出的大量位的平均值, 低通滤波器产生与输入信号电平成比例的 24 位数据字 Σ-Δ 型转换器利用两种技术从 1 位转换技术实现高分辨率 第一种技术就是过采样 过采样意味着信号的采样速率 ( 频率 ) 比目标带宽高出许多倍 例如, 当 CLKIN = MHz 时, ADE7912/ADE7913 的采样速率为 MHz, 目标带宽为 40 Hz 至 3.3 khz 过采样具有将量化噪声( 采样引起的噪声 ) 散布于更宽带宽的效果 由于噪声因散布于更宽的带宽而变得更细, 目标带宽中的量化噪声便得以降低, 如图 26 所示 然而, 单凭过采样还不足以提高目标带宽的信噪比 (SNR) 例如, 仅仅为了让 SNR 增加 6 db(1 位 ), 过采样系数就需要达到 4 为了将过采样率控制在合理范围内, 就需要对量化噪声进行整形, 从而使得大多数噪声位于较高频率中 噪声整形是实现高分辨率所用的第二种技术 在 Σ-Δ 型调制器中, 噪声是通过积分器进行整形的, 该积分器对量化噪声具有高通响应 通过这种方法, 使得大多数噪声都位于较高频率中, 进而可以通过数字低通滤波器移除 噪声整形如图 26 所示 Rev. 0 Page 18 of 44

19 SIGNAL SIGNAL NOISE NOISE ANTIALIAS FILTER (RC) DIGITAL FILTER SHAPED NOISE SAMPLING FREQUENCY FREQUENCY (khz) HIGH RESOLUTION OUTPUT FROM DIGITAL LPF FREQUENCY (khz) 图 26. 模拟调制器中通过过采样和噪声整形实现降噪 目标带宽取决于输入时钟频率 ADC 输出频率 ( 由 CONFIG 寄存器中的位 [5:4] (ADC_FREQ) 选择, 详情参见 ADC 输出值 部分 ) 和 CONFIG 寄存器的位 7 (BW) 当 CLKIN 为 MHz 且 ADC 输出频率为 8 khz 时, 如果 BW 清 0( 默认值 ), 则 ADC 带宽为 3.3 khz 如果 BW 置 1, 则 ADC 带宽为 2 khz 表 10 显示了 ADC 输出频率和 ADC 带宽与输入时钟 (CLKIN) 频率的关系 具体包括三种情况 : 一是 CLKIN = MHz, 即典型时钟输入频率 ; 一是 CLKIN = 4.21 MHz, 即最大时钟输入频率 ; 一是 CLKIN = 3.6 MHz, 即最小时钟输入频率 抗混叠滤波器图 25 还显示了 ADC 输入端上的模拟低通滤波器 (RC) 该滤波器位于 ADE7912/ADE7913 的外部, 其作用是防止出现混叠 混叠是所有采样系统中都存在的一种缺陷, 如图 27 所示 混叠是指 ADC 输入信号中的频率成分 ( 高于 ADC 采样速率的一半 ) 出现在频率低于采样速率一半的采样信号中 高于采样频率 ( 也称为奈奎斯特频率, 即 512 khz) 一半的频率成分被镜像或折回到 512 khz 以下 所有架构的 ADC 都会出现这种情况 图 27 中, 只有采样频率 ( 即 MHz) 附近的频率移动到目标计量带宽 ( 即 40 Hz 至 3.3 khz 或 40 Hz 至 2 khz) 中 为了衰减高频噪声 ( 接近 MHz) 并防止目标带宽出现失真, 必须引入低通滤波器 (LPF) 建议使用一个转折频率为 5 khz 的 RC 滤波器, 从而在采样频率为 MHz 时获得足够高的衰减 该滤波器的衰减性能为 20 db/ 十倍频程, 通常足以消除混叠效应 ALIASING EFFECTS FREQUENCY (khz) IMAGE FREQUENCIES 图 27. 混叠效应 SAMPLING FREQUENCY 表 10. ADC 输出频率和 ADC 带宽与 CLKIN 频率的关系 CLKIN (MHz) CONFIG 寄存器中的 ADC_FREQ 位 ADC 输出频率 (Hz) CONFIG 寄存器中的 BW 位清 0 时的 ADC 带宽 (Hz) CONFIG 寄存器中的 BW 位置 1 时的 ADC 带宽 (Hz) Rev. 0 Page 19 of 44

20 ADC 传递函数 ADE7912/ADE7913 中的所有 ADC 产生 24 位带符号输出码 当电流通道的输入为满量程输入信号 mv 电压通道的输入为满量程输入信号 0.5 V 且内部基准电压为 1.2 V 时,ADC 输出码的标称值为 5,320,000, 各 ADE7912/ADE7913 的值通常在该值上下变化 ADC 的输出码范围为 0x ( 8,388,608) 至 0x7FFFFF (+8,388,607); 这相当于电流通道上的 ±49.27 mv 输入信号电平和电压通道上的 ±0.788 V 输入信号电平 不过, 为了获得额定性能, 请勿超过 ±31.25 mv( 电流通道 ) 和 ±500 mv( 电压通道 ) 的标称范围 ; 只有当输入信号在限值以内时, 才能够保证 ADC 性能 ADC 输出值 ADC 输出值存储在三个 24 位带符号寄存器中 IWV V1WV 和 V2WV, 速率由 CONFIG 寄存器的位 [5:4] (ADC_ FREQ) 定义 当 CLKIN 为 MHz 时, 依据 ADC_FREQ 的设置 ( 或 11), 输出频率分别为 8 khz (CLKIN/512) 4 khz (CLKIN/1024) 2 khz (CLKIN/2048) 或 1 khz (CLKIN/4096) 微控制器一次读取一个 ADC 输出寄存器, 或以突发模式读取 ADC 输出寄存器 更多信息参见 SPI 读操作 和 突发模式下的 SPI 读操作 部分 基准电压电路 ADE7912/ADE7913 REF 引脚处的基准电压标称值为 1.2 V, 这是 ADC 使用的基准电压 由于片内 DC-DC 转换器无法为外部负载供电, 因此 REF 引脚不能用外部独立基准电压源过载 ADE7912/ADE7913 基准源的电压会随温度而略有漂移 表 1 给出了各 ADC 通道的增益温漂规格 该值包括 ADC 增益的温度变化和内部基准电压源的温度变化 ADC 输出值的 CRC 在每个输出周期,ADE7912/ADE7913 都会计算 IWV V1WV 和 V2WV 寄存器中存储的 ADC 输出值的循环冗余校验 (CRC) CONFIG 寄存器的位 [5:4] (ADC_FREQ) 决定 ADC 输出频率, 从而也决定了 CRC 的更新速率 CRC 算法基于 CRC-16-CCITT 算法 器件从最低有效字节开始将这些寄存器逐字节地引入基于线性反馈移位寄存器 (LFSR) 的发生器, 如图 28 所示 然后从最高有效字节开始使用每个字节 16 位结果写入 ADC_CRC 寄存器中 V2WV REGISTER V1WV REGISTER a 71 a 48 a 47 a 24 a 23 a 0 图 28. ADC 输出值的 CRC 计算 图 29. ADC_CRC 计算所用的 LFSR 发生器 G(x) = x 16 + x 12 + x (1) g0 = g5 = g12 = 1 (2) 所有其它 g i 系数等于 0 0 IWV REGISTER g 0 g 1 g 2 g 3 g 15 LFSR b 0 b 1 0 b 2 b 15 FB(j) = aj 1 XOR b15(j 1) (3) b0(j) = FB(j) AND g0 (4) bi(j) = FB(j) AND gi XOR bi 1(j 1), i = 1, 2, 3,, 15 (5) 公式 3 公式 4 和公式 5 必须针对 j = 1, 2,, 72 重复 写入 ADC_CRC 寄存器的值包含位 b i (72),i = 0, 1,, LFSR GENERATOR a 71, a 70,...,a 2, a 1, a 0 图 29 显示了 LFSR 的工作原理 IWV V1WV 和 V2WV 寄存器构成 LFSR 所用的 [a 71, a 70,, a 0 ] 位 位 a0 是最先进入 LFSR 的寄存器的位 7; 位 a71 是最后进入 LFSR 的寄存器 (V2WV) 的位 16 决定 LFSR 的公式如下 : b i (0) = 1(i = 0, 1, 2,, 15), 即 CRC 构成位的初始状态 位 b 0 为最低有效位, 位 b 15 为最高有效位 g i (i = 0, 1, 2,, 15) 为 CRC-16-CCITT 算法所定义的生成多项式的系数, 如下所示 : ADC_CRC 寄存器可通过执行 SPI 寄存器读访问或作为 SPI 突发模式读操作的一部分来读取 更多信息参见 SPI 读操作 和 突发模式下的 SPI 读操作 部分 温度传感器 ADE7912/ADE7913 的温度传感器与电压通道的 V2P 输入复用 CONFIG 寄存器的位 3 (TEMP_EN) 选择 ADE7913 的第三个 ADC 测量什么 如果 TEMP_EN 位为 0( 默认值 ), 则 ADC 测量 V2P 与 引脚之间的电压 如果 TEMP_EN 位为 1, 则 ADC 测量温度传感器 对于 ADE7912, 该 ADC 始终测量温度传感器,TEMP_EN 位的状态无意义 在 ADE7912 和 ADE7913 中, 该转换结果均存储在 V2WV 寄存器中 TEMP_EN 位设为 1 后, 温度传感器测量结果稳定下来所需的时间为 5 ms FB Rev. 0 Page 20 of 44

