[Datasheet ] 计量芯片CS5480数据手册解读

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[Datasheet ] 计量芯片CS5480数据手册解读

CS5480具有三个24位模数转换器，用于电能测量。用于交流电计量，也可用于直流电计量，价格5元左右，性能优于CS5464；

一、特征
1、出色的模拟性能，超低噪声水平和高SNR

2、4000：1动态范围内的能量测量精度为0.1％3、在1000：1动态范围内，电流RMS测量精度为0.1％4、3个独立的24位，四阶Delta Sigma调制器，用于电压和电流测量5、3个可配置的数字量输出，用于能量脉冲，零交叉或能量方向6、支持分流电阻，CT和Rogowski线圈电流传感器7、过电流，电压骤降和电压骤升检测8、UART / SPI串行接口9、通过校验和和写保护进行内部寄存器保护10、片内基准电压（典型值为25 ppm /°C）11、3.3V单电源12、低功耗：<13mW13、CS5480：4mm x 4mm 24引脚QFN封装14、片上测量/计算：有功，无功和视在功率RMS电压和电流功率因数和线路频率瞬时电压，电流和功率频率采集范围：40~75HZ

datasheet和校准说明文档回复“CS5480”即可获取；

三、管脚描述

关键输入信号描述：

2.1.1电压输入

线路电压电阻分压器或变压器的输出连接到CS5480的(V IN输入。电压通道配备10x，固定增益放大器。可应用于电压通道的全尺度信号电平±为250mV。如果输入信号为正弦波，则最大有效值电压为250mV p/176.78mVRMS，约为最大峰值电压的70.7。

2.1.2电流1和电流2输入

电流感应并联电阻器、变压器或Rogowski线圈的输出连接到CS5480的IIN1或IIN2输入引脚上。为了适应不同的电流传感元件，电流通道包含一个具有两个可选择输入增益的可编程增益放大器(PGA)，如Config0寄存器描述部分6.6.1配置0(Config0)-第0页所述，第37页地址0。有10x增益设置和50x增益设置。电流通道的全尺度信号电平分别为50x和10x增益设置±50mV和250mV。如果输入信号为正弦波，则最大RMS电压为35.35mVRMS或176.78mVRMS，约为最大峰值电压的70.7。

2.1.3电压基准

CS5480在VREF引脚之间产生2.4V的稳定电压基准。参考系统还需要在VREF引脚之间至少0.1µF的滤波电容。该参考系统能够为CS5480提供参考，但驱动外部电路的能力有限。强烈建议只需将所需的滤波电容连接到VREF引脚上。

2.2.4模式引脚 （MODE PIN）

模式引脚必须绑定到VDDA，以便正常操作。模销主要用于工厂测试程序。

用于电压测量、电流测量和其他计算的信号流如图9、10和11所示。

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4. 信号流量描述

信号流由两个电流通道和一个电压通道组成。即使CS5480只有一个电压通道或电压模拟信号输入，也有两个单独的电压数字信号路径(V1和V2)。V1和V2都来自相同的ADC输出。每个电流和电压通道都有自己的差动输入引脚。

4.1模数转换器所有三个输入通道都使用四阶三角西格玛调制器将模拟输入转换为单比特数字数据流。转换器以MCLK/8的速率采样。这种高采样提供了广泛的动态范围，并简化了反别名滤波器的设计。

4.2解码滤波器单比特调制器输出数据被扩展到24位，然后用低通滤波器采样到MCLK/1024。这些抽取滤波器是三阶Sinc滤波器。过滤器的输出通过IIR“反inc”过滤器。

4.3IIR滤波器IIR滤波器用于补偿抽取滤波器的振幅滚转。下垂校正滤波器将信道的大小响应平坦化到Nyquist频率，从而允许最多2k Hz(MCLK=4.096M Hz)的精确测量)。默认情况下，启用IIR过滤器。通过在Config2寄存器中设置IIR_OFF位，可以绕过II R滤波器。

4.4相位补偿相位补偿通过增加小数滤波器的延迟来改变电压相对于电流的相位。相移的数量由PC寄存器位CPCC[1：0]和FPCC[8：0]为当前通道设置。对于电压通道，只有位CPCC[1：0]影响延迟。精细相位补偿控制位，FPCC[8：0]，在当前通道中提供高达1/OWR的延迟。粗相位补偿控制位，CPCC[1：0]，提供额外的1/OWR延迟在电流通道或高达2/OWR延迟在电压通道。通过在电流信道中设置比电压信道更长的延迟，可以实现电压信道的负延迟。对于4000赫兹的OWR，延迟范围为±500µs，50赫兹的相移为±8.99°，60赫兹的相移为±10.79°。步骤大小是0.008789°在50赫兹和0.010547°在60赫兹。

4.5直流偏移和增益校正系统和CS5480固有的组件公差和增益和偏移误差，可以使用增益和偏移寄存器删除。每个测量通道都有自己的增益和偏移寄存器集。对于每个瞬时电压和电流样本，偏移和增益值用于校正通道中的直流偏移和增益误差(见第7节。系统校准，详见第63页)。

