AT7022技術手冊與應用筆記文檔資料下載(三相多功能計量芯片)

ID:382973 · 發表于 2018-8-4 21:20

at7022文檔資料，超有用！
ATT7022EU 的應用筆記
本應用筆記介紹了用 ATT7022EU 做多功能電能表的設計方法，供大家參考，在閱讀該應用筆記前，建議先仔細閱讀 ATT7022EU 的用戶手冊。

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概述
ATT7022EU 是一顆精度高且功能強的多功能防竊電三相電能專用計量芯片，它集成了七路二階sigma-delta ADC，其中三路用于三相電壓采樣，三路用于三相電流采樣，還有一路可用于零線電流或其他防竊電參數的采樣，輸出采樣數據和有效值，使用十分方便，該芯片適用于三相三線和三相四線應用。該芯片還集成了參考電壓電路以及所有包括基波和全波(基波+諧波,以下簡稱全波)的各項電參數測量的數字信號處理電路，能夠測量各相及合相全波有功功率、無功功率、視在功率、有功能量、無功能量以及視在能量（PQS、RMS 兩種方式可選擇）；基波有功功率、基波有功能量及基波電壓、電流有效值，同時還能測量頻率、各相電流及電壓有效值、功率因數、相角、電壓夾角等參數，充分滿足三相多功能電能表以及基波電能表制作的需求。
ATT7022EU 內部的電壓監測電路可以保證加電和斷電時正常工作,提供一個 SPI 接口，方便與外部 MCU之間進行計量參數以及校表參數的傳遞。支持全數字域的增益、相位校正，即純軟件校表。有功、無功、視在及基波有功電能脈沖輸出 CF1、CF2、CF3、CF4，可以直接接到標準表，進行誤差校正。
一、硬件電路設計
ATT7022EU 封裝為 44 腳 LQFP 形式，外圍硬件電路主要包括電源、電壓及電流模擬輸入、脈沖輸出及SPI 通訊接口等電路。

摸擬輸入電路
ATT7022EU 內部集成了 7 路 19 位 A/D 轉換器，電流通道有效值在 0.1mV 至 500mV 的范圍內線性誤差小于 0.1%；電壓通道有效值在 0.2mV 至 500mV 的范圍內線性誤差小于 0.1%；電壓有效值取值在 0.2V到 0.5V（放大后的電壓值，建議電壓取樣信號為 0.1V，電壓通道的放大倍數選 2 倍），電流取值在 0.2mV至 500mV，電能線性誤差小于 0.1%。
每路 ADC 的交流輸入由管腳 VxP 和 VxN 輸入，以 GND 為中心，不再需要偏置電壓。
三相表計量芯片的采樣電壓輸入可采用電阻分壓方式（如圖 1）或電壓互感器方式（如圖 2），也可先將電壓轉換成電流，通過電流互感器，再將電流轉換成電壓的方式（如圖 3、圖 4），后 3 種方式采用了互感器，將芯片與電網進行了隔離，從而可以獲得良好的抗干擾性能。

圖中 VP 與 VN 是電網電壓，圖中的參數是對 220V 為參考電壓而設計的，圖 2 中的 PT 將電網電壓（如 220V）變換為采樣電壓，圖 3、圖 4 中的 CT 是 1：1 的變換器（如 2mA 到 2mA）。電流采樣都是通過電流互感器完成的，有以下幾種接線方式。

