美信电能计量芯片78M6631中文版.docx
- 文档编号:3568695
- 上传时间:2022-11-23
- 格式:DOCX
- 页数:9
- 大小:24.03KB
美信电能计量芯片78M6631中文版.docx
《美信电能计量芯片78M6631中文版.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《美信电能计量芯片78M6631中文版.docx(9页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
美信电能计量芯片78M6631中文版
概述
Teridian™78M6631是一款高度集成的三相功率测量和监测片上系统(SoC),器件具有10MHz兼容8051MPU内核,采用单转换器技术(SingleConverterTechnology®),这种架构包含22位Σ-Δ转换器和32位计算引擎(CE)。
78M6631设计用于需要进行3相功率测量和供电质量监测的多种应用场合,支持“Δ”和“Y”型配置。
在测量接口,器件提供6路模拟输入(包括3路差分电流和3路电压),用于连接电流和电压传感器。
在2000:
1的动态范围内,器件提供优于0.5%的测量精度。
集成MPU内核和128KB闪存为系统配置、后续处理、数据格式化提供灵活设置,并可通过UART或SPI接口,或通过用于LED或继电器控制的DIO引脚连接到主机处理器。
Maxim提供完备固件,在生产测试期间可以加载到IC内。
关键特性
∙在2000:
1较宽的电流范围和整个温度范围内,精度优于0.5%
∙优于IEC62053/ANSIC12.20标准规格
∙内置温漂<40ppm/°C的电压基准
∙6路模拟输入支持3相电压和电流测量输入
∙可通过引脚或控制位选择“Δ”或“Y”型配置
∙22位Σ-ΔADC,带有独立的32位计算引擎(CE)
∙8位MPU(80515),每个时钟周期执行一条指令,4KBMPUXRAM
∙128KB安全闪存
∙32kHz时基,带硬件看门狗定时器
∙可选择UART、I²C以及高速SPI接口
∙17个通用I/O,具有5V耐压
∙采用符合RoHS标准(6/6)的56引脚TQFN无铅(Pb)封装
∙应用固件包括(每相):
o计算真正的RMS电流和电压
o计算有功功率、无功功率、视在功率、基波功率以及谐波功率
o计算基波和谐波电流、电压
o计算交流电频率和功率因数
o相位补偿(60Hz时,±18°)
o内置校准程序
o可编程报警门限
o指令传输(UART)
o高速SPI通信
目录
1硬件功能说明......................................................................5
1.1硬件概述5
1.2器件复位7
1.3电源管理7
1.3.1电压调节器7
1.3.2电源故障管理...........................................................7
1.4模拟前端(AFE)8
1.4.1模拟电流和电压输入..........................................................8
1.5数字计算引擎(CE)..........................................................9
1.680515MPU核10
1.6.1特殊功能寄存器(SFR)10
1.7内存10
1.8输入输出内存(IORAM)10
1.9闪存10
1.9.1程序安全性10
1.10振荡器11
1.11锁相环(PLL)和内部时钟发器.................................11
1.12实时时钟(RTC)11
1.13硬件看门狗定时器11
1.14温度传感器12
1.15通用数字I/O............................12
1.16D/Y(Y非)选择引脚12
1.17EEPROM的接口12
1.18SPI从机端口12
1.19测试端口13
1.20UART13
1.21电路仿真器(ICE)端口............................................14
2电气规格15
2.1绝对最大额定值.........................................15
2.2推荐外部元件..............................................16
2.3推荐工作条件.........................................................16
2.4性能指标......................................................................17
2.4.1输入逻辑电平17
2.4.2输出逻辑电平....................................................17