21 微控制器中用于计算温度的表达式为 : temp = (V2WV + TEMPOS 2 11 ) 其中 : temp 是测得的温度值 ( C) 用于将 ADE7912/ADE7913 提供的位信息转换为摄氏度的增益默认值为 C/LSB 温度测量结果精度为 ±5 C TEMPOS 是存储温度传感器失调的 8 位带符号只读寄存器 失调信息是在生产过程中计算, 并以相反符号存储 例如, 如果失调为 5, 则将 5 写入 ADE7912/ADE7913 TEMPOS 寄存器的 1 LSB 相当于 V2WV 寄存器的 2 11 LSB 除了使用默认增益值外, 还可以在仪表整体校准过程中校准该增益 测量每个 ADE7912/ADE7913 器件的温度 TEMP, 读取每个 ADE7912/ADE7913 器件的包含温度传感器读数的 V2WV 寄存器, 然后用下式计算该增益 : TEMP Temperature gain = (6) 11 V2 WV + TEMPOS 2 保护配置寄存器的完整性 ADE7912/ADE7913 的配置寄存器是用户可访问寄存器 (CONFIG EMI_CTRL SYNC_SNAP COUNTER0 和 COUNTER1) 或内部寄存器 内部寄存器是用户无法访问的, 必须保持默认值 为了保护所有配置寄存器的完整性, 提供了写保护机制 默认情况下, 保护功能是禁用的, 用户可访问寄存器的写入无任何限制 使能保护功能后, 不允许写入任何配置寄存器 无论写保护状态如何, 寄存器的读取无任何限制 要使能写保护, 应向 8 位锁定寄存器 ( 地址 0xA) 写入 0xCA 要禁用写保护, 应向 8 位锁定寄存器写入 0x9C 建议在 CONFIG 和 EMI_CTRL 寄存器完成初始化之后使能写保护 如果需要更改用户可访问寄存器, 例如在多个 ADE7912/ADE7913 器件的同步过程中, 则应禁用写保护, 更改相关寄存器的值, 然后重新使能写保护 配置寄存器的 CRC 在每个输出周期,ADE7912/ADE7913 都会计算 CONFIG EMI_CTRL TEMPOS 寄存器以及 STATUS0 寄存器的位 2 (IC_PROT) STATUS1 寄存器的位 7 的 CRC CRC 算法称为 CRC-16-CCITT 16 位结果写入 CTRL_CRC 寄存器中 CRC 电路的输入寄存器构成 64 位阵列, 器件将其逐位引入基于 LFSR 的发生器, 与图 28 和图 29 类似, 一次一个字节, 最低有效字节优先 然后从最高有效字节开始处理每个字节 决定 LFSR 的公式如下 : b i (0) = 1(i = 0, 1, 2,, 15), 即 CRC 构成位的初始状态 位 b0 为最低有效位, 位 b15 为最高有效位 g i (i = 0, 1, 2,, 15) 为 CRC-16-CCITT 算法 ( 公式 1 和公式 2) 所定义的生成多项式的系数 FB(j) = aj 1 XOR b15(j 1) (7) b0(j) = FB(j) AND g0 (8) bi(j) = FB(j) AND gi XOR bi 1(j 1), i = 1, 2, 3,, 15 (9) 公式 7 公式 8 和公式 9 必须针对 j = 1, 2,, 64 重复 写入 CTRL_CRC 寄存器的值包含位 bi(64),i = 0, 1,, 15 由于各 ADE7912/ADE7913 器件具有特定的 TEMPOS 寄存器值, 因此各 ADE7912/ADE7913 器件具有不同的 CTRL_CRC 寄存器默认值 ADE7912/ADE7913 状态 ADE7912/ADE7913 的 STATUS0 和 STATUS1 寄存器中的各位表示器件的状态 如果 CTRL_CRC 寄存器的值发生改变,STATUS0 寄存器的位 1 (CRC_STAT) 就会置 1 读取 STATUS0 寄存器时, 该位清 0 向锁定寄存器写入 0xCA 以保护配置寄存器之后,STATUS0 寄存器中的位 2 (IC_PROT) 即置 1 读取 STATUS0 寄存器时, 该位清 0, 但在下一 ADC 输出周期, 它又变为 1 上电时或在硬件 / 软件复位后,ADE7912/ADE7913 将 STATUS0 寄存器的位 0 (RESET_ON) 清 0 以指示复位周期结束 在一个输出周期中, 如果 IWV V1WV 和 V2WV 的 ADC 输出值未被读取, 则 STATUS1 寄存器的位 3 (ADC_NA) 置 1 读取 STATUS1 寄存器时, 该位清 0 STATUS0 和 STATUS1 寄存器可通过执行 SPI 寄存器读操作来读取 STATUS0 也可作为 SPI 突发模式读操作的一部分来读取 更多信息参见 SPI 读操作 和 突发模式下的 SPI 读操作 部分 Rev. 0 Page 21 of 44

22 隔离寿命所有的隔离结构在长时间的电压作用下, 最终会被破坏 隔离衰减率由施加在隔离层上的电压波形特性决定 除了由监管机构进行测试,ADI 公司也进行一系列广泛的评估来确定 ADE7912/ADE7913 内部隔离架构的寿命 ADI 公司使用超过额定连续工作电压的电压执行加速寿命测试 确定多种工作条件下的加速系数, 利用这些系数可以计算实际工作电压下的失效时间 表 8 中显示的值总结了双极性交流工作条件下 50 年工作寿命的 A/VDE 认可最大工作电压 许多情况下, 认可工作电压高于 50 年工作寿命电压 某些情况下, 在这些高工作电压下工作会导致隔离寿命缩短 ADE7912/ADE7913 的隔离寿命由施加在隔离栅上的电压波形决定 icoupler 结构的隔离度以不同速率衰减, 这由波形是否为双极性交流 单极性交流或直流决定 图 30 图 31 和图 32 显示这些不同隔离电压的波形 双极性交流电压是最苛刻的环境 双极性交流条件下 50 年工作寿命的目标决定 ADI 公司推荐的最大工作电压 在单极性交流或者直流电压的情况下, 隔离应力显然低得多 因此, 即便在更高的工作电压条件下, 器件的工作寿命仍可达到 50 年 表 8 中列出的工作电压在维持 50 年最低工作寿命的前提下, 提供了符合单极性交流或者直流电压情况的工作电压 任何与图 31 或图 32 不一致的横跨隔离的电压波形都应被认为是双极性交流波形, 其峰值电压应限制在表 8 中列出的 50 年工作寿命电压以下 图 31 所示的正弦电压波形仅作为示例提供, 它代表任何在 0 V 与某一限值之间变化的电压波形 该限值可以为正值或负值, 但电压不能穿过 0 V RATED PEAK VOLTAGE 0V 图 30. 双极性交流波形 RATED PEAK VOLTAGE 0V 图 31. 单极性交流波形 RATED PEAK VOLTAGE 0V 图 32. 直流波形 Rev. 0 Page 22 of 44

