摘要：介紹了高精度電能計量芯片ATT7022的主要功能、性能比較、內部結構、接口方式及校表方法等，同時對ATT7022在電能配電監控終端的應用作了簡要闡述。
關鍵詞：SPI總線 ATT7022 電能計量 W77E58 配電監控終端
1 概述
ATT7022是珠海炬力集成電路設計有限公司生產的一款高精度三相電能計量芯片，該芯片對有功、無功功率的測量精度分別達到0.2s和0.5s，所能測量的電參數包括有功、無功、視在功率、雙向有功和四角限無功電能；電壓和電流有效值；相位、頻率等。ATT7022具有計量參數齊全、校表功率完善等優點，簡化了軟件設計，縮短了軟件開發周期。特別是AT7022可支持全數字校表，即軟件校表。軟件校表可提高校表精度、簡化硬件設計、降低設計成本，為三相多功能計量裝置提供了功能更加齊全、設計更加簡單的應用方案。表1和表2分別給出了三大計量芯片生產商的三相電能計量芯片計量參數校表參數的比較。

表1 三相電能計量芯片的主要電能測量參數比較

注：“√”表示支持，“×”表示不支持，“—”表示無此參數

表2 三相電能計量芯片的主要校表參數比較

注：“√”表示支持，“×”表示不支持，“1”表示合相時的參數，“2”表示該芯片不支持軟件校表

2 引腳功能
ATT7022的引腳排列如圖1所示，它采用44引腳QFP封裝，面積僅有10mm×10mm，功耗僅為100～200mW，各引腳功能如下：
·V1P/V1N，V3P/V3N，V5P/V5N：模擬電流信號輸入；
·V2P/V2N，V4P/V4N，V6P/V6N：模擬電壓信號輸入；
·REEOUT、REFCAP：基準電壓輸出；
·RESET：復位輸入端；
·SIG：寫操作成功握手信號輸出；
·SEL：接線方式選擇輸入端；
·CF1/CF2：有功/無功電能脈沖輸出；
·CS：SPI讀/寫片選信號；
·SCLK：SPI串行時鐘輸入；

·DIN/DOUT：SPI串行數據輸入/輸出；
·Revp：當系統檢測到任意相的有功功率為負時，該端輸出高電平；各相有功功率均為正時，該端輸出低電平；
·OSCI/OSCO：系統晶振輸入端/輸出端；
·Vcc/Avcc:數字電源/模擬電源；
·GND/AGND：數字地/模擬地。
3 工作原理
3．1 AT7022電能計量芯片的內部結構
AT7022內部包括時鐘控制電路、模擬信號采樣、參考電壓、DSP、脈沖生成器、SPI通訊接口和電源管理七大部分，其內部原理框圖如圖2所示。

3．2 ATT7022的工作原理
ATT7022首先通過6通道16位∑-Δ的ADC模數轉換電路來對輸入電流和電壓信號進行采樣，轉換后的數字量再經過24位DSP數字信號處理以完成全部三相電能參數的運算，同時將結果保存在相應的寄存器中并通過SPI口與MCU進行數據交換，DSP模塊同時還生成有功/無功電能脈沖輸出CF1/CF2，可用于現場校表。ATT7022在設計中已考慮到校表的方便性，采用全數字校表，只需適當修改校表寄存器即可實現校表功能。
3．3 串行SPI接口
ATT7022提供有標準的SPI接口，可與帶SPI口的MCU直接連接，也可用適當的I/O口線仿真SPI總線，其仿真讀寫程序很容易實現。
ATT7022的一個數據傳輸總線從向SPI接口的DIN端送入8位命令字開始的，當命令中包括一個寫入命令時，在其后的24個SCLK周期內，串口將持續從DIN端讀入24位串行數據。當發出一個讀取命令時，串口將根據發出的命令來進行尋址，然后在其后的24個連續的SCLK周期從DOUT引腳上串行輸出寄存器內容。數據的傳輸總是MSB在前，LSB在后。讀寄存器時，SCLK為高，數據在DOUT引腳上有效。而在寫寄存器時，數據則在SCLK的下降沿從DIN引腳讀入，這一點在仿真SPI讀寫操作子程序時應引起注意，否則讀寫寄存器將出錯。
ATT7022的讀寫時序見圖3所示。
3．4 寄存器配置及校表方法
ATT7022的寄存器分為計量參數和校表參數兩部分。器件中的計量參數寄存器多達82個，它們的地址在01H～6FH中不連續分布，未使用部分可留給以后擴展。計量參量的計算全部由硬件完成，用戶只需進行單位換算就可得到測量值。

圖4

校表參數寄存器包括相位補償設置、功率增益、相位校正、電壓/電流校正、比差補償設置、啟動電流、高頻脈沖輸出設置、斷相閾值電壓設置和合相能量累加模式等36個寄存器，它們的地址不連續地分布在01H～2AH，也考慮了以后的擴展。應當說明的是，兩個寄存器的地址有重疊部分，但它們的物理位置是分開的，可以通過讀寫命令來區分。寄存器描述及讀寫操作命令字等見參考文獻。
校表是電能表設計中非常重要的環節，ATT7022上電復位后，校表寄存器的