CS5460C
单相功率/电能IC
特性
电能数据线性度：在1000 ：1 动态范围内线性度为 ±0.1%
片内功能：
——可以测量瞬时电压，电流和功率；IRMS和 VRMS, 视在功率，有功功率； ——具有电能-脉冲转换功能
——具有温度传感器
符合IEC, ANSI, JIS工业标准
功耗：21mW（VA = +5 V，VD = +5 V）； 12mW（VA = +5 V，VD = +3.3 V）
优化的分流器接口
单电源地参考信号
片内2.5V 参考电压（最大温漂25ppm/℃）
内带电源监视器
简单的三线数字串行接口
可以从串行EEPROM 智能“自引导”，不需要微控制器
电源配置
VA+ = +5 V; AGND = 0 V; VD+ = +3.3V～+5 V
概述
CS5460C 是一个包含两个ΔΣ模-数转换器（ADC）、功率计算功能、电能到频率转换器和一个串行接
口的完整的功率测量芯片。它可以精确测量瞬时电压，电流和计算I RMS、V RMS、瞬时功率、有功功率、无功功率，用于研制开发单相、2线或3线电表。
CS5460C可以使用低成本的分流器或互感器测量电流，使用分压电阻或电压互感器测量电压。
CS5460C具有与微控制器通讯的双向串口，可编程的电能-脉冲输出功能。CS5460C还具有方便的片上系统校准功能。具有温度传感器，电压下降检测，相位补偿功能。
-40℃～＋85℃ 24引脚SSOP
1 工作原理
CS5460C 是具有功率计算引擎和电能-脉冲转换功能双声道ADC。电压和电流通道测量与功率计算方法的数据流程是在 Figure3 和 Figure4描述。 电压通道输入引脚VIN±两端输入一电压信号波，经10倍增益放大器放大，再通过 2nd ΔΣ调制器来数字化。
同时，电流通道输入引脚IIN±两端输入一电压信号波，为适应不同电平的输入电压，电流通道集成有一个增益可编程放大器（PGA），使输入电平满量程可选择为±250mVrms 或±50mVrms 。再通过 4th ΔΣ调制器来数字化。
两个调制器的采样速率为 MCLK/8 。
1.1．数字滤波器
对数据进行低通滤波，以去除调制器输出的高频噪声。通道的低通滤波器由一个固定的Sinc3滤波器实现，通道的数据接下来通过一个可选IIR补偿滤波器，以补偿通过低通滤波器后产生的幅值损耗。
两个通道都提供了一个可选的高通滤波器（用HPF表示），它可以加入信号通路，以在Vrms/Irms、有功功率、视在功率计算之前除去电流/电压信号中的直流成分。
任意一个通道中的HPF如果不用，则这通道将启动全通滤波器（用APF表示），以保持电压和电流的传感信号之间的相位关系。
1.2．电压和电流测量
数字滤波器输出字是基于DC偏移量调整和增益校准(看系统校准部份)。校准后测量的瞬时电压，电流是有效的。
RMS值是利用最近的N（N值放在周期计数寄存器中）个瞬态电压/电流采样值计算，这些值可从Vrms和Irms 寄存器中读出。 1.3．功率测量
瞬态电压/电流的采样数据相乘，得到瞬时功率。N个瞬时功率平均计算出有功功率的值用来驱动电能脉冲E1输出。电能输出E2是可选的，可指示电能方向，也可输出与视在功率成正比的脉冲。电能输出E3提供一个与无功功率或视在功率成正比的脉冲输出。E3还能表示为电压通道的电压符号，或作为PFMON比较器输出。
视在功率：
礼花发射器
1.4．线性性能
在规定范围内Vrms、Irms和有功功率测量（校准之前）精确度才保证在±0.1％内。
2．功能描述
2.1．电压通道
电压通道有一个10倍的放大器。满量程为±250mV，如果输入信号是正弦波，在10倍增益时最大RMS电压是：
电压通道也有Voltage Gain寄存器，允许一个附加可编程4倍放大器。
2.2．电流通道
电流通道有可编程的放大器，对应于相应的最大输入信号电平有两种增益可选：
2.3．IIR滤波器
两个通道都有一可选的IIR滤波器，以补偿通过低通滤波器后产生的幅值损耗。
2.4．高通滤波器
两个通道都提供了一个可选的高通滤波器，以排除DC偏移量的影响。
2.5．执行测量
CS5460C在一个字输出速率（OWR）[一个A/D采样周期]里，执行测量瞬态电流（In）、瞬态电压（Vn）和瞬时功率（Pn）。
K是在配置寄存器（Configuration）中选择
V RMS、I RMS和P active是分别用N个Vn、In和Pn计算，N值放在周期计数寄存器中。一个计算周期来自MCLK：
当K = 1, N = 4000和MCLK = 4.096 MHz时，OWR = 4000 Hz，计算周期 = 1s = 1Hz.