23 应用信息 ADE7912/ADE7913 用于三相电表 ADE7912/ADE7913 设计用于三相电能计量系统, 其中一个 带 SPI 接口的主器件 ( 通常是微控制器 ) 管理两个 三个或四 个 ADE7912/ADE7913 器件 NEUTRAL PHASE A V AN I A PHASE A ADE7912/ ADE7913 GND ISO IM A 相电流和电压 检测 B 相和 C 相电流电压的 ADE7912/ ADE7913 器件由检测 A 相电流电压的 ADE7912/ADE7913 的 CLKOUT/DREADY 引脚产生的信号提供时钟 也可以采用另一种配置, 即让微控制器产生一个 MHz 时钟, 并提供给所有 ADE7912/ADE7913 器件的 XTAL1 引脚 ( 参见图 36) 注意,XTAL1 引脚支持 3.6 MHz 至 4.21 MHz 的时钟频率, 如表 1 所示 微控制器利用 SPI 端口与 ADE7912/ADE7913 器件通信 三个 I/O 引脚 (_A _B 和 _C) 用于产生 SPI 信号 微控制器的 和 引脚直接连到各 ADE7912/ ADE7913 器件的对应 和 引脚 ( 参见图 39) 为了简化图 35 至图 38, 这些连接未显示 图 33. A 相 ADE7912/ADE7913 电流和电压检测 图 33 显示了一个三相电表的 A 相 A 相电流 IA 利用一个分流 电阻进行检测 分流电阻的一端连接到 ADE7912/ADE7913 的 IM 引脚, 成为 ADE7912/ADE7913 隔离端的地 GND ISO ( 引 脚 10) A 相至零线电压 VAN 利用一个电阻分压器来检测, 引脚也连接到 IM 和 GND ISO 引脚 注意,ADE7912/ ADE7913 ADC 所检测的电压与 VAN 和 IA 相反, 这是单相计 量的经典方法 其他 ADE7912/ADE7913 器件监控 B 相和 C 相, 连接方式相似 V2P 电压通道主要用于测量辅助电压, 仅 ADE7913 提供该通道 如果不使用 V2P(ADE7912 就是这样 ), 应将 V2P 连接到 NEUTRAL I N V N EARTH NEUTRAL LINE ADE7912/ ADE7913 GND ISO 图 34. 利用 ADE7912/ADE7913 监控零线和零线至地电压 IM NEUTRAL LOAD PHASE A PHASE B PHASE C PHASE A ADE7912/ADE7913 IM V2P GND ISO_A XTAL2 XTAL1 GND MCU PHASE B ADE7912/ADE7913 IM V2P GND ISO_B XTAL2 XTAL1 CLKOUT/ DREADY GND MCU PHASE C ADE7912/ADE7913 IM V2P CLKOUT/ DREADY XTAL2 XTAL1 CLKOUT/ DREADY 4.096MHz CRYSTAL MICROCONTROLLER _A _B _C I/O 图 34 显示, 当监控三相系统的零线时, 如何连接 ADE7912/ ADE7913 输入端 零线电流利用分流电阻检测, 分流电阻上的电压在全差分输入端 和 IM 上测量 地至零线电压利用单端输入 和 处的分压器检测 GND ISO_C ISOLATION BARRIER GND MCU 图 35. 使用三个 ADE7912/ADE7913 器件的三相电表 图 35 显示一个采用三个 ADE7912/ADE7913 器件和一个微控制器的三相电表的功能框图 本例中不监控零线电流 一个 MHz 晶振为 ADE7912/ADE7913 提供时钟, 以便检测 Rev. 0 Page 23 of 44

24 NEUTRAL PHASE A PHASE B PHASE C PHASE A ADE7912/ADE7913 NEUTRAL PHASE A PHASE B PHASE C PHASE A ADE7912/ADE7913 LOAD IM V2P GND ISO_A GND MCU PHASE B ADE7912/ADE7913 IM V2P GND ISO_B GND MCU PHASE C ADE7912/ADE7913 IM V2P GND ISO_C ISOLATION BARRIER XTAL2 XTAL1 CLKOUT/ DREADY XTAL2 XTAL1 CLKOUT/ DREADY XTAL2 XTAL1 CLKOUT/ DREADY GND MCU _A _B _C CLK I/O 图 36. 微控制器为三个 ADE7912/ADE7913 器件产生时钟 MICROCONTROLLER 图 36 中, 用于检测 C 相电流和电压的 ADE7912/ADE7913 的 CLKOUT/DREADY 引脚连接到微控制器的 I/O 引脚 当 ADC 转换数据可用时,CLKOUT/DREADY 提供一个 64 CLKIN 周期 (CLKIN = MHz 时为 µs) 的低电平有效脉冲 它指示所有 ADE7912/ADE7913 器件的 ADC 输出可用, 并且微控制器开始读取结果 有关同步多个 ADE7912/ ADE7913 器件的更多信息, 参见 同步多个 ADE7913 器件 部分 上电时或在硬件 / 软件复位之后, 请遵从 使用单个晶振的多器件系统的上电程序 或 使用微控制器所产生时钟的多器件系统的上电程序 部分所述的程序, 确保 ADE7912/ ADE7913 器件正常工作 EARTH IM V2P GND ISO_A GND MCU PHASE B ADE7912/ADE7913 IM V2P PHASE N ADE7912/ADE7913 ISOLATION BARRIER XTAL2 XTAL1 CLKOUT/ DREADY XTAL2 XTAL1 CLKOUT/ DREADY GND ISO_B GND MCU PHASE C ADE7912/ADE7913 LOAD IM V2P GND ISO_C IM V2P GND ISO_N XTAL2 XTAL1 CLKOUT/ DREADY GND MCU XTAL2 XTAL1 CLKOUT/ DREADY GND MCU 4.096MHz CRYSTAL 图 37. 使用四个 ADE7912/ADE7913 器件的三相电表 MICROCONTROLLER _A _B _C _N 图 38 显示采用两个 ADE7912/ADE7913 器件的三角形配置电 表 电表地位于 B 相线上 一个 ADE7912/ADE7913 器件测 量 A 相电流和 A 相至 B 相电压 另一个 ADE7912/ADE7913 器 件测量 C 相电流和 C 相至 B 相电压 B 相电流和 A 相至 C 相电 压由系统微控制器计算 I/O 使用四个 ADE7912/ADE7913 器件的电表配置与上例相似, 如图 37 所示 微控制器利用额外的 I/O 引脚 (_N) 产生 SPI 信号, 以便管理监控零线电流的 ADE7912/ADE7913 器件 Rev. 0 Page 24 of 44

25 PHASE A PHASE B LOAD PHASE C PHASE A ADE7912/ADE7913 IM V2P GND ISO_A IM V2P GND ISO_C XTAL2 XTAL1 ISOLATION BARRIER CLKOUT/ DREADY GND MCU PHASE C ADE7912/ADE7913 XTAL2 XTAL1 CLKOUT/ DREADY GND MCU 4.096MHz CRYSTAL MICROCONTROLLER _A _C I/O 图 38. 使用两个 ADE7912/ADE7913 器件的三角形配置三相电表 ADE7912/ ADE7913 PHASE A ADE7912/ ADE7913 PHASE B ADE7912/ ADE7913 PHASE C VDD 10kΩ _A _B _C MICROCONTROLLER ADE7912/ADE7913 时钟在 XTAL1 引脚提供一个数字时钟信号以便为 ADE7912/ ADE7913 提供时钟 XTAL1 引脚提供的 ADE7912/ADE7913 时钟频率称为 CLKIN ADE7912/ADE7913 要求 CLKIN = MHz, 但 3.6 MHz 至 4.21 MHz 的频率也是可接受的 或者, 可以在 XTAL1 和 XTAL2 引脚上连接一个典型驱动功率为 0.5 mw 等效串联电阻(ESR) 为 20 Ω 的 MHz 晶振, 用来为 ADE7912/ADE7913 提供时钟源 ( 参见图 40) XTAL1 和 XTAL2 引脚的总电容 (TC) 为 : TC = C1 + CP1 = C2 + CP2 其中 : C1 和 C2 分别是 XTAL1 和 GND 引脚之间以及 XTAL2 和 GND 引脚之间的陶瓷电容 CP1 和 CP2 是将晶振连接到 ADE7912/ADE7913 的导线的寄生电容 晶振的负载电容 (LC) 等于总电容 TC 的一半, 因为它是由 C1 + CP1 和 C2 + CP2 组成的串联电路的电容 C1 + CP1 C2 + CP2 TC LC = = = 因此, 电容 C1 和 C2 的值与晶振的负载电容相关 : C1 = C2 = 2 LC CP1 = 2 LC CP2 对于 ADE7912/ADE7913,XTAL1 和 XTAL2 引脚的总电容 TC 典型值为 40 pf( 参见表 1) 选择一个具有如下负载电容的晶振: LC = TC 2 = 20 pf 假设寄生电容 CP1 和 CP2 等于 20 pf, 则应选择 20 pf 的电容 C1 和 C2 ADE7912/ ADE7913 XTAL1 XTAL2 TC TC CP1 C1 C2 图 39. 三个 ADE7912/ADE7913 器件与微控制器之间的 SPI 连接 图 40. 晶振电路 CP Rev. 0 Page 25 of 44