圖5與圖 6 中 IA+、IA-是電流互感器的二次側信號。第七路 ADC 輸入也可參考這種接法。在采樣輸入信號設計時應注意以下幾點：1、無論任何輸入方式，輸入引腳的 VxP 和 VxN 均應偏置在 GND，否則不能準確計量。2、為保證測量精度，芯片第 5 腳外接濾波電容應盡量靠近管腳處，走線粗短，遠離其它信號線，且兩個電容均不可省去。電容的接地點應與采樣信號的地線盡可能短的連在一起。3、 VxP 和 VxN 輸入電路中電阻 1.2K 和電容 0.01uF 構成了抗混疊濾波器，其結構和參數要講究對稱，并采用溫度性能較好的元器件，從而保證電表獲得良好的溫度特性。4、任意一相電流與電壓反向時，芯片第 40 腳 REVP 輸出高電平，據此可以判斷接線是否有錯。5、芯片的輸入腳 SEL 接高電平為選擇三相四線接線方式，接低電平為選擇三相三線接線方式。6、三相三線電表采用兩元件測量方式，B 相不參與電能計量，端子接線上用 VB 替代三相四線的 VN。電壓采樣輸入 V4P 與 V4N、電流采樣輸入 V3P 與 V3N 可做為獨立的信號輸入，其電壓、電流、功率、功率因數值可讀 B 相相應的寄存器。電能脈沖輸出電路下面是有功電能脈沖信號生成的過程框圖：

電壓、電流信號經變換后再相乘得到瞬時功率，對時間積分后成為電能信號，根據設定的合相能量累加模式將三相電能做絕對值相加或代數值相加運算，并將結果變換為頻率信號，然后按照用戶設定的分頻系數進行分頻，得到可用于校表的電能脈沖輸出信號。下面是高頻輸出常數為 64 時的分頻示意圖，電能脈沖輸出的脈寬為 90 毫秒，當脈沖周期小于 180毫秒時，電能脈沖以占空比為 1：1 的等寬脈沖輸出。

無功電能脈沖信號則是計量電路中得到的無功瞬時功率，對時間積分后成為無功電能信號，再去生成無功電能脈沖信號，基波有功也是同樣，它們都需要根據設定的合相能量累加模式將三相電能做絕對值相加或代數值相加運算，并將結果變換為頻率信號，然后按照用戶設定的分頻系數進行分頻，得到可用于校表的電能脈沖輸出信號。脈寬和周期部分的生成都是一樣的，其生成的過程總體框圖如下：

由上圖可見，通過寄存器（0x03）的控制位 HarEn 設置，可以開通基波的計量功能，此時 CF4 輸出基波有功脈沖，基波抽取濾波器完成基波信號處理功能。其中基波抽取濾波器對高于 3 次(150Hz)以上的諧波信號進行衰減，僅保留基波成分，諧波衰減率在-30dB 以上，如下圖：

說明：基波抽取濾波器對高于 3 次(150Hz)以上的諧波信號進行衰減，僅保留基波成分，諧波衰減率在-30dB 以上；在進行電能脈沖輸出信號設計時應注意以下幾點：1、選擇合適的合相能量累加方式：三相電能以代數和或以絕對值和方式累加。ATT7022EU 復位后對三相四線表（SEL 接高電平或浮空），合相能量累加方式默認為絕對值和，對三相三線表（SEL 接地），合相能量累加方式默認為代數和。通過寫校表寄存器 0x03 的控制位 EAddmode，可以改變合相能量累加方式。2、電能脈沖輸出口 CF1、CF2、CF3、CF4 上所串電阻靠近管腳，如引線較長，可考慮在脈沖輸出口管腳處接去耦電容，對電表獲得良好的電磁兼容性有好處。電源電路下圖是一個三相電源供電的原理圖：

電源電路的設計對電表的性能尤為重要，為了保證良好的電磁兼容性，請注意以下幾點：1、電源電壓 VCC、AVCC 應在 3.3V±10%以內。2、建議在 3.3V 穩壓元件 U2 的輸出端接 2200uF 的濾波電容。3、GND 與 AGND 為數字和模擬電源參考點，在 PCB 布線時應將他們就近接大面積地，不要區分 GND 和AGND，更不要在 GND 和 AGND 之間接電感、電阻和磁珠等元件。

