ATT7053B/7059S/7059C 芯片：高精度單相多功能計(jì)量的理想之選

在電子工程師的設(shè)計(jì)工作中，高精度的計(jì)量芯片至關(guān)重要。今天，我們就來深入了解一下鉅泉光電科技（上海）股份有限公司的 ATT7053B/7059S/7059C 系列芯片，它在單相多功能計(jì)量領(lǐng)域有著出色的表現(xiàn)。

文件下載：ATT7059S.pdf

芯片概況

芯片簡介

ATT7053BU 是一顆帶有 SPI 和 UART 通訊接口的高精度單相多功能計(jì)量芯片。ATT7059S 相較于 ATT7053B 少了一路電流 ADC，且僅支持 UART 通訊。ATT7059C 則在 ATT7059S 的基礎(chǔ)上少了一個 GND，多了一個 IRQ（中斷輸出），同樣僅支持 UART 通訊。這三款芯片的工作電壓范圍是 4.5 - 5.5V，工作晶振為 6MHz。

芯片特性

1. 高精度 ADC：具備三路 22 bit Sigma - Delta ADC，能夠提供高精度的模擬信號轉(zhuǎn)換。
2. 寬動態(tài)范圍：支持 5000:1 的動態(tài)范圍，可適應(yīng)不同的信號強(qiáng)度。
3. 多功率計(jì)量：可以同時得到兩路計(jì)量通道的有功功率、無功功率，還支持有功、無功、視在功率和電能脈沖輸出。
4. 多參數(shù)測量：能夠同時得到三路 ADC 通道的有效值，以及電壓通道的頻率。
5. 多種通訊方式：支持 SPI 通訊方式（包含三線 SPI 通訊和四線 SPI 通訊）或 UART 通訊方式，方便與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
6. 豐富的中斷支持：支持過零中斷、采樣中斷、電能脈沖中斷、校表中斷等，便于系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和控制。
7. 低功耗：NORMAL 全速運(yùn)行時功耗 < 4.5mA，符合節(jié)能要求。
8. 電源監(jiān)測功能：具備 LBOR 功能，可對電源進(jìn)行監(jiān)測。
9. 特殊檢測功能：支持電壓陷落（SAG）和峰值檢測（PEAK）功能。
10. 多種封裝形式：提供 SSOP 24（ATT7053BU）/ SSOP 16（ATT7059S，ATT7059C）封裝，滿足不同的應(yīng)用需求。

引腳定義

不同型號的芯片引腳定義有所不同，例如 ATT7053BU 的引腳包括數(shù)字電源輸入（DVDD）、芯片復(fù)位引腳（RST）、數(shù)字 1.8V 輸出（VDD1P8）等。每個引腳都有其特定的功能，在設(shè)計(jì)電路時需要根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行合理連接。

電源管理

工作模式

ATT7053BU/7059S/7059C 只能工作在正常模式，沒有提供 Sleep 模式。

系統(tǒng)復(fù)位

芯片內(nèi)部有電源檢測模塊，當(dāng)系統(tǒng)電源低于檢測閾值時芯片會發(fā)生復(fù)位。系統(tǒng)冷復(fù)位時間需要 20ms，熱復(fù)位時間需要 2ms，在復(fù)位后需要等待相應(yīng)時間才可操作內(nèi)部寄存器。

系統(tǒng)功能

A/D 轉(zhuǎn)換

A/D 轉(zhuǎn)換的滿量程（峰值）為 ±800mVp，ADC 位流頻率為 1MHz，電流通道增益有 1 倍、4 倍、8 倍、16 倍、24 倍可選，電壓通道增益有 1 倍、2 倍、4 倍可選。

VREF 參數(shù)說明

VREF 的中心值為 2.5V，溫度系數(shù)為 10ppm。

采樣波形功能

支持三通道的 ADC 采樣數(shù)據(jù)輸出，在默認(rèn)頻率配置下更新速度為 1MHz，最快可通過寄存器 FreCFG2..0 配置達(dá)到 15.62kHz。