26 SPI 接口 ADE7912/ADE7913 是 SPI 通信从机, 包含以下四个引脚 : 和 数据传输的串行时钟施加于 逻辑输入端 所有数据传输操作均与串行时钟同步 数据在 的下降沿从 逻辑输入端移入 ADE7912/ ADE7913, 而 ADE7912/ADE7913 在 的上升沿对数据进行采样 数据在 的下降沿从 逻辑输出端移出 ADE7912/ADE7913, 而主机在 的上升沿对数据进行采样 数据字的最高有效位优先移入和移出 此接口支持的最大和最小串行时钟频率分别为 5.6 MHz 和 250 khz 当 ADE7912/ADE7913 没有数据传出时, 保持高阻抗状 态 上电时或在硬件 / 软件复位后, 微控制器读取 STATUS0 寄存器以检测位 0 (RESET_ON) 是否清 0 有关三个 ADE7912/ ADE7913 器件的 SPI 端口与包含 SPI 接口的微控制器之间连接的详细信息, 请参见图 39 逻辑输入为片选输入 在数据传输操作中, 输入必须全程保持低电平 在数据传输期间拉高 不会影响作为数据传输对象的 ADE7912/ADE7913 寄存器, 但会中止传输并将串行总线置于高阻抗状态 然后, 通过使 逻辑输入回到低电平, 即可开始新的传输 ADDR[4:0] REGISTER VALUE 图 位寄存器的 SPI 读操作 IWV CNT_SNAPSHOT 图 42. 突发模式下的 SPI 读操作 ADDR[4:0] REGISTER VALUE 图 43. SPI 写操作 Rev. 0 Page 26 of 44

27 SPI 读操作当主机将 引脚设为低电平并开始在 线路上发送一个命令字节时,ADE7912/ADE7913 的 SPI 接口读操作即会开始 主机以 的第一个高电平至低电平转换开始, 将数据置于 线路上 命令字节的位组成如表 11 所示 位 [1:0] 是无关位, 可以是任意值, 本部分给出的例子将其设为 00 位 2 (READ_EN) 决定操作类型 对于读操作,READ_EN 必须置 1 对于写操作,READ_EN 必须清 0 位[7:3] (ADDR) 代表要读取或写入的寄存器地址 ADE7912/ADE7913 的 SPI 接口在 的低电平至高电平转换期间对数据进行采样 在 的低电平至高电平转换期间收到命令字节的最后一位之后,ADE7912/ADE7913 即会在 的下一个高电平至低电平转换出现时开始在 线路上发送其内容 ; 因此, 主机可以在 的低电平至高电平转换期间对数据进行采样 收到最后一位之后, 主机会将 和 线路设为高电平, 通信到此结束 数据线路 和 进入高阻抗状态 图 41 显示了 8 位寄存器读操作,16 位和 32 位寄存器的读操作与此相同 表 11. SPI 读 / 写操作的命令字节 位位置 位名称 说明 1:0 保留 这些位可以是任意值 2 READ_EN 执行读操作时, 该位置 1 执行写操作时, 该位清 0 7:3 ADDR 要读取或写入的寄存器地址 突发模式下的 SPI 读操作 ADE7912/ADE7913 的所有输出寄存器 (IWV V1WV V2WV ADC_CRC STATUS0 和 CNT_SNAPSHOT) 都有两种读取方式 : 每次读取一个寄存器 ( 参见 SPI 读操作 部分 ), 或者以突发模式同时读取多个连续寄存器 当主机将 引脚设为低电平并开始在 线路上发送一个位 [7:3] (ADDR) 设为 IWV 寄存器地址 的命令字节 ( 参见表 11) 时, 突发模式启动 这意味着命令字节设为 0x04 主机以 的第一个高电平至低电平转换开始, 将数据置于 线路上 ADE7912/ADE7913 的 SPI 接口在 的低电平至高电平转换期间对数据进行采样 在 的低电平至高电平转换期间收到命令字节的最后一位之后, ADE7912/ADE7913 即会在 的下一个高电平至低电平转换出现时开始在 线路上发送 24 位 IWV 寄存器内容 ; 因此, 主机可以在 的低电平至高电平转换期间对 数据进行采样 主机接收 IWV 寄存器的最后一位后, ADE7912/ADE7913 器件发送位于下一位置的 V1WV, 以此类推, 直至主机将 和 线路设为高电平, 通信结束 数据线路 和 进入高阻抗状态 有关突发模式下 SPI 读操作的更多信息, 请参见图 42 如果一个寄存器不需要读取, 例如 16 位 CNT_SNAPSHOT 寄存器, 则主机可在收到 STATUS0 寄存器后将 和 线路设为高电平 如果不需要 IWV 寄存器, 但需要 V1WV 寄存器, 可将命令字节中的 ADDR 位设为 V1WV 地址 00001, 然后执行突发模式操作 SPI 写操作当主机将 引脚设为低电平并开始发送一个命令字节 ( 参见表 11) 时,SPI 读操作即会开始 位 2 (READ_EN) 必须清 0 主机以 的第一个高电平至低电平转换开始, 将数据置于 线路上 ADE7912/ADE7913 的 SPI 接口在 的低电平至高电平转换期间对数据进行采样 接着, 主机发送寄存器的 8 位值, 不损失任何 周期 发送完最后一位之后, 主机会在该 周期结束时将 和 线路设为高电平, 通信到此结束 数据线路 和 进入高阻抗状态 有关 SPI 写操作的更多信息, 请参见图 43 注意,SPI 写操作只能执行 8 位写入 16 位同步计数器寄存器 ( 由 COUNTER0 和 COUNTER1 组成 ) 通过执行两次写操作来写入 : 先写入低有效字节, 再写入高有效字节 有关同步计数器寄存器控制的功能的详细信息, 参见 同步多个 ADE7912/ADE7913 器件 部分 ADE7912/ADE7913 不需要以任何方式应答写入命令, 因此当需要用相同值初始化相同寄存器时, 可以将该操作广播至多个 ADE7912/ADE7913 器件 执行写操作后, 建议回读寄存器以确保初始化正确 同步多个 ADE7912/ADE7913 器件 ADE7912/ADE7913 允许用户同时对所有电流和电压进行采样, 并提供相干的 ADC 输出样本, 这在三相计量系统中是一个非常有用的特性 EMI_CTRL 寄存器管理的 EMI 降低方案 ( 详情参见 DC-DC 转换器 部分 ) 要求 ADE7912/ ADE7913 提供相干的样本 Rev. 0 Page 27 of 44