带符号数寄存器的格式是补码，正常值在－1到＋1之间。无符号数寄存器的格式是一个0到＋1之间的正常值。一个寄存器的最大输出值：
在每次瞬时测量时（每次A/D转换后），CRDY位都将被置位（在状态寄存器中），同时若CRDY位未被屏蔽（在屏蔽寄存器中），INT引脚也将有效。CRDY位的置位也表明新的24位瞬态电压和电流采样值已获得。
在每次计算周期结束时，DRDY位都将被置位（在状态寄存器中），同时若DRDY位未被屏蔽（在屏蔽寄存器中），INT引脚将有效。
当这些位是被置位后，它们必须在再一次被置位之前清零。
如果周期计数寄存器的值（N）置1，所有输出的计算都是瞬态值，当瞬态计算完成，CRDY和DRDY将有效。
2.6．下跌和故障检测功能
状态寄存器中的状态位VSAG和IFAULT分别指示出在电力线上电压和电流的一个下跌出现了。对于一个下跌的识别条件是瞬时电压和电流的绝对值在半个下跌持续时间内，持续低于下跌电平。
电压下跌电平在VSAGlevel寄存器中设定，电压下跌持续时间在VSAGduration寄存器中设定甜菜斑蝇
电流下跌电平在ISAGlevel寄存器中设定，电流下跌持续时间在ISAGduration寄存器中设定
电压和电流下跌持续时间是指定在一个ADC周期之内。
2.6．片内温度传感器
利用温度传感器能够补偿温度漂移。温度测量是在连续转换期间执行完成并存在Temperature寄存器。Temperature寄存器（T）默认值是摄氏度（°C）。
温度更新率是ADC取样数的一个函数。当MCLK=4.096MHz、K=1时，更新率是：
周期计数必须设定一个值，但不包括1。 状态寄存器中的状态位TUP指示Temperature寄存器已更新。
Toff 寄存器是用来补偿零度误差。
Toff寄存器设定零度测量。为了温度测量的精确度，在CS5463初始化之后零度偏移应该调整。温度偏移校准是通过比较CS5463温度传感器与标准数字温度计的温度差（△T），然后调节Toff寄存器来完成。Temperature寄存器（T）调整一度是通过Toff寄存器增加 。所以：
如果Toff=-0.0951126，且△T=-2.0（°C），则：
或 OXF3C168 是存在Toff寄存器中。natr-241
转变Temperature寄存器（T）中摄氏度（°C）为华氏度（°F）的公式：
抗振压力表适用于上面关系式的CS5463温度测量算法：
如果对于摄氏刻度Toff=-0.09566、 Tgain=23.507，则对于华氏刻度改变的值是：
Toff=-0.0907935（OXF460E1）、Tgain=42.3132（OX54A05E）
2.7．参考电压
CS5460C 规定在VREFIN 和AGND脚 之间所用参考电压为+2.5V 。将VREFIN 和VREFOUT 连起来就可以使用转换器内部的2.5V 参考电压。
2.7．系统初始化
上电时数字电路保持复位直到电压到达4.0V。在那时，一个八个XIN时钟延迟装置激活，让振荡器稳定。CS5460C 然后开始初始化。
当复位脚是置位，一个硬件复位起动，最小脉冲宽度为50ns。RESET信号是异步的，设有施密特触发器输入。一旦RESET 引脚处于无效状态后，一个八个XIN时钟延迟装置激活。
通过写命令字0x80，一个软件复位起动。在一个硬件或软件复位之后，内部寄存器将复位为它们的默认值。在状态寄存器中的状态位DRDY指示CS5460C是在它的激活状态和准备接收命令。
2.8．下电状态
CS5460C有两种下电状态：等待与睡眠。
等待模式(stand-by)，除了参考电压与数字时钟发生器以外所有电路都被关闭。要回到芯片的激和状态，串口必须初始化且发送上电命令给芯片。
在睡眠模式(sleep)中，除了指令解码器外，所有电路都关闭。
2.9．事件处理