有效值測量

同時支持三路 ADC 通道有效值計(jì)量，還支持兩個電流通道有效值小信號偏置校正，可校正當(dāng)電流通道輸入信號為 0 時的零漂。

功率計(jì)算

有功功率、無功功率和視在功率的計(jì)算都有相應(yīng)的算法，視在功率通過將電壓有效值和電流有效值相乘得到（(S = Urms × Irms)）。

電能/頻率轉(zhuǎn)換

快速脈沖寄存器累加的能量單位為 1/HFConst。

起動/潛動

通過寄存器 EMUSR(19H) 位 NoPld 和 NoQld 來指示芯片是否處于潛動狀態(tài)，芯片使用功率來做起動/潛動判斷。

中斷源

中斷標(biāo)志寄存器 EMUIF 中的所有標(biāo)識都可以分別配置成 /IRQ 引腳輸出。

通信接口

SPI 接口

ATT7053BU 支持 SPI 通訊接口，通訊時鐘 SCLK 最高為 500K。SPI 通訊有固定長度的數(shù)據(jù)傳輸格式，從機(jī)輸出以 SCK 上升沿輸出數(shù)據(jù)，從機(jī)輸入從 SCK 下降沿采樣數(shù)據(jù)。同時，還定義了通訊錯誤和校驗(yàn)和機(jī)制，以保證通訊的準(zhǔn)確性。

UART 接口

工作在從模式，半雙工通訊，9 位 UART（含偶校驗(yàn)位），符合標(biāo)準(zhǔn) UART 協(xié)議。ATT7053BU 通過硬件管腳配置波特率，有 2400/9600/38400/4800bps 四檔可選；ATT7059S/7059C 固定波特率 4800bps。數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)包含校驗(yàn)字節(jié)和 ACK 反饋?zhàn)止?jié)，還提供了超時保護(hù)機(jī)制。

寄存器

計(jì)量參數(shù)寄存器

包含電流通道的 ADC 采樣數(shù)據(jù)、有效值、電壓頻率、功率、能量等寄存器，這些寄存器提供了芯片計(jì)量的各種參數(shù)。

校表參數(shù)寄存器

用于對芯片進(jìn)行校準(zhǔn)和配置，如中斷使能、寫保護(hù)、時鐘配置、功率校正等。不同的寄存器有不同的功能和配置方式，在使用時需要根據(jù)具體需求進(jìn)行設(shè)置。

電氣規(guī)格

絕對最大額定值

規(guī)定了芯片各引腳的電壓范圍、溫度范圍等參數(shù)，在設(shè)計(jì)時需要確保芯片工作在這些參數(shù)范圍內(nèi)，以保證芯片的正常運(yùn)行。

電氣特性

包括電能計(jì)量參數(shù)、ADC 參數(shù)、功耗數(shù)據(jù)等，這些特性反映了芯片的性能指標(biāo)。例如，有功電能測量誤差在常溫 5000:1 范圍典型值為 0.1%。

校表過程

校表過程是確保芯片計(jì)量準(zhǔn)確性的關(guān)鍵步驟，主要包括以下幾個方面：

1. 電流通道 2 增益校正：如果需要做防竊電功能，需要對兩個通道的電流有效值進(jìn)行比較，通過電流通道 2 增益校正寄存器 I2GAIN 使同樣輸入電流情況下，二者寄存器的值一致。
2. 高頻脈沖常數(shù)設(shè)置：通過 HFConst 寄存器將用戶樣表的誤差精度調(diào)整到 15% 以內(nèi)，可以采用兩種計(jì)算方式。
3. 第一通道有功、無功和視在增益校正：在額定輸入、功率因數(shù)為 1 時根據(jù)有功計(jì)算，通常有功、無功和視在增益寫入相同的值。
4. 第一通道相位校正：在增益校正好之后，在功率因素 0.5L 處進(jìn)行校正。
5. Poffset 校正：在小信號點(diǎn)對電表誤差進(jìn)行校正。
6. 第二通道增益校正、相位校正：與第一通道校正方式相同，但 ATT7059S/7059C 無該功能，不需要校正。
7. IRMS 增益、URMS 增益和兩個通道的功率增益轉(zhuǎn)換系數(shù)校正：這些參數(shù)需要用戶根據(jù)需要自行計(jì)算獲取。

芯片封裝

ATT7053BU 采用 SSOP24 封裝，ATT7059S/59C 采用 SSOP16 封裝，不同的封裝形式適用于不同的應(yīng)用場景。

典型應(yīng)用

該系列芯片可廣泛應(yīng)用于單相電能計(jì)量領(lǐng)域，如智能電表等。其高精度的計(jì)量和豐富的功能能夠滿足各種電能計(jì)量的需求。

ATT7053B/7059S/7059C 系列芯片以其高精度、多功能、低功耗等特點(diǎn)，為電子工程師在單相電能計(jì)量設(shè)計(jì)中提供了一個優(yōu)秀的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求，合理配置芯片的寄存器和參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最佳的計(jì)量效果。你在使用這些芯片的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎一起交流探討。