2.4.3电源故障比较器..................................................17
2.4.4电源监测器........................................................18
2.4.5电源电流18
2.4.6晶振18
2.4.7温度传感器19
2.4.8基准电压(参考电压或中点)(VREF)19
2.4.9ADC转换器,V3P3A引用.......................................20
2.5时序规格21
2.5.1闪存21
2.5.2EEPROM接口....................................................21
2.5.3复位21
2.5.4SPI从机端口22
3封装23
3.156引脚QFN封装23
3.2引脚说明23
3.2.156引脚QFN封装图............................................24
3.2.2采用QFN-56封装的印刷电路板(PCB)焊盘.......25
4引脚说明26
4.1电源和接地引脚26
4.2模拟电路引脚26
4.3数字电路引脚27
5I/O等效电路28
6订购信息29
7联络信息29
修订历史
图30
图1:
78M6631IC功能框图......................................6
图2:
AFE方框图8
图3:
通过V1定义的函数11
图4:
SPI从机端口:
典型的读、写操作.......................13
图5:
SPI从机端口时序22
图6:
QFN-56引脚排列.....................................................23
图7:
采用QFN-56封装的印刷电路板(PCB)焊盘图案..........25
图8:
I/O等效电路28
表
表1:
SPI命令概述13
表2:
绝对最大额定值15
表3:
推荐外部元件....................................................16
表4:
推荐工作条件......................................................16
表5:
输入逻辑电平17
表6:
输出逻辑电平17
表7:
电源故障比较器性能指标......................................17
表8:
电源监测器性能指标(BME=1).............................18
表9:
电源电流性能指标.....................................................18
表10:
晶体振荡器性能指标.........................................18
表11:
温度传感器性能指标........................................19
表12:
基准电压(VREF)性能指标.............................19
表13:
ADC转换器的性能指标....................................20
表14:
闪存的时序规格...........................................21
表15:
EEPROM接口时序21
表16:
复位时序21
表17:
SPI从机端口时序22
表19:
电源和地引脚26
表20:
模拟电路引脚26
表21:
数字电路管脚27
表22:
订购信息29
1硬件功能说明
1.1硬件概述
Teridian公司的78M6631单芯片功率测量和监测设备,集成了所有主要的
AC测量和需要实现三相功率测量和监控系统控制块。
78M6631包括:
•六路输入的模拟前端(AFE)(3路差分电流/3路电压)
•独立的数字计算引擎(CE)
•8051兼容微处理器(MPU),每个时钟周期执行一条指令(80515)
•精密的电压基准
•温度传感器
•内存(RAM)和闪存
•多种I/O引脚
•通信接口:
UART、SPI、和I2C(主要的)
电流互感器(CT),电阻分流器和Rogowski线圈支持着各种电流传感器技术。
78M6631的32位计算引擎(CE)顺序处理IA,IB,IC,VA,VB,和VC引脚上的模拟输入量并对测量的有功功率(瓦),无功功率(乏),视在功率(伏安),功率因数,基波功率,三个独立相的谐波功率进行计算。
对于每一相的RMS,基波、谐波电流和电压也要计算。
总计可用于大多数的结果。
图1提供了一个框图的78M6631IC。
各种功能的详细描述模
块如下。
固件描述文件对于额外支持的功能是适用的。
1.2器件复位
RESET引脚拉高时,芯片内的所有数字功能停止,只有振荡器和RTC除外。