4.6高通和相位匹配滤波器可选高通滤波器(图9和图10中的HPF)从选定的信号路径中删除任何直流分量。每个功率计算包含一个电流和电压通道。如果只在一个信道中启用HPF，则应将相位匹配滤波器(PMF)应用于另一个信道以匹配HPF的相位响应。对于交流功率测量，应在电压和电流通道上启用高通滤波器。有关如何在每个通道上启用和禁用HPF或PMF的信息，请参阅第6.6.3节配置2(Config2)-第16页，第40页的地址0。

4.7数字积分器可选数字积分器(图9和10中的INT)在两个电流通道(I1，I2)上实现，以补偿Rogowski线圈电流传感器产生的90º相移和20dB/十年增益。当使用Rogowski线圈作为电流传感器时，应该在该电流通道上启用积分器(INT。有关如何在每个当前通道上启用和禁用INT的信息，请参阅第6.6.3节配置2(Config2)-第16页，第40页的地址0。

4.8低速率计算所有均方根值和功率结果都来自低速率计算，方法是对N个样本上的输出字率(OWR)瞬时值进行平均，其中N是存储在样本计数寄存器中的值。低速率间隔或平均周期为N除以OW R(4000Hz，如果MCLK=4.096MHz)。CS5480为低速率计算提供了两种平均模式：固定样本数平均模式和线周期同步平均模式。默认情况下，CS5480平均为固定样本数平均模式。通过在Config2寄存器中设置AVG_MODE位，CS5480将使用行周期同步平均模式。

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计算电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率及功率因数
以上数据都是芯片算法计算出来，直接读取寄存器值即可；

4.8.1样本的固定平均采样

N是样本计数寄存器中的预设值，不应设置小于100。默认情况下，示例计数为4000。在MCLK=4.096MHz下，平均周期固定在N/4000=1秒，而不考虑线路频率。

4.8.2在线周期同步平均模式下工作时

当启用线路频率测量时（见第22页第5.4节线路频率测量），CS5480使用电压(V)通道零交叉和测量的线路频率自动调整N，使平均周期等于周期计数寄存器中的一半线路周期数。例如，如果线路频率为51Hz，并且周期计数寄存器设置为100，则在连续转换过程中N将为4000（100/2）/51=3921。根据线路频率进行N自调；因此，平均周期总是接近半个线路周期的整数，低速率计算结果将使纹波最小化，分辨率最大化，特别是当线路频率变化时。在启动行周期同步平均模式下的低速率转换之前，不应将示例计数寄存器从其默认值4000更改，必须设置Config2寄存器的位AFC。在连续转换期间，主机处理器不应更改示例计数寄存器。

4.8.3均方根电流和电压，均方根（图11中的均方根）计算是在N个瞬时电流和电压样本上使用方程1：

这是均方根值的计算公式，交流电的电压和电流均使用这个公式，所有采样点的平方，加在一起，除以采样点数，然后开根号，得出电压和电流有效值；即RMS；

4.8.4有功功率瞬时电压和电流样本乘以获得瞬时功率(P1，P2)（见图9和11）。然后在N个样本上对乘积进行平均，以计算有功功率(P1AVG，P2AVG)。

4.8.5无功瞬时无功功率(Q1，Q2)是通过将瞬时电流(I1，I2)乘以瞬时正交电压(V1Q，V2Q)得到的采样率结果，该结果是通过使用一阶积分器将瞬时电压(V1，V2)90度相移而产生的（见图9和图11）。这些积分器的增益与线路频率成反比关系，因此它们的增益由基于线路频率的Epsilon寄存器进行校正。无功功率(Q1AVG，Q2AVG)是通过在N个样本上积分瞬时正交功率来产生的。

有功功率和无功功率同样根据电压与电流的乘积得出，区别在于电压与电流之前的相位需要参与计算；
有功功率：V x I x COS（电压电流夹角差）
无功功率：V x I x SIN（电压电流夹角差）

4.8.6视在功率，CS5480计算表观功率(S1，S2)作为RMS电压和电流的乘积，如方程2所示：两个公式均可得到；

5.10温度测量

CS5480有一个内部温度传感器，用于测量温度并可选择地补偿电压基准的温度漂移。温度测量存储在温度寄存器(T)中，默认情况下，温度寄存器在摄氏(°C)刻度上被配置为±128度的范围。

5.12.2如果启用校验和

所有配置和校准寄存器都受校验和保护。参考第31页6.2硬件注册摘要（第0页)、第33页6.3软件注册摘要(第16页）和第35页6.4软件注册摘要(第17页。用星号符号（*）标记的所有寄存器的校验和每低速率周期计算一次。校验和结果存储在RegChk寄存器中。在CS5480完全配置并加载校准后，主机微控制器应在其内存中保存校验和(RegChk_Copy)的副本。在正常运行中，主机微控制器可以读取RegChk寄存器，并将其与保存的RegChk寄存器副本进行比较。如果两个值不匹配，则需要将配置和校准重新加载到CS5480中。可以通过在Config2寄存器中设置REG_CSUM_OFF位来禁用自动校验和计算。

这个功能非常实用，在电磁干扰强的环境下，MCU没有复位，CS5480复位后，能及时检测到，可以重新初始化增益寄存器的值，防止采集和计量出错；

以下截图为校准方法截图，datasheet和校准说明文档回复“CS5480”即可获取；


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