基于CS5463的高速功率计算

CS5463可以通过使用低成本的分压电阻器或电压互感器测量电压，使用分流器或电流互感器测量电流。

从而计算出有功功率，因此该电路特别适用于开发单相2线、3线用电表。与上代的CS5460相比，CS5463还能提供视在功率、无功功率等多种参数计算，可满足设计者的多方面需求。此外，CS5463片内还带有温度传感器，有助于设计者调整温度漂移误差，提高测量精度。

CS5463的主要特点：
　　(1)电能数据在1000：l动态范围内的线性度为±0.1%；
　　(2)精确测量瞬时电压、电流、功率以及电压、电流有效值；
　　(3)计算视在、有功和无功功率，基波有功、谐波功率和功率因数；
　　(4)电能/脉冲转换功能；
　　(5)低功耗(小于12 mW)；
　　(6)单电源地参考信号；
　　(7)内置电源监视器；
　　(8)从串行EEPROM“自引导”，可以不用微控制器；
　　(9)简单的3线数字串行接口；
　　(10)优化的分流电阻器的输入接口；
　　(11)带有温度传感器；
　　(12)具有机械计数器/步进电机的驱动器

CS5463由2个可编程增益放大器、2个△-∑调制器、配套的高速滤波器、功率计算引擎、偏置和增益校正、功率监测、串行接口及相应功能寄存器等组成。2个可编程放大器采集电压和电流数据，△-∑调制器对模拟量采样处理，高速数字低通或可选的高通滤波器滤取可用电压电流数字信号，功率计算引擎计算各类型的功率，电压、电流，并将计算的功率值通过串行接口对外输出，既可以接EEPROM，也可以接微控制器。该电路还有能量脉冲信号输出模块，可以直接外接计数器或步进电机，从而省去微控制器而直接外送用电量，降低电表类产品的成本。

引脚功能
　　VA+/VA-：正负模拟电源，+5 V/0 V或+2.5 V/-2.5 V供电；
　　VD+/DGND：数字电源和数字地，+5V/0V供电；
　　PFMON：掉电监视器，监视模拟电源状况。
　　VIN+/VIN-：电压通道的差模模拟输入，范围是±250mV；
　　IIN+/IIN-：电流通道的差模模拟输入，范围是±50 mV(PGA设置为50×时)；
　　VREFIN/VREFOUT：参考电压输入/输出，为片上调制器提供参考电压及其输出，通常为2.5 V。
　　MODB模式选择，用于配置CS5463自引导模式；
　　RESET/INT：复位及中断；
　　CS：片选信号，为低电平时，端口可识别串行时钟等信号。
　　SCLK：串行时钟输入，该时钟信号确定SDI、SDO的输入/输出速率，只在CS低电平时有效；
　　SDI/SDO：串行数据输入/输出；
　　E1/E2/E3(EOUT)：能量输出，输出低电平有效、频率和能量成比例关系的脉冲，3个引脚分别对应有功功率、视在功率和无功功率。CS5463的工作原理

电压和电流通道的输入模拟信号送入可编程PGA进行增益放大，放大后由△-∑调制器以一定的采样速度采样，采样的结果再进行高速数字滤波，得到符合要求的数字信号。电压输入通道采用二阶△-∑调制器，高速滤波器由一个固定的Sinc2滤波器实现；电流通道采用四阶△-∑调制器，并用一个Sinc4滤波器实现，与电压通道的范围相比，可以在输入跨度更大的情况下实现电流通道的精确测量。2个通道的数据接着通过2个FIR补偿滤波器来补偿通过低通滤波器后产生的幅值损耗。另外，2个通道都提供了一个可选的高通滤波器(HPF)，它可以在有效值、电能计算之前除去电压和电流信号中的直流成分。

滤波后的瞬态电压和电流的数字量将进行偏移量和增益调整，这是基于DC偏移量寄存器(加法运算)和增益寄存器(乘法运算)的调整。调整后的24位瞬态数据采样值将存入瞬态电压和电流寄存器，用户可以通过串口从中读出采样数据。

以有功功率的计算为例，采样得到瞬态电压和电流的数字量，把每对瞬态电压和电流的数据相乘，得到瞬时有功功率的采样值。每个A/D采样周期后，新的瞬态功率采样值就存入功率寄存器，N个瞬时功率采样值为一组，每组的值累加和用于计算以后放在能量寄存器中的数值，它与电路在N个A/D转换周期中的有功功率值成正比。同样原理，电压和电流有效值也利用最近的N个瞬态电压、电流采样值计算，并可从RMS电压和电流寄存器中读出。

CS5463的串行接口使用了包括2条控制线CS、SCLK和2条数据线SDI、SDO的外接方式。串行接口集成了带有发送、接收缓冲器的状态机，状态机在SCLK的上升沿解析8位命令字，根据对命令的解码执行相应的操作，或者为被寻址的寄存器的数据传输做准备，内部寄存器都是24位。读操作需将被寻址的内部寄存器的数据传送到发送缓冲区；写操作在数据传输前要等24个SCLK周期。

所有的命令字长度均为1个字节。写寄存器命令后必须紧跟1、2或3个字节的寄存器数据；读寄存器命令则发出3字节的寄存器数据。

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