28 ADE7912/ADE7913 用于三相电表 部分描述了包含多个 ADE7912/ADE7913 器件的三相电表如何利用一个晶振来为所有 ADE7912/ADE7913 器件提供时钟 上电时, 只有一个 ADE7912/ADE7913 器件从晶振获得时钟, 其他器件设置为接收第一个 ADE7912/ADE7913 器件的 CLKOUT/DREADY 引脚提供的时钟 该引脚默认使能 DREADY 功能 在图 35 图 37 和图 38 中,A 相上的 ADE7912/ADE7913 器件从晶振获得时钟,CLKOUT/DREADY 引脚产生 DREADY 信号 其他 ADE7912/ADE7913 器件由 DREADY 信号提供时钟, 因为其 XTAL1 引脚尚未接收到 CLKOUT 信号 当 CONFIG 寄存器中的位 0 (CLKOUT_EN) 置 1 时, 微控制器使能 CLKOUT 功能 该操作确保系统中的其他 ADE7912/ADE7913 器件接收到与 A 相上的 ADE7912/ADE7913 相同的时钟, 并且系统中所有 ADE7912/ADE7913 器件的全部 ADC 在同一时刻对数据进行采样 作为晶振的替代方案, 微控制器可以产生一个时钟信号并提供给所有 ADE7912/ADE7913 器件的 XTAL1 引脚, 确保 ADC 采样精确同步 ( 参见图 36) 为使电表中的所有 ADE7912/ADE7913 器件提供相干的 ADC 输出样本, 也就是在同一输出周期中获得的样本, 所有 ADE7912/ADE7913 器件必须具有相同的 ADC 输出频率, 并且输出必须同步 CONFIG 寄存器的位 [5:4] (ADC_FREQ) 选择 ADC 输出频率, 因此, 它们必须初始化为相同的值 ( 更多信息参见 ADC 输出值 部分 ) 为使 ADC 输出同步, 也就是设置所有 ADE7912/ADE7913 器件在同一时刻产生 ADC 输出, 上电后, 微控制器必须广播一个写操作, 向 8 位 SYNC_SNAP 寄存器写入值 0x01 这样, 当写入 SYNC_SNAP 寄存器的位 0 (sync) 时, 所有 ADE7912/ ADE7913 器件都会同时开始新的 ADC 输出周期 经过一个 CLKIN 周期后,sync 位自动清 0 如图 35 图 37 和图 38 所示, 一个 ADE7912/ADE7913 器件的 CLKOUT/DREADY 引脚连接到微控制器的 I/O 输入 该 ADE7912/ ADE7913 器件的 CONFIG 寄存器的位 0 (CLKOUT_EN) 设为默认值 0, 从而使能 DREADY 功能 当 ADC 输出周期开始时,CLKOUT/DREADY 引脚变为低电平并持续 64 个 CLKIN 周期 (CLKIN = MHz 时为 µs), 表示所有 ADE7912/ADE7913 器件的所有 ADC 输出均可用, 微控制器必须开始读取它们 建议使用突发模式的 SPI 读操作, 确保在最短时间内读取所有数据 ADE7912/ADE7913 内置一个 12 位计数器, 它以 CLKIN 频率工作 该计数器与 ADC 输出周期和 CLKOUT/DREADY 引脚同步 当新的输出周期开始时, 该计数器便从 CONFIG 寄存器的位 [5:4] (ADC_FREQ) 所确定的值递减 表 12 给出了这些值 表 12. 计数器初始值与 ADC_FREQ 位的关系 CONFIG 寄存器中的位 [5:4] (ADC_FREQ) ADC 输出频率 (khz) 计数器 C 0 初始值 (CLKIN = MHz) 计数器 C0 初始值与 CLKIN 的关系 Rev. 0 Page 28 of 44

29 ADC CYCLE 0 ADC CYCLE 1 ADC CYCLE 2 ADC CYCLE 3 ADC CYCLE 4 DREADY C 0 ADE7912 C ADE7913 C C C C 0 ADE7912 B ADE7913 B C B C 0 ADE7912 A ADE7913 A C A SYNC_SNAP = 0x02 C A, C B, C C ARE READ ADE7912 A /ADE7913 A COUNTER STARTS FROM A NEW VALUE NEW C* A = C 0 + C C C A IS WRITTEN (C C < C A ) NEW C* B = C C C B IS WRITTEN (C C > C B ) ALL ADE7912/ADE7913s ARE IN SYNC ADE7912 B /ADE7913 B COUNTER STARTS FROM A NEW VALUE 图 45. CNT_SNAPSHOT 寄存器 图 44. A 相和 B 相的 ADE7912/ADE7913 器件与 C 相的 ADE7912/ADE7913 器件同步 7 COUNTER VALUE 向 8 位 SYNC_SNAP 寄存器写入 0x02, 即位 1 (snap) 置 1 时, 它就会锁存计数器的值 向所有 ADE7912/ADE7913 器件广播写操作, 可确保每一 ADE7912/ADE7913 器件的所有计数器同时被锁存 经过一个 CLKIN 周期后,snap 位自动清 0 计数器的值可用来衡量所有 ADE7912/ADE7913 器件的 ADC 输出同步情况 理想情况下, 这些值应完全相同, 表示所有 ADE7912/ADE7913 器件完全同步 实际上, 由于微控制器和 ADE7912/ADE7913 CLKIN 所产生的 SPI 时钟的不确定性, 计数器之间存在 ±1 的差异是可以接受的 12 位计数器通过 16 位 CNT_SNAPSHOT 寄存器访问 ( 参见图 45) 如果一个 ADE7912/ADE7913 器件的内部计数器值与其他 ADE7912/ADE7913 器件的计数器值不相关, 则说明一个相位的 ADC 输出不再与其他相位的 ADC 输出同步 ADE7912/ADE7913 提供两种选项来重新同步所有 ADE7912/ADE7913 器件 一是将值 0x01 广播写入 8 位 SYNC_SNAP 寄存器 此操作会立即迫使所有 ADE7912/ ADE7913 器件同时开始新的 ADC 输出周期 然而, 所有相位都会存在不同程度的 ADC 输出失真, 失真与 SYNC_ SNAP = 0x01 这一写操作在当前输出周期中执行的时间有关 因此, 建议在上电时或硬件 / 软件复位后执行此命令 另一选项是为失去同步的 ADE7912/ADE7913 器件的内部计数器计算新的起始值 此值迫使该内部计数器开始新的 ADC 输出周期, 从该值递减, 与其他 ADE7912/ADE7913 器件的其他计数器同步结束 该 12 位值存储在两个 8 位寄存器中 :COUNTER1 和 COUNTER0( 参见图 46) COUNTER0 包含 8 个最低有效位, 必须首先写入 COUNTER1 包含 4 个最高有效位, 必须在 COUNTER0 之后写入 与写入 SYNC_SNAP = 0x01 相比, 该选项的优势是仅失去同步的相位的 ADC 输出受影响 其他已经同步的相位则不受影响 一般情况下, 建议每隔几秒即验证 ADE7912/ADE7913 器件是否同步 11 COUNTER[11:0] BIT UNSIGNED 0000 NUMBER COUNTER1[7:0] 0 8-BIT UNSIGNED NUMBER 图 46. 使用两个 8 位寄存器表示的计数器起始值 7 0 COUNTER0[7:0] 考虑图 44 所示的例子 : 对于图 35 所示的电表配置, 显示了三个 ADE7912/ADE7913 器件的 A 相 B 相和 C 相计数器 所有三个相位都不同步 需要将 A 相和 B 相 ADE7912/ ADE7913 器件与 C 相 ADE7912/ADE7913 器件同步, 后者被认为是基准, 因为它产生 DREADY 信号 Rev. 0 Page 29 of 44

30 当产生 DREADY 低电平有效脉冲时, 读取输出寄存器 (IWV V1WV V2WV ADC_CRC STATUS0 和 CNT_SNAPSHOT), 然后立即执行以下步骤 : 1. ADC 周期 0 将锁定寄存器设置为 0x9C, 禁用配置寄存器的保护 ( 参见 保护配置寄存器的完整性 部分 ) 利用写入广播命令将 8 位寄存器 SYNC_SNAP 设置为 0x02 三个计数器的 CA CB 和 CC 值被锁存, 并存储在各器件的 CNT_SNAPSHOT 寄存器中 2. ADC 周期 1 周期 0 锁存的 ADE7912/ADE7913 计数器 (CA CB 和 CC) 以突发模式从 CNT_SNAPSHOT 寄存器读取, 同时读取 IWV V1WV V2WV ADC_CRC 和 STATUS0 寄存器 3. ADC 周期 2 由于 C A > C C, 因此可写出下式 : 其中,C * 是必须确定的新值 A 将新的初始计数器值 C * = C + C C 写入 A 相 ADE7912/ A C 0 A ADE7913( 图 44 中标记为 ADE7912 A /ADE7913 A ), 也就是对 COUNTER0 和 COUNTER1 两个寄存器连续执行 8 位写操作 从 ADC 周期 4 开始,A 相 ADE7912/ADE7913 器件与 C 相 ADE7912/ADE7913 同步 由于 C B < C C, 因此可写出下式 : 其中,C * 是必须确定的新值 B 将新的初始计数器值 C * = C C 写入 B 相 ADE7912/ B C B ADE7913, 也就是对 COUNTER0 和 COUNTER1 两个寄存器连续执行 8 位写操作 从 ADC 周期 4 开始,B 相 ADE7912/ADE7913 器件与 C 相 ADE7912/ADE7913 同步 如上所述, 如果基准相位 X 的计数器锁存值为 C X, 且计 数器的初始值为 C 0 ( 参见表 1), 则令 Y 相与 X 相同步所需的 Y 相计数器新值为 : 4. ADC 周期 3 基于 ADC 周期 2 写入的 COUNTER1 和 COUNTER0 值,A 相和 B 相 ADE7912/ADE7913 计数器开始递减 5. ADC 周期 4 所有 ADE7912/ADE7913 器件同时产生 ADC 输出 为了验证是否如此, 应再次读取计数器, 因此 SYNC_SNAP = 0x02 命令需要再执行一次, 这是良好的编程惯例 6. ADC 周期 5 执行 SYNC_SNAP = 0x02 命令后锁存的 ADE7912/ ADE7913 计数器 (C A C B 和 C C ) 存储在 CNT_SNAPSHOT 寄存器中, 以突发模式读取 它们应显示相同的值 ±1 LSB ( 表示 ±1 CLKIN 周期,CLKIN = MHz 时为 ±244 ns) 7. 将锁定寄存器设置为 0xCA, 重新使能配置寄存器的保护 ( 参见 保护配置寄存器的完整性 部分 ) ±1 LSB 的误差之所以可能出现, 是因为 CLKIN(ADE7912/ ADE7913 的内部时钟 ) 与微控制器产生的串行端口时钟不同步, 并且被用来在 ADC 周期 2 中写入 COUNTER1 和 COUNTER0 值 EMI_CTRL 寄存器管理的 EMI 降低方案 ( 详情参见 DC-DC 转换器 部分 ) 要求计量系统的 ADE7912/ADE7913 提供相干的样本 该 EMI 降低方案确保两个 ADE7912/ADE7913 器件不会同时产生管理 DC-DC 转换器所需的 PWM 信号 计数器同步中的 ±1 LSB 误差意味着至少有两个 ADE7912/ADE7913 器件同时在一个 CLKIN 周期中产生 PWM 信号,EMI 降低方案可能会受影响 虽然并不保证有效, 但本部分所述的两种同步程序均可以重复执行, 直到 C C = C A = C B Rev. 0 Page 30 of 44