INT引脚用来通知CS5460C发生了某些值得注意的事件，这些事件包括芯片运行的状态和内部故障状态。状态寄存器与屏蔽寄存器组合将产生INT 信号。当状态寄存器的某位有效，并且屏蔽寄存器相应的位写逻辑1，INT信号被激活；当状态寄存器的这一位写逻辑1，则中断状态被清除。
INT 的有效状态由配置寄存器的IMODE、IINV两位控制。引脚的触发方式可以被设定为低电平（缺省）、高电平、上升沿和下降沿四种。
若中断输出信号触发方式设为上升沿或下降沿时，INT脉冲宽度至少应为DCLK个周期（DCLK=MCLK/K）。
2.10．典型中断应用
下面步骤说明如何处理中断。
初始化：
步骤1 — 向状态寄存器写0XFFFFFF(16 进制），清除所有状态位
步骤2 — 向屏蔽寄存器中允许产生中断的中断条件位写逻辑1
步骤3 — 开启中断
中断处理过程：
步骤4 — 读状态寄存器
步骤5 — 禁止所有中断
步骤6 — 转向相应的中断处理程序
步骤7 — 将步骤4读出的值写回，以清除状态寄存器
步骤8 — 重新开中断
步骤9 — 从中断处理程序中返回
这个交互处理过程保证了在步骤4～步骤7间发生的新中断不会被步骤7丢失（清除）。
2.11．串口接口
串口接口是一个四线同步串行通信接口。
SCLK是一施密特触发器输入，它控制控制数据移出或移入。
如果串口接口不同步，输入到CS5460C的有效指令就不会产生动作或者产生错误动作。此时需用以下方法重新初始化串口：我爱北京敏感词
1．使CS脚为低（若CS已为低，使CS为高，再为低）
2．硬件复位（使RESET脚为低，持续最少10uS）
3．向串口发初始化序列，该序列包括3个（或更多个）时钟周期的SYNC1命令字（0xFF ），紧跟着一个时钟 周期的SYNC0命令字(0xFE)。
3． 系统校准
CS5460C 提供了数字校准。用户通过设置校准命令字中的相应位来决定执行那种校准。对于电压和电流通道，都有AC 和DC 校准。不管是那种校准都有两种模式：系统偏移量校准和系统增益校准。用户必须提供参考地电平以完成系统偏移量校准，必须提供满量程的信号以完成系统增益校准。
AC 与DC 校准不同。视应用的场合和要求的精度不同，某些或全部校准的程序可不必进行。
信道均衡
3.1．校准寄存器
电压通道DC偏移量寄存器（Vdcoff）和电流通道DC偏移量寄存器（Idcoff）——存储进行加法运算的校正值，用于校正当前的电压/电流通道的直流偏移量。当直流偏移量校准过程结束后，寄存器值由CS5460C更新。
电压通道增益寄存器（Vgn）和电流通道增益寄存器（Ign）——存储进行乘法运算的校正值。该寄存器在交流或直流增益校准后由CS5460C进行更新。增益校准寄存器中的校准结果只能反映AC 和DC 增益校准结果中最新的一次。这将意味着增益校准数据只有一个可加到CS5460C通道中。因此用户在校准以前必须决定执行AC增益校准还是DC增益校准，因为AC 和DC 增益校准只能取其一。
电压通道AC偏移量寄存器（Vacoff）和电流通道AC偏移量寄存器（Iacoff）——存储进行加法运算的校正值，用于电压/电流通道的交流偏移量校正。因为虽然噪声信号平均值为0，但其有效值可能不为0，因此有可能使
CS5460C的Irms和Vrms的值出现偏移。该寄存器在交流偏移量校准后由CS5460C更新。
3.2．校准程序
1．在进行校准程序之前，CS5460C必须处于有效状态，准备通过SPI口接收有效命令。用户可以清除状态寄存器内的‘DRDY’位。
2．将适当的校准信号输入到电压/电流通道。
3．发送相应的校准命令到CS5460C串口。校准命令为8位命令，对其中各位的不同设置指定了不同的校准（比如电压通道AC增益校准、电流通道DC偏移量校准等），用户必须正确设置需要进行的校准命令。
4． 当CS5460C完成内部校准并将结果存入相应的校准寄存器后，状态寄存器内的DRDY位被置位，指示校准完
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