陜西中醫(yī)學(xué)院 竇 群

ATT7022B是珠海炬力集成電路設(shè)計(jì)有限公司生產(chǎn)的一款精度高且功能強(qiáng)的多功能防竊電基波諧波三相電能專用計(jì)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(shù)的采樣，輸出采樣數(shù)據(jù)和有效值。ATT7022B能夠測(cè)量各相以及合相的有功功率、無功功率、視在功率、有功能量以及無功能量，同時(shí)還能測(cè)量各相電流、電壓有效值、功率因數(shù)、相角、頻率等參數(shù)，充分滿足三相復(fù)費(fèi)率多功能電能表的需求，因此該芯片得到了廣泛的應(yīng)用[1]。

圖1 芯片管腳定義

圖2 典型設(shè)計(jì)圖

圖3 電流電壓采樣設(shè)計(jì)圖

ATT7022B封裝為44腳QFP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通信接口等電路。首先介紹芯片管腳定義及管腳外圍電路元器件的選擇。圖1所示，管腳12、18、34、41為電源引腳，正常工作電源電壓應(yīng)保持在5V±5%；管腳33、39為內(nèi)核電源3V輸出引腳。以上6個(gè)管腳在設(shè)計(jì)時(shí)都應(yīng)外接10μF電容并聯(lián)0.1μF電容進(jìn)行去耦。管腳5為基準(zhǔn)電壓2.4V引腳，可以外接。為保證測(cè)量精度，此管腳外接10μF電容并聯(lián)0.1μF電容時(shí)應(yīng)盡量靠近管腳處，走線粗短，遠(yuǎn)離其它信號(hào)線，且兩個(gè)電容均不可省去，電容的接地點(diǎn)應(yīng)與采樣信號(hào)的地線盡可能短的連在一起。管腳8,15為模擬電路（即ADC和基準(zhǔn)源）的接地參考點(diǎn)AGND引腳；管腳23、44為數(shù)字地GND引腳。以上4個(gè)管腳在PCB布線時(shí)應(yīng)將他們就近接大面積地，不要區(qū)分GND和AGND，更不要在GND和AGND之間接電感、電阻和磁珠等元器件[2]。管腳27、28為有功電能脈沖輸出及無功電能脈沖輸出引腳。以上2個(gè)管腳在使用時(shí)應(yīng)串聯(lián)510Ω電阻，同時(shí)并聯(lián)0.01μF電容進(jìn)行去耦。管腳35、36、37、38為SPI通信引腳，SPI通訊連線應(yīng)盡可能短，并且周圍用地線包起來，否則，SPI傳輸信號(hào)線可能受到干擾。可以在SPI信號(hào)線上串聯(lián)一個(gè)10Ω電阻并在信號(hào)輸入端加一個(gè)去耦電容，這個(gè)電阻靠近IC的輸入端并與所接去耦電容結(jié)合起來可構(gòu)成一個(gè)低通濾波器，從而可以消除接受信號(hào)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(dāng)選大，以增強(qiáng)抗干擾能力。需注意的是35、36、37管腳所串電阻和所并電容要盡量靠近芯片，38管腳所串電阻和所并電容要靠近單片機(jī)。管腳2為SIG握手信號(hào)引腳，此管腳應(yīng)外接0.01μF的去耦電容，并盡量靠近單片機(jī)，增強(qiáng)其抗干擾能力。管腳1為芯片復(fù)位引腳，此管腳應(yīng)外接0.1μF的去耦電容，增強(qiáng)其抗干擾能力[4]。圖2為典型設(shè)計(jì)圖。

其次，管腳3、4、6、7、9、10分別為三相電流A/B/C信道正，負(fù)模擬輸入引腳；管腳13、14、16、17、19、20分別為三相電壓A/B/C信道的正、負(fù)模擬輸入引腳。管腳21、22為第七路ADC的正、負(fù)模擬輸入引腳。電壓通道可采用電阻分壓模式及互感器隔離模式進(jìn)行采樣，但在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)注意，最好采用電壓互感器方式或者先將電壓轉(zhuǎn)換為電流，通過電流互感器，再將電流轉(zhuǎn)換成電壓，這兩種方式采用了互感器，將芯片與電網(wǎng)進(jìn)行了隔離，從而可以獲得良好的抗干擾性能。這點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中特別重要，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜多變，測(cè)量電壓經(jīng)常會(huì)發(fā)生較大幅值的變化，若采用電阻分壓模式采樣，芯片與電網(wǎng)沒有進(jìn)行隔離，不但抗干擾能力減弱，還會(huì)產(chǎn)生安全隱患，因此一定要采用互感器隔離模式進(jìn)行設(shè)計(jì)。電流通道都是通過電流互感器完成采樣。管腳所接輸入電路中電阻1.2K和電容0.01μF構(gòu)成了抗混疊濾波器，其結(jié)構(gòu)和參數(shù)要講究對(duì)稱，并要求采用溫度性能較好的元器件，從而保證產(chǎn)品獲得良好的溫度特性[3]。如圖3所示。

最后，在PCB布板時(shí)，一定要考慮強(qiáng)弱電的分開，鋪地時(shí)要區(qū)分強(qiáng)弱電，整個(gè)地要盡可能保證完整及低阻抗。電源濾波電容要靠近芯片管腳，使信號(hào)先接濾波電容再接芯片電源引腳，且走線不要過細(xì)。脈沖輸出一般走線比較長，因此管腳所串電阻應(yīng)盡量靠近芯片。晶振信號(hào)線附件應(yīng)布大面積地，不要有其他信號(hào)線從中穿過，并且晶體外殼要良好接地，以保證其震蕩不易受干擾，從而保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

總結(jié)，ATT7022B是一款應(yīng)用廣泛的電能測(cè)量芯片，前端采樣電路及控制電路都很簡單。在實(shí)際使用中，只有做好硬件電路的抗干擾設(shè)計(jì)，再結(jié)合單片機(jī)軟件的使用，才可實(shí)現(xiàn)儀表高精度的三相電參數(shù)測(cè)量功能。

[1]炬力集成.ATT7022B用戶手冊(cè)[S].2005(3).

[2]炬力集成.ATT7022B應(yīng)用筆記.

[3]狄國偉,王福源.基于ATT7022在線寬量程電能測(cè)量儀的設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)應(yīng)用,2006(7).

[4]韋文祥,朱志杰.基于SPI總線的電能計(jì)量芯片ATT7022及其在配電監(jiān)測(cè)終端的應(yīng)用[J].國外電子元器件,2006(1).