31 电源管理 DC-DC 转换器 ADE7912/ADE7913 的 DC-DC 转换器部分工作原理对大多数 现代电源来说都是通用的 VDD 为振荡电路提供电源, 该电路驱动芯片级空芯变压器的原边 电源被传输到副边, 在这里经整流后成为 3.3 V 直流电压 此电压随后通过 2.5 V LDO 稳压器提供给 ADC 部分 ADE7912/ADE7913 内部 DC-DC 转换器的状态由 VDD 输入控制 正常工作模式下,VDD 应保持 2.97 V 至 3.63 V 的电压 该隔离式 DC-DC 转换器的功能框图如图 47 所示 ADE7912/ADE7913 主电源电压 VDD 输入提供一个交流源 该交流信号通过一个芯片级空芯变压器传输到副边 然后, 一个整流器产生隔离电源 VDD ISO 采用另一个芯片级空芯变压器, 一个反馈电路测量 VDD ISO 并将该信息送回 VDD 域, 以便 PWM 控制模块控制交流源, 将 VDD ISO 保持在 3.3 V TO ADC BLOCK VDD ISO RECTIFIER FEEDBACK CIRCUIT ISOLATION BARRIER AC SOURCE PWM CONTROL 图 47. 隔离式 DC/DC 转换器框图 VDD = 3.3V PWM 控制模块以 CLKIN/4 (1.024 MHz) 的时钟频率工作, 每半个周期产生一个 PWM 脉冲并提供给交流源 ( 参见图 48) 每次产生 PWM 脉冲时, 交流源就会将甚高频信号传输到隔离栅另一端, 使功率通过小型芯片级变压器高效率传输 由此产生的高频电流会在电路板的地层和电源层传播, 引起边沿和偶极子辐射 布局布线指南 部分说明了管理电磁干扰 (EMI) 问题的 PCB 布局布线最佳做法 除了布局布线方法以外,8 位 EMI_CTRL 寄存器也有助于降低 ADE7912/ADE7913 DC-DC 转换器产生的辐射 管理 PWM 控制模块的时钟分为八个时隙 :0 至 7( 参见图 48) EMI_CTRL 寄存器的每位控制一个时隙 : 位 0 控制时隙 0, 位 1 控制时隙 1 位 7 控制时隙 7 当该位为 1( 默认值 ) 时,PWM 控制模块产生一个脉冲 当该位为 0 时, PWM 控制模块不产生脉冲 对于系统中使用的每个 ADE7912/ADE7913 器件, 建议仅将其中四位设置为 1, 其他位保持 0, 从而进一步降低 ADE7912/ADE7913 DC-DC 转换器产生的辐射 如果三相电表包含四个 ADE7912/ADE7913 器件, 则这些 ADE7912/ADE7913 器件首先必须同步 ( 参见 同步多个 ADE7912/ADE7913 器件 部分 ), 然后初始化每个 ADE7912/ADE7913 的 EMI_CTRL 寄存器 同一时刻仅有两个 ADE7912/ADE7913 器件的 DC-DC 转换器产生 EMI, 电表的总 EMI 水平得以降低 A 相 ADE7912/ADE7913 的 EMI_CTRL 寄存器 (EMI_CTRLA) 初始化为 0x55, EMI_CTRLB 初始化为 0xAA,EMI_CTRLC 初始化为 0x55, EMI_CTRLN 初始化为 0xAA( 参见图 49) ADE7912/ADE7913 PHASE B, PHASE N PWM PULSE ADE7912/ADE7913 PHASE A, PHASE C PWM PULSE PWM CONTROL PULSE 1.024MHz CLOCK MHz CLOCK A, C B, N A, C B, N A, C B, N A, C B, N A, C B, N 图 49. 使用四个 ADE7912/ADE7913 器件的三相电表的 EMI 管理 图 48. PWM 控制模块根据 MHz 时钟产生脉冲 如果系统包含一个 两个或三个 ADE7912/ADE7913 器件, 应根据图 49 所示的方法将 EMI_CTRL 寄存器中的四位设置为 1, 其余时隙不使用 Rev. 0 Page 31 of 44

32 磁场抗扰度 ADE7912/ADE7913 采用空芯变压器, 因此不受直流磁场的影响 ADE7912/ADE7913 磁场抗扰度的限制是由变压器接收线圈中的感应电压的状态决定的, 电压足够大就会错误地置位或复位解码器 下面的分析说明此情况发生的条件 ADE7912/ADE7913 的标称电源电压是 3.3 V, 因此考察 3.3 V 工作状况 变压器输出端的脉冲幅度大于 1.0 V 解码器的检测阈值大约是 0.5 V, 因此有一个 0.5 V 的噪声容限 接收线圈上的感应电压由以下公式计算 : 其中 B 为交流磁场 : Β(t) = B sin(ωt). N 是接收线圈匝数 r n 是接收线圈第 n 圈的半径 (12) 给定 ADE7912/ADE7913 接收线圈的几何形状及外加感应电压 (V THR ), 解码器最多能够有 0.5 V 余量的 50%, 允许的最大外部磁场 (B) 参见公式 13 和图 50 所示计算 (13) 例如, 在 10 khz 的磁场频率下, 最大允许 2.8 T 的磁场可以在接收线圈感应出 0.25 V 的电压 此电压大约是检测阈值的 50%, 不会引起输出转换错误 同样, 如果这样的情况在发送脉冲时发生 ( 最差的极性 ), 这会使接收到的脉冲从大于 1.0 V 下降到 0.75 V, 这仍然高于解码器检测阈值 0.5 V 先前的磁场值对应于与 ADE7912/ADE7913 变压器相隔给定距离的额定电流幅度 (14) 其中,µ 0 = 4π 10 7 H/m, 即空气的导磁率 图 51 表明这些允许的电流幅度是频率与所选距离的函数 见图 51 所示,ADE7912/ADE7913 只有在离器件很近的高频大电流下才被影响 以上述 10 khz 为例, 必须将 69 ka 电流放置在距离 ADE7912/ADE mm 时才会影响器件的工作 请注意, 在强磁场和高频率的叠加作用下,PCB 走线形成的任何回路都可能感应出误差电压, 进而触发后续电路的阈值 在布局的时候需要格外小心, 以避免发生这种情况 ( 参见 布局布线指南 部分 ) 1000 其中 : f 为磁场的频率 B 为交流磁场的幅度 MAGNETIC FIELD MAXIMUM AMPLITUDE (T) k 10k 100k 1M 10M 100M FREQUENCY (Hz) 图 50. 最大允许外部磁场 MAXIMUM ALLOWABLE CURRENT (ka) m 0.1m 1m k 10k 100k 1M 10M 100M FREQUENCY (Hz) 图 51. 不同电流至 ADE7912/ADE7913 距离下的最大允许电流 Rev. 0 Page 32 of 44