此外,全部I/ORAM强制为其默认状态。
只有当V1在电源故障块的输入电压比VBIAS的更大,内部2.5V稳压器才能继续向数字部分提供电源。
一旦启动,复位序列进行等待,直到复位定时器超时。
超时发生在4096次水晶时钟复位后变低,此时,MPU从0x0000地址开始执行预引导和引导程序。
1.3电源管理
1.3.1电压调节器
78M6631提供了一个片上稳压器,它产生一个2.5V的数字逻辑供应。
这个稳压器是否可以运行V3P3SYS或VBAT的输入取决于电源可用性。
1.3.2电源故障管理
78M6631提供硬件和软件控制电源故障管理。
V1引脚被
连接到一个比较器上去监测系统电源故障条件。
当比较器的输入
降低(V1 VBAT引脚加上足够的电压,MPU的速率就降低为为32kHz,并禁止所有的测量前端电路。 如果VBAT引脚上的条件不足以维持掉电模式,那么该设备也试图进入睡眠模式,只有RTC功能活跃。 如果VBAT引脚没有足够的电压(或不支持),当比较失败该部分进入复位模式。 1.4模拟前端(AFE), AFE作为数据采集系统,由MPU控制。 AFE的主要模块包括一个多路复用输入器,Δ-ΣA/D转换器,FIR抽取滤波器和电压基准。 测量输入信号(IAP,IAN,IBP,IBN,VB,VC和TEMP)被ADC采样之前被多路复用。 ADC的输出被FIR滤波器提取,其结果存储在RAM中,通过了CE和MPU可以访问这些结果。 AFE功能的建立是基于拥有不同的CE代码的各种系统的要求。 AFE的可编程能力包括但不仅限于: •输入多路复用器设置 •电源电压和温度监测输入 •ADC的采样速率 •FIR长度/分辨率 1.4.1模拟电流和电压输入 78M6631拥用所有CE补充代码,从引脚IAP,IAN,IBP,IBN,ICP,ICN,VA,VB,VC输入的模拟量输入到AFE来进行电压和电流的测量。 各种电流传感器技术支持包括电流互感器,电阻分流器和罗科夫斯基(Rogowski)线圈。 1.5数字计算引擎(CE) 计算引擎,一个专用的32位数字信号处理器,执行后端的计算。 计算引擎计算包括: •增益和偏移补偿 •所有通道上的延迟补偿 •对于VAR计算90°移相 •频率测量 •电压和电流有效值以及功率计算的累计 •有功功率、无功功率、视在功率、基波功率及谐波功率计算 •基波和谐波电压和电流的计算 •监测输入信号的频率(频率和相位信息) •监测输入信号的幅度(凹陷探测) •温度采集 由于自定义的性质和CE的复杂性,所以CE代码是安装固件的一部分,不会被用户修改。 联系美信可获得CE代码的更多信息。 1.680515微处理器核心 78M6631集成了80515MPU(8位、8051兼容),大多数指令可以在一个时钟周期完成。 80515架构消除了冗余总线状态,指令读取和执行并行执行。 通常情况下,机器周期与存储周期对齐,因此,大多数单字节指令在单个机器周期(MPU时钟周期)内完成,相对于相同时钟频率的Intel®8051速率提升了8倍(MIPS)。 1.6.1特殊功能寄存器(SFR) 几个自定义的特殊功能寄存器(SFR)在78M6631的80515微处理器中被应用。 参考78M6631程序员参考手册以获得更多信息,有关于具体的SFR以及IORAM地址的功能的映射的信息。 1.7内存 CE和MPU共享一个单一的、通用的4KB的RAM中的数据(也简称为内XRAM)。 XRAM在CE中作为32位字、在CPU中作为8位边界被访问。 CPU通过地址空间0x0000到0x0FFF可对XRAM进行寻址。 1.8IORAM 主机访问其大部分外部输入和输出功能以及可编程功能通过内存映射到IO(IORAM)。 在CPU中数据地址为0x2000到0x20FF的地址可对IORAM寻址。 1.9闪存 78M6631含有128KB片上闪存。 为了读/写访问从CPU开始,闪存被分成4个32KB的由SFR设置管理的堆栈。 为了从CPU中擦出闪存中的内容,闪存被分割成1024个单个的字节页并由SFR设置控制。 1.9.1程序安全性 78M6631具有的功能可以保证用户的主机和CE程序代码的安全性。 安全功能一旦启用,ICE就被局限到智能与全部闪存擦除进行操作,所有其他ICE操作被封锁。 在主引导序列开始之前,在引导前的时间间隔中执行MPU代码便启用了安全功能。 一旦启用了安全功能,禁用它的唯一途径是执行一个全部闪存擦除,接着执行芯片复位。 1.10振荡器 78M6631振荡器驱动一个标准的32.768kHz的石英晶体。 这些晶体准确且不需要大电流振荡电路。 78M6631振荡器专门设计用于向处理这些晶体是兼容的高阻抗和功率处理能力有限。 振荡器直接供电,只能从V3P3D,因此必须连接到直流 电压源不超过4五。 由于振荡器是自偏置,不能连接一个外部电阻器通过晶体。 1.11PLL和内部时钟发生器 来自32.768kHz晶体振荡器的输出设备的时间。 