4、大面積鋪地不要鋪到整流元件之前，電壓采樣的固定電阻下面也不要鋪地，做到強、弱電分開。5、去耦電阻 R16 及電容 C17、C18 靠近 IC 模擬部分保證較好的濾波效果。6、用電阻網絡分壓取樣電路，VN 應經壓敏電阻后接內部電路。與單片機的接口ATT7022EU 與單片機一般有 6 條連線，其中 4 條是 SPI 口線 CS、SCLK、DIN、DOUT，一條 ATT7022EU的復位控制線，一條握手信號線 IRQ，在應用中應注意：1、ATT7022EU 采用 3.3V 電源供電，在與 5V 電源工作的單片機連線時要做電平轉換。2、SPI 通訊連線應盡可能短，并且周圍用地線包起來,否則， SPI 傳輸信號線可能受到干擾。可以在 SPI信號線上串聯一個 10Ω電阻并在信號輸入端加一個去耦電容，這個電阻靠近 IC 的輸入端并與所接去耦電容結合起來可構成一個低通濾波器，從而可以消除接受信號的高頻干擾。在保證 SPI 通訊速率正常的情況下，去耦電容可適當選大，以增強抗干擾能力，注意 CS、SCLK、DIN 所串電阻和所并電容要盡量靠近芯片，DOUT 所串電阻和所并電容要靠近單片機。雖然 ATT7022EU 本身 SPI 讀寫有很完善的校驗手段，其信號線加強抗干擾能力還是很重要的。3、單片機必須對 IRQ 信號或其狀態進行監控。在上電或者 ATT7022EU 受干擾復位，必須由外部 MCU 通過SPI 口對校表數據進行更新，以保證計量的準確性。IRQ 信號就是用來通知外部 MCU 的一個握手信號。在單片機的 IRQ 輸入口處接 0.01uF 的去耦電容，增強其抗干擾能力。當然也可以檢測標志狀態寄存器(地址：0x2C)的 bit.7 是否置位，以確定校表數據是否需要更新。4、為了在上電和單片機復位后，ATT7022EU 能與單片機同步的工作，ATT7022EU 的 RESET 信號需要由單片機控制，復位過程為 RESET 信號保持大于 20uS 低電平，芯片復位，此時 IRQ 輸出高電平，然后單片機將 RESET 信號拉高，大約經 100uS 左右，ATT7022EU 完成初始化，IRQ 輸出低電平信號，此后才能進行 SPI 操作。在 ATT7022EU 的 RESET 端口處接 0.1uF 的去耦電容，增強其抗干擾能力。

判斷芯片工作是否正常在給 ATT7022EU 上電后，如何判斷芯片是否正常工作了呢？應該從下面幾個方面進行檢查：1、芯片上的電壓是否正常。通電后 VCC、AVCC 應加 3.3V 電壓，VDD（芯片第 39 腳）是由芯片內部產生，這個引腳主要用于外接濾波電容，不要做它用，也不要外灌電壓，正常時為 1.8V。芯片的第 5腳為內部用參考電壓，這個引腳的正常電壓在 1.2V，是由內部電路產生的。2、由于 ATT7022EU 計量部分采用了數字濾波器結構，所以為了保證測量精度，建議選用 5.5296MHz 的晶振，檢查晶體振蕩是否正常，頻率及幅度是否符合要求。3、 RESET 信號（第 1 腳），正常工作時為高電平，如為低電平則芯片一直處于復位狀態。4、IRQ 信號在復位后處于低電位，當正確接受到單片機的任意一次寫操作約 2uS 后，IRQ就成為高電平。以上信號檢查正常，說明芯片處在正常的工作狀態，否則，應檢查接線是否正確，有無短路、虛焊等故障。

二、電磁兼容設計電表的電磁兼容設計是保證電表可靠性的重要環節。針對 ATT7022EU 的應用，在此給出幾點建議，供大家參考。PCB 布線的說明當正確的原理圖設計完成后，需要將其轉化為印刷線路板圖，好的 PCB 設計，是獲得良好的電磁兼容性能的基本保證。下圖為應用 ATT7022EU 的一款 PCB。1、首先在元器件的布局上應注意強、弱電信號分開。

ID:70035 · 發表于 2020-6-13 08:56

深度好文

ID:1085441 · 發表于 2023-8-7 17:10

這個芯片十多年前用過，現在有沒有新型號出來？

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AT7022技術手冊與應用筆記文檔資料下載(三相多功能計量芯片)