基于CS5463電能測量電路進行高速功率計算

　　CS5463的工作原理

　　電壓和電流通道的輸入模擬信號送入可編程PGA進行增益放大，放大后由△-∑調制器以一定的采樣速度采樣，采樣的結果再進行高速數字濾波，得到符合要求的數字信號。電壓輸入通道采用二階△-∑調制器，高速濾波器由一個固定的Sinc2濾波器實現；電流通道采用四階△-∑調制器，并用一個Sinc4濾波器實現，與電壓通道的范圍相比，可以在輸入跨度更大的情況下實現電流通道的精確測量。2個通道的數據接著通過2個FIR補償濾波器來補償通過低通濾波器后產生的幅值損耗。另外，2個通道都提供了一個可選的高通濾波器(HPF)，它可以在有效值、電能計算之前除去電壓和電流信號中的直流成分。

　　濾波后的瞬態電壓和電流的數字量將進行偏移量和增益調整，這是基于DC偏移量寄存器(加法運算)和增益寄存器(乘法運算)的調整。調整后的24位瞬態數據采樣值將存入瞬態電壓和電流寄存器，用戶可以通過串口從中讀出采樣數據。

　　以有功功率的計算為例，采樣得到瞬態電壓和電流的數字量，把每對瞬態電壓和電流的數據相乘，得到瞬時有功功率的采樣值。每個A/D采樣周期后，新的瞬態功率采樣值就存入功率寄存器，N個瞬時功率采樣值為一組，每組的值累加和用于計算以后放在能量寄存器中的數值，它與電路在N個A/D轉換周期中的有功功率值成正比。同樣原理，電壓和電流有效值也利用最近的N個瞬態電壓、電流采樣值計算，并可從RMS電壓和電流寄存器中讀出。

　　CS5463的串行接口使用了包括2條控制線CS、SCLK和2條數據線SDI、SDO的外接方式。串行接口集成了帶有發送、接收緩沖器的狀態機，狀態機在SCLK的上升沿解析8位命令字，根據對命令的解碼執行相應的操作，或者為被尋址的寄存器的數據傳輸做準備，內部寄存器都是24位。讀操作需將被尋址的內部寄存器的數據傳送到發送緩沖區；寫操作在數據傳輸前要等24個SCLK周期。

　　所有的命令字長度均為1個字節。寫寄存器命令后必須緊跟1、2或3個字節的寄存器數據；讀寄存器命令則發出3字節的寄存器數據。

　　數據的讀和寫通過向串口SDI引腳寫入相應的8位命令字(高位在前)來啟動。當命令包含寫操作時，串口將在下面24個SCLK周期記錄SDI引腳的數據(從高位開始)。寄存器寫指令后必須跟24位的數據，一旦收到數據，狀態機便將數據寫入配置寄存器，然后等待下一個命令。啟動讀命令后，串口將在下8個、16個或24個SCLK周期啟動SDO引腳上的寄存器進行內容轉移(從高位開始)，寄存器讀指令可以終止在8位的邊界上。讀寄存器時，微控制器可以同時發送新指令，并立即執行新指令，同時終止讀操作。　

　　CS5463的典型應用

　　首先在線路上串、并聯適當阻值的分壓和分流電阻器，對從電阻器上采樣的電壓信號進行濾波，圖中對稱的阻容濾波器更有助于減小電磁干擾，最后得到符合要求的電壓信號，送入電路進行實時計算。CS5463提供了數字校準，用戶通過設置校準命令字中的相應位來決定執行哪種校準。對于電壓和電流通道，都有AC校準和DC校準。

　　該電路中用于監測電流的分流電阻器串聯在電源的火線端，因為在大多數住宅電能測量應用中，電度表分流器接在火線上有助于發現竊電行為。從這種類型的分流電阻器得到的共模輸入電壓應以火線電壓為參考．這意味著CS5463的輸入共模電壓相對于地電位會在很高的正電壓和負電壓之間振蕩。因此，在設計CS5463的數字輸出接口與外部數字接口(如其他通信網絡)時應謹慎。

　　CS5463的數字串行接口引腳必須與外部數字接口隔離，使測量端的參考地電位與外部接口地參考地電位不相互影響，另外，CS5463及其電路必須密封絕緣以防觸電。