33 上电和初始化程序对于管理由一个或多个 ADE7912/ADE7913 器件构成的系统的微控制器, 上电时或硬件 / 软件复位后, 必须执行以下步骤 : 由单个 ADE7912/ADE7913 器件构成的系统的上电程序对于由微控制器管理的一个独立 ADE7912/ADE7913 器件, 上电程序如下 ( 参见图 52): 1. 将一个晶振连接在 XTAL1 和 XTAL2 引脚之间 2. 向 ADE7912/ADE7913 器件提供 V DD 为确保 ADE7912/ ADE7913 器件开始正常工作, 电源必须在不到 23 ms 的时间内从大约 2.6 V 电平达到 3.3 V 10% ADE7912/ADE7913 器件开始工作 3. DC-DC 转换器上电并为 ADE7912/ADE7913 的隔离端供电 Σ-Δ 型调制器开始工作 VDD ISO LDO 和 REF 引脚上使用表 9 所示的推荐电容时, 执行上述过程大约需要 100 ms 经过该时间后,ADE7912/ADE7913 的隔离端便能发挥全部功能 4. 为确定 ADE7912/ADE7913 器件何时可以接受命令, 读取 STATUS0 寄存器, 直到位 0 (RESET_ON) 清 0 为止 这大约 发生在 ADE7912/ADE7913 开始工作 20 ms 后, 表示 ADE7912/ ADE7913 的非隔离端在默认设置下已能发挥全部功能 5. 初始化 CONFIG 寄存器和 EMI_CTRL 辐射控制寄存器 6. 将锁定寄存器设置为 0xCA, 以保护用户可访问寄存器和内部配置寄存器 参见 保护配置寄存器的完整性 部分 7. 当 ADC 转换数据可用时,ADE7912/ADE7913 器件便开始在 CLKOUT/DREADY 引脚产生一个 64 CLKIN 周期 (CLKIN = MHz 时为 µs) 的低电平有效信号 CLKOUT/ DREADY 引脚默认使能 DREADY 功能 8. 微控制器以 SPI 突发模式读取 IWV V1WV V2WV ADC_CRC 和 STATUS0 寄存器 ( 更多信息参见 突发模式下的 SPI 读操作 部分 ) 注意, 对于具有多个 ADE7912/ADE7913 器件且每个器件由其自己的晶振提供时钟的系统, 该上电程序同样适用 每个 ADE7912/ADE7913 器件独立上电并启动 3.3V 10% 2.6V ADE7912/ADE7913 NONISOLATED SIDE READY ADE7912/ADE7913 ISOLATED SIDE READY 0V 23ms 20ms 100ms ADE7912/ADE7913 POWERED UP POR TIMER TURNED ON ADE7912/ADE7913 START FUNCTIONING BIT STATUS0[0] (RESET_ON) CLEARED TO 0 DC-TO-DC CONVERTER POWERED UP AND Σ-Δ MODULATORS FUNCTIONAL 图 52. 具有一个或多个 ADE7912/ADE7913 器件且每个器件由其自己的晶振提供时钟的系统的上电程序 Rev. 0 Page 33 of 44

34 具有多个器件且使用单一晶振的系统的上电程序 对于图 35 图 37 和图 38 所示使用单一晶振的三相电表, 上电程序如下 ( 参见图 53): 1. 向 ADE7912/ADE7913 器件提供 V DD 为确保 A 相 ADE7912/ADE7913 器件 ( 图 53 中标记为 ADE7912 A / ADE7913 A ) 开始正常工作, 电源必须在不到 23 ms 的时间内从大约 2.6 V 电平达到 3.3 V 10% ADE7912 A /ADE7913 A 器件由 MHz 晶振提供时钟并开始工作 其他 ADE7912/ ADE7913 器件还没有时钟 2. DC-DC 转换器上电并为 ADE7912 A /ADE7913 A 的隔离端供电 Σ-Δ 型调制器开始工作 VDD ISO LDO 和 REF 引脚上使用表 9 所示的推荐电容时, 执行上述过程大约需要 100 ms 经过该时间后,ADE7912 A /ADE7913 A 的隔离端便能发挥全部功能 3. 为确定 ADE7912 A /ADE7913 A 器件何时可以接受命令, 读取 STATUS0 寄存器, 直到位 0 (RESET_ON) 清 0 为止 这大约发生在 ADE7912 A /ADE7913 A 开始工作 20 ms 后, 表示 ADE7912 A /ADE7913 A 的非隔离端在默认设置下已能发挥全部功能 4. 初始化 ADE7912 A /ADE7913 A 的 CONFIG 寄存器, 位 0 (CLKOUT_EN) 置 1 在 CLKOUT/DREADY 引脚提供 CLKOUT 信号, 其他相位上的 ADE7912/ADE7913 器件现在获得了时钟 5. 初始化 ADE7912 A /ADE7913 A 的辐射控制寄存器 EMI_CTRL 6. 其他 ADE7912/ADE7913 器件的 DC-DC 转换器上电并为其隔离端供电 Σ-Δ 型调制器开始工作 VDD ISO LDO 和 REF 引脚上使用表 9 所示的推荐电容时, 执行上述过 程大约需要 100 ms ADE7912/ADE7913 器件的隔离端现在能够发挥全部功能 7. 读取其他 ADE7912/ADE7913 器件的 STATUS0 寄存器, 直到位 0 (RESET_ON) 清 0, 表示其非隔离端在默认设置下已能发挥全部功能 这大约发生在提供时钟信号 20 ms 后 8. 初始化其余 ADE7912/ADE7913 器件的 CONFIG 寄存器 选择一个 ADE7912/ADE7913 器件 ( 图 35 图 37 和图 38 中以 C 相 ADE7912/ ADE7913 为例 ; 图 53 中标记为 ADE7912 C /ADE7913 C ), 将其 CLKOUT/DREADY 引脚连接到微控制器的外部中断 I/O 引脚 ADE7912 C / ADE7913 C 的 CONFIG 寄存器的位 0 (CLKOUT_EN) 必须保持默认值 0, 以便使用 CLKOUT/DREADY 引脚的 DREADY 功能 9. 初始化其余 ADE7912/ADE7913 器件的辐射控制寄存器 EMI_CTRL 10. 执行 SYNC_SNAP = 0x01 写广播操作, 同步电表的所有 ADE7912/ADE7913 器件 ( 参见 同步多个 ADE7912/ ADE7913 器件 部分 ) 11. 执行 lock = 0xCA 写广播操作, 保护所有 ADE7912/ADE7913 器件的配置寄存器 参见 保护配置寄存器的完整性 部分 12. 每隔几秒便禁用配置寄存器的保护, 执行 SYNC_SNAP = 0x02 写广播操作以读取每个 ADE7912/ADE7913 的 CNT_SNAPSHOT 寄存器, 检查是否需要重新同步 重新同步不同步的 ADE7912/ADE7913 器件 ( 参见 同步多个 ADE7912/ADE7913 器件 部分 ), 然后重新使能配置寄存器的保护 Rev. 0 Page 34 of 44

35 ADE7912 B /ADE7913 B, ADE7912 C /ADE7913 C, ADE7912 N /ADE7913 N, NONISOLATED SIDE READY 3.3V 10% 2.6V ADE7912 A /ADE7913 A NONISOLATED SIDE READY ADE7912 A /ADE7913 A ISOLATED SIDE READY ADE7912 B /ADE7913 B, ADE7912 C /ADE7913 C, ADE7912 N /ADE7913 N, ISOLATED SIDE READY 0V 20ms 20ms 23ms 100ms 100ms ALL ADE7912/ADE7913s POWERED UP ADE7912 A / ADE7913 A POR TIMER TURNED ON ADE7912 A / ADE7913 A START FUNCTIONING ADE7912 A / ADE7913 A BIT STATUS0[0] (RESET_ON) CLEARED TO 0 MICROPROCESSOR SETS ADE7912 A / ADE7913 A BIT CONFIG[0] TO 1. ADE7912 A /ADE7913 A GENERATE CLKOUT ADE7912 B /ADE7913 B, ADE7912 C /ADE7913 C, ADE7912 N /ADE7913 N DC-TO-DC CONVERTERS POWERED UP AND Σ-Δ MODULATORS FUNCTIONAL ADE7912 A /ADE7913 A DC-TO-DC CONVERTER POWERED UP AND ITS Σ-Δ MODULATORS FUNCTIONAL ADE7912 B /ADE7913 B, ADE7912 C /ADE7913 C, ADE7912 N /ADE7913 N BIT STATUS0[0] (RESET_ON) CLEARED TO 0 图 53. 具有多个 ADE7912/ADE7913 器件且仅 A 相 ADE7912/ADE7913 从一个晶振获得时钟的系统的上电程序 V 10% 2.6V ALL ADE7912/ ADE7913s NONISOLATED SIDE READY ALL ADE7912/ ADE7913s ISOLATED SIDE READY 0V 20ms 100ms ALL ADE7912/ADE7913s POWERED UP ADE7912/ADE7913s POR TIMERS TURNED ON MICROPROCESSOR GENERATES CLOCK TO ADE7912/ADE7913s ADE7912/ADE7913s BIT STATUS0[0] (RESET_ON) CLEARED TO 0 图 54. 具有多个 ADE7912/ADE7913 器件且由微控制器提供时钟的系统的上电程序 ADE7912/ADE7913s DC-TO-DC CONVERTERS POWERED UP AND Σ-Δ MODULATORS FUNCTIONAL Rev. 0 Page 35 of 44