PLL和片上时序 功能提供了几个时钟,其中包括: •主机时钟(CKMPU的) •模拟器时钟(2CKMPU) 时钟行政长官(CKCE) •Δ-ΣADC和FIR时钟(CKADC,CKFIR的的) 这些内部时钟可以调整各种影响设备功能的可编程率。 有关的更多信息,请参阅78M6631程序员参考手册 78M6631内部PLL和时钟产生模块的可编程性。 1.12实时时钟(RTC) 由晶体振荡器,RTC电路直接驱动。 RTC由一个反链和输出 寄存器。 反链寄存器,包括秒,分钟,小时,星期,月日 每月,每年(包括闰年)。 参阅更多的78M6631程序员参考手册 关于78M6631RTC的使用。 1.13硬件看门狗定时器 80515微处理器中除了基本的看门狗定时器,还包括一个独立、可靠、固定1.5秒溢出时间的看门狗定时器(WDT)。 它利用晶体振荡器作为时基,MPU固件必须每1.5秒内刷新一次(喂狗)。 超过刷新时间,WDT溢出,78M6631将复位。 除维持该IORAM位,看门狗复位与RESET引脚被拉高复位一样。 WDT溢出之后经过4096个晶振周期(即125ms),MPU才能够从程序地址0x0000开始运行。 保持ICE_E关闭WDT。 当V1引脚连接到V3P3D,WDT也可以被禁用,这也取消V1电源故障检测。 由于固件没有办法禁用晶体振荡器或WDT,所以它保证无论什么状态这部分发现自己处于看门狗溢出时,这部分重置到一个已知状态。 1.14温度传感器 该设备具有片上温度传感器,用于确定其带隙基准的温度。 温度数据的主要用途是确定补偿的幅度要求,以抵消系统中的热漂移。 1.15通用数字I/O 78M6631包括17个通用数字I/O引脚。 这些引脚作为输入都是5V兼容的(无限流电阻)。 上电复位或上电时,所有DIO引脚输入。 其输入/输出顺序由MPU设定。 数字I/O引脚可归纳如下: •DIO3(1个引脚)DIO引脚 •DIO4,DIO5(2个引脚)DIO/EEPROM存储 •DIO6(1个引脚)DIO引脚(多功能) DIO8,DIO9,DIO11(3个引脚)DIO的引脚 •DIO17(1个引脚)DIO引脚 •DIO24,DIO25(2个引脚)DIO的引脚 •DIO29,DIO30(2个引脚)DIO的引脚 •DIO45,DIO47(2个引脚)DIO的引脚 •DIO51(1个引脚)DIO引脚 •DIO53,DIO55(2个引脚)DIO的引脚 1.16D/Y选择引脚 D/Y引脚选择Δ 或者Σ配置。 上电时,Δ/Σ选择寄存器假设D/Y引脚的状态。 通过重写D/Y引脚状态的软件可以修改寄存器的值。 1.17EEPROM的接口 78M6631支持硬件2针或3线(Microwire™)型EEPROM接口。 2针EEPROM接口 专用2针串行接口与外部EEPROM器件进行通信。 接口是复用的DIO4(SDCK)和DIO5(SDATA)引脚。 3线(Microwire)EEPROM接口 500kHz3线接口采用SDATA、SDCK,DIO引脚用作CS。 1.18SPI从机端口 从机SPI接口直接与MPU数据总线通信,能够直接读、写XRAM和IORAM位置。 也能够发送命令至MPU。 连接从机接口的端口包括: PCSZ,PCLK,PSDI,和PSDO引脚。 典型的SPI传输如下。 PCSZ为高电平时,端口保持在初始化/复位状态。 该状态期间,PSDO保持在高阻状态,PCLK和PSDI上的所有跳变被忽略。 PCSZ为低电平时,端口在PCLK的第一个上升沿开始传输。 一次传输包括可选的8位命令、16位地址,后边跟一个或多个字节的数据。 PCSZ为高时,传输结束。 有些传输可能仅包含命令。 最后的SPI命令和地址(如部分命令)在IORAM中可用。 SPI端口支持高达1Mbps的数据传输。 表1描述了SPI命令,图4说明了SPI接口读写时序。 表1: SPI命令描述 由于地址是16位格式,可以访问任何类型的XRAM数据: CE,MPU,或IORAM,但不能访问SFR或80515内部寄存器组。 1.19测试端口 16个数字或八个模拟信号之一,可以选择从TMUXOUT引脚输出。 请参阅78M6631程序员参考手册更多使用TMUXOUT的信息。 1.20UART 78M6631包括一个UART(UART0)接口,可以通过编程来沟通了多种外部设备。 UART是一个专用的2线串行接口(无硬件流控制/握手),它可以高达38,400bps的速率通信。 所有UART传输器可对奇偶校验,2个停止位/1个停止位和变量的XON/XOFF选项进行编程,通讯波特率从300到38,400bps。 参考78M6631程序员信息手册参考更多关于UART的资源使用的。 1.21电路仿真器(ICE)端口 78M6631实现在电路仿真器(ICE)端口设备的调试和编程。 必须拉高ICE_E引脚,这个端口才能使用。 在这种模式下E_RST,E_TCLK, E_RXTX引脚都可以启用。 联系Maxim支持更多关于使用ICE 接口器件来编程和调试的信息。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电能 计量 芯片 78 M6631 中文版