上海貝嶺BL0942：內(nèi)置時(shí)鐘免校準(zhǔn)計(jì)量芯片的卓越之選

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，電能計(jì)量是一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。上海貝嶺的BL0942內(nèi)置時(shí)鐘免校準(zhǔn)計(jì)量芯片，憑借其出色的性能和豐富的功能，為單相多功能電能表、智能插座、智能家電等應(yīng)用提供了高性價(jià)比的解決方案。

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產(chǎn)品簡(jiǎn)述

功能簡(jiǎn)介

BL0942是一顆專為電能計(jì)量設(shè)計(jì)的芯片，它集成了2路高精度Sigma - Delta ADC、參考電壓、電源管理等模擬電路模塊，以及處理有功功率、電流電壓有效值等電參數(shù)的數(shù)字信號(hào)處理電路。該芯片能夠測(cè)量電流、電壓有效值、有功功率、有功電能量等參數(shù)，還可輸出快速電流有效值用于過流保護(hù)，以及波形輸出等功能，通過UART/SPI接口輸出數(shù)據(jù)，充分滿足了智能插座、智能家電、單相多功能電能表及用電信息大數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域的需求。此外，它還具有專利防潛動(dòng)設(shè)計(jì)，配合合理的外部硬件設(shè)計(jì)，可確保在無電流時(shí)噪聲功率不被計(jì)入電能脈沖。

主要特點(diǎn)

• 高精度測(cè)量：兩路獨(dú)立的Sigma - Delta ADC，一路用于電流測(cè)量，一路用于電壓測(cè)量。電流有效值范圍為10mA - 30A（@1mohm），有功電能范圍為1w - 6600w（@1mohm@220V）。
• 免校準(zhǔn)優(yōu)勢(shì)：批次出廠增益誤差小于1%，在外圍元件滿足一定條件下可以免校準(zhǔn)，大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)流程。
• 豐富輸出功能：可輸出電流、電壓有效值，快速電流有效值，有功功率，電流電壓波形相角等信息，還具備電流通道過流監(jiān)控功能，監(jiān)控閾值及響應(yīng)時(shí)間可設(shè)置。
• 通信方式多樣：支持SPI（最快速率支持900KHz）和UART（4800 - 38400bps）兩種通信方式，方便與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
• 低功耗設(shè)計(jì)：芯片單工作電源3.3V，低功耗10mW（典型值），內(nèi)置1.218V參考電壓源和振蕩電路，時(shí)鐘約4MHz。
• 多種封裝形式：提供SSOP10L/TSSOP14L封裝，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

封裝與管腳描述

BL0942有SSOP10L和TSSOP14L兩種封裝形式，不同封裝的管腳功能有所差異，但都包含電源、電流通道模擬輸入、電壓信號(hào)輸入、芯片地等基本管腳，以及用于通信模式選擇、時(shí)鐘輸入、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ艿墓苣_。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的封裝，并正確連接各個(gè)管腳。

寄存器列表

BL0942的寄存器分為電參量寄存器（只讀）和用戶操作寄存器（讀寫）。電參量寄存器用于存儲(chǔ)電流波形、電壓波形、電流有效值、電壓有效值、有功功率、有功電能脈沖計(jì)數(shù)、線電壓頻率、狀態(tài)等信息；用戶操作寄存器用于對(duì)芯片的各種功能進(jìn)行配置，如電流有效值小信號(hào)校正、有功功率防潛、電流快速有效值閾值設(shè)置等。

特殊寄存器說明

• 用戶模式選擇寄存器（MODE）：可對(duì)芯片的工作模式進(jìn)行配置，包括有功能量和脈沖開關(guān)、有效值寄存器刷新時(shí)間選擇、交流電頻率選擇、CF計(jì)數(shù)寄存器讀后清零使能位、CF脈沖能量累加模式選擇、UART通信波特率選擇等。
• 輸出配置寄存器（OT_FUNX）：用于配置CF1、CF2、ZX等引腳的輸出功能，可選擇輸出有功能量脈沖、過流報(bào)警、電壓過零指示、電流過零指示等。
• 狀態(tài)寄存器（STATUS）：反映芯片的工作狀態(tài)，如有功脈沖CF能量反向指示、有功功率小于有功防潛動(dòng)值指示、電流過零輸出狀態(tài)指示、電壓過零輸出狀態(tài)指示等。

性能指標(biāo)

電參數(shù)性能

在VDD = 3.3V，GND = 0V，片上基準(zhǔn)電壓源，內(nèi)置晶振，25℃的條件下，BL0942的各項(xiàng)電參數(shù)性能表現(xiàn)出色。例如，電源VDD范圍為3.0 - 3.6V，功耗典型值為3mA，有功電能測(cè)量精度在不同信號(hào)范圍內(nèi)有所不同，大信號(hào)時(shí)可達(dá)0.2%，小信號(hào)時(shí)為0.4%，微小信號(hào)時(shí)為0.6%。

極限范圍

芯片的電源電壓VDD范圍為 - 0.3 - +4V，模擬輸入電壓（相對(duì)于GND）范圍為 - 4 - +4V，數(shù)字輸入和輸出電壓（相對(duì)于GND）范圍為 - 0.3 - VDD + 0.3V，工作溫度范圍為 - 40 - +85℃，貯藏溫度范圍為 - 55 - +150℃。