36 具有多个器件且时钟由微控制器产生的系统的上电程序对于由微控制器产生时钟信号供所有 ADE7912/ADE7913 器件使用的三相电表 ( 参见图 36), 上电程序如下 : 1. 向 ADE7912/ADE7913 器件提供 V DD 为确保 ADE7912/ ADE7913 器件开始正常工作, 电源必须在不到 23 ms 的时间内从大约 2.6 V 电平达到 3.3 V 10% 2. 由微控制器产生时钟信号并提供给所有 ADE7912/ ADE7913 器件 3. DC-DC 转换器上电并为 ADE7912/ADE7913 器件的隔离端供电 Σ-Δ 型调制器开始工作 VDD ISO LDO 和 REF 引脚上使用表 9 所示的推荐电容时, 执行上述过程大约需要 100 ms 经过该时间后,ADE7912/ADE7913 器件的隔离端便能发挥全部功能 4. 读取 ADE7912/ADE7913 器件的 STATUS0 寄存器, 直到位 0 (RESET_ON) 清 0, 表示 ADE7912/ADE7913 器件的非隔离端在默认设置下已能发挥全部功能 这大约发生在提供时钟信号 20 ms 后 5. 初始化 ADE7912/ADE7913 器件的 CONFIG 寄存器, 位 0 (CLKOUT_EN) 清 0, 避免在 CLKOUT/DREADY 引脚产生不必要的时钟信号 选择一个 ADE7912/ADE7913 器件 ( 图 36 中以 C 相 ADE7912/ADE7913 为例 ), 将其 CLKOUT/ DREADY 引脚连接到微控制器的外部中断 I/O 引脚 6. 初始化所有 ADE7912/ADE7913 器件的辐射控制寄存器 EMI_CTRL 7. 执行 SYNC_SNAP = 0x01 写广播操作, 同步电表的所有 ADE7912/ADE7913 器件 ( 详情参见 同步多个 ADE7912/ ADE7913 器件 部分 ) 8. 执行 lock = 0xCA 写广播操作, 保护所有 ADE7912/ADE7913 器件的配置寄存器 参见 保护配置寄存器的完整性 部分 9. 每隔几秒便禁用寄存器保护, 执行 SYNC_SNAP = 0x02 写广播操作以读取每个 ADE7912/ADE7913 的 COUNTER1 和 COUNTER0 寄存器, 检查是否需要重新同步 重新同步不同步的 ADE7912/ADE7913 器件 ( 参见 同步多个 ADE7912/ADE7913 器件 部分 ), 然后重新使能配置寄存器的保护 硬件复位期间, 所有寄存器设置为默认值,DC-DC 转换器关断 三相电表中的所有 ADE7912/ADE7913 程序可以同时执行该程序 复位周期结束时,ADE7912/ADE7913 将 STATUS0 寄存器的位 0 (RESET_ON) 清 0 此时必须执行 上电和初始化程序 部分所述的一种程序, 正确初始化 ADE7912/ADE7913 器件 软件复位 CONFIG 寄存器的位 6 (SWRST) 可管理软件复位功能 该位的默认值为 0 如果将该位置 1,ADE7912/ADE7913 便会进入软件复位状态 在此状态下, 所有内部寄存器都复位至默认值 DC-DC 转换器继续工作 当软件复位结束时, CONFIG 寄存器的位 6 (SWRST) 自动清 0, 并且 STATUS0 寄存器的位 0 (RESET_ON) 清 0 如果配置寄存器已被 lock = 0xCA 寄存器写操作保护起来, 首先应写入 lock = 0x9C 以解除锁定, 然后写入 CONFIG 寄存器, 将位 6 (SWRST) 置 1 以启动软件复位 此时必须执行 上电和初始化程序 部分所述的一种程序, 正确初始化 ADE7912/ADE7913 器件 掉电模式某些情况下,ADE7912/ADE7913 的 ADC 不需要工作, 用户希望降低器件的功耗 当 CONFIG 寄存器的位 2 (PWRDWN_ EN) 置 1 时,DC-DC 转换器和 Σ-Δ 型调制器就会关断 ADE7912/ADE7913 的配置寄存器保持原有值, 但 IWV V1WV 和 V2WV ADC 输出寄存器处于未定义状态 如果 PWRDWN_EN 位清 0( 默认值 ), 则 DC-DC 转换器正常工作, Σ-Δ 型调制器有效 如果由微控制器产生所有 ADE7912/ADE7913 器件的时钟 ( 参见图 36 所示配置 ), 则可以关断时钟以进一步降低功耗 ADE7912/ADE7913 停止工作 当时钟重新启动时, 执行硬件复位以重新启动 ADE7912/ADE7913, 这是良好的编程惯例 在一个 ADE7912/ADE7913 器件的 CLKOUT/DREADY 引脚用来为其他 ADE7912/ADE7913 器件提供时钟的系统中 ( 参见图 35 图 37 和图 38 所示配置 ), 将 CONFIG 寄存器的位 0 (CLKOUT_EN) 清 0 可以降低 ADE7912/ADE7913 器件的功耗 硬件复位 ADE7912/ADE7913 没有专用复位引脚 当 引脚接收串行时钟时, 可以执行 SPI 广播写操作, 使 和 引脚在 64 个 周期中保持低电平, 这相当于将 8 个字节的 0x00 发送到 ADE7912/ADE7913, 从而完成硬件复位 Rev. 0 Page 36 of 44

37 布局布线指南图 20 所示为 ADE7912/ADE7913 的测试电路 测试电路包含 三个 ADE7912/ADE7913 器件, 与其它必要电路一起检测三 相系统的相电流和电压 ADE7912/ADE7913 器件由一个微 控制器通过 SPI 接口管理 原理图中未显示微控制器 图 20 复制了 ADE7913 评估板的原理图 ( 参见 ADE7913 评估板 部分 ) 图 55 和图 56 显示了一个印刷电路板 (PCB) 的建议布局方 案, 它包括两层, 元件仅贴放在电路板顶层 遵守这些布局布线指南有助于实现低噪声设计, 并提高对 EMC 干扰的抑制能力 注意, 该布局是从一个电路板截取的一部分, 电路板还包括除三个 ADE7913 器件之外的电路 采用 ADE7912 的电表布局与采用 ADE7913 的设计非常类似 唯一的区别是没有 V2P 电压通道及其相关的电路 : 电阻分压器和保护二极管 使用一个 10 µf 电容和一个 100 nf 陶瓷电容将 VDD ISO ( 引脚 1) 去耦到 GND ISO ( 引脚 2) 电容放置规则与 VDD 引脚相同 使用一个 4.7 µf 电容和一个 100 nf 陶瓷电容将 LDO( 引脚 8) 和 REF( 引脚 9) 去耦到 GND ISO ( 引脚 10) 电容放置规则与 VDD 引脚相同 注意,ADE7912/ADE7913 隔离接地点是分流电阻端点之一 此点直接连到 GND ISO ( 引脚 10) 无需将分流电阻接地端连接到 GND ISO ( 引脚 2) 引脚 2 内部连接到引脚 10 晶振负载电容必须尽可能靠近 ADE7912/ADE7913 放置, 而晶振本身可以放在附近 注意, 底层将原边地扩展到 ADE7912/ADE7913 和相关电路下方 电路板输入引脚与原边接地层之间的底层上至少应保持 8 mm 的距离 主电源电压在 VDD( 引脚 19) 处提供 VDD 引脚和 GND( 引脚 20) 之间放置一个 10 µf 去耦电容和一个 100 nf 陶瓷去耦电容 10 µf 电容必须靠近器件放置, 但陶瓷电容必须更靠近 ADE7912/ADE7913 放置, 因为它要去耦高频噪声 图 层电路板 : 顶层 Rev. 0 Page 37 of 44

38 8mm 图 层电路板 : 底层 8mm 图 层电路板 : 顶层 Rev. 0 Page 38 of 44