功能描述

電流電壓瞬態(tài)波形計(jì)量

電流和電壓分別通過模擬模塊放大器（PGA）和高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）得到兩路1bit PDM給數(shù)字模塊，數(shù)字模塊經(jīng)過降采樣濾波器（SINC3）、高通濾波器（HPF）、通道偏置校正等模塊，得到需要的電流波形數(shù)據(jù)和電壓波形數(shù)據(jù)（I_WAVE，V_WAVE）。采集到的負(fù)載電流和電壓波形數(shù)據(jù)以7.8k的速率更新，每個(gè)采樣數(shù)據(jù)為20bit有符號(hào)數(shù)，并分別存入波形寄存器。

有功功率

有功功率通過公式$WATT =frac{4046 I(A) V(V) * COS(varphi)}{Vref^{2}}$計(jì)算得出，其中I(A)、V(V)為通道管腳輸入信號(hào)的有效值（mV），φ為I(A)、V(V)交流信號(hào)的相位夾角，Vref為內(nèi)置基準(zhǔn)電壓，典型值為1.218V。該寄存器表示當(dāng)前有功功率是正功還是負(fù)功，Bit[23]為符號(hào)位，Bit[23] = 0時(shí)，當(dāng)前功率為正功，Bit[23] = 1時(shí)，當(dāng)前功率為負(fù)功，采用補(bǔ)碼形式。

有功功率的防潛動(dòng)

BL0942具有專利功率防潛功能，通過有功防潛動(dòng)閾值寄存器（WA_CREEP）來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)輸入有功功率信號(hào)絕對(duì)值小于該閾值時(shí)，輸出有功功率設(shè)為0，從而避免在無負(fù)載情況下，小的噪聲信號(hào)導(dǎo)致電能累積。

電能計(jì)量

BL0942提供電能脈沖計(jì)量，有功瞬時(shí)功率按時(shí)間進(jìn)行積分，可獲得有功能量，并可進(jìn)一步輸出校驗(yàn)脈沖CF。CF_CNT寄存器保存輸出電能脈沖CF的個(gè)數(shù)，可直接從該寄存器讀取用電量，也可通過配置OT_FUNX寄存器后，由I/O中斷從CF1/CF2/ZX引腳直接對(duì)脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。

電流電壓有效值

電流和電壓通道的有效值經(jīng)過平方電路、低通濾波器、開根電路等處理后，得到有效值的瞬時(shí)值RMS_t，再經(jīng)過平均得到兩個(gè)通道的平均值（I_RMS和V_RMS）。通過設(shè)置MODE[3].RMS_UPDAT_SEL，可選擇有效值平均刷新時(shí)間是400ms或800ms，默認(rèn)400ms。當(dāng)通道處于防潛狀態(tài)時(shí)，該電流通道的有效值為零。

過流檢測(cè)

BL0942可快速采集電流有效值實(shí)現(xiàn)過流檢測(cè)功能。I_WAVE_F取絕對(duì)值后進(jìn)行半周波或周波時(shí)間累加，存于I_FAST_RMS寄存器，與電流快速有效值閾值寄存器I_FAST_RMS_TH進(jìn)行比較后通過引腳輸出過流中斷。

過零檢測(cè)

BL0942提供電壓和電流過零檢測(cè)，可由引腳CF1/CF2/ZX輸出過零信號(hào)，管腳輸出零表示波形正半周，管腳輸出1表示波形負(fù)半周。與實(shí)際輸入信號(hào)的時(shí)延為570us。若電壓或電流有效值過低，過零檢測(cè)輸出信號(hào)不穩(wěn)定。

線電壓頻率檢測(cè)

BL0942具有線電壓頻率檢測(cè)功能，每個(gè)若干設(shè)定的周期（FREQ_CYC）刷新一次，所檢測(cè)的是全波電壓波形。線電壓測(cè)量的分辨率為2us/LSB（500KHz時(shí)鐘），相當(dāng)于50Hz線路頻率時(shí)的0.01%或60Hz線路頻率時(shí)的0.012%。

通訊接口

SPI

BL0942的SPI接口通過管腳SEL選擇，與UART復(fù)用，工作在從模式，半雙工通訊，通訊率可配，最大通訊速率900Khz。采用8 - bit數(shù)據(jù)傳輸，MSB在前，LSB在后，固定一種時(shí)鐘極性/相位（CPOL = 0，CPHA = 1），可三線或四線通信。

UART

UART接口同樣通過管腳SEL選擇，與SPI復(fù)用，工作在從模式，半雙工通訊，波特率可軟硬件配置為4800bps，9600bps，19200bps，38400bps。支持?jǐn)?shù)據(jù)包讀取，TSSOP14L封裝可支持器件片選功能，可支持4片BL0942掛在UART總線上進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，只占用MCU的一個(gè)UART接口。

訂單與絲印信息

BL0942有SSOP10L和TSSOP14L兩種封裝形式可供選擇，絲印信息包含了封裝年份、封裝周、封裝廠、卡號(hào)等信息，方便用戶進(jìn)行產(chǎn)品追溯和管理。

封裝

BL0942的兩種封裝形式（SSOP10L和TSSOP14L）均為編帶包裝，濕敏等級(jí)為MSL 3，質(zhì)保期為兩年，最小包裝數(shù)量為3000。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和PCB布局選擇合適的封裝。

上海貝嶺的BL0942內(nèi)置時(shí)鐘免校準(zhǔn)計(jì)量芯片以其豐富的功能、出色的性能和多樣化的封裝形式，為電子工程師在電能計(jì)量領(lǐng)域提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們可以根據(jù)具體需求，合理配置芯片的寄存器和通信接口，充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確的電能計(jì)量。你在使用類似芯片時(shí)，是否也遇到過一些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。