ADE9103/ADE9112/ADE9113带SPI的隔离式适马三角型ADC技术手册

概述
ADE9103/ADE9112/ADE9113 同时具有高精度 对 DC 的 Σ-Δ 模数转换器 （ADC） 进行采样 以及基于多相分流器的电能计量应用。这 ADE9113 集成了安全认证的信号和电源电流 具有三个同时采样全差分 24 位的隔离 Σ-Δ ADC通道。ADE9112具有两个全差分 Σ-Δ ADC 通道适用于只有一个电压的隔离式应用 channel 是必需的。ADE9103 为非隔离式 3 通道 Σ-Δ ADC 用于不需要隔离的应用，例如 至于中性测量。ADE9103/ADE9112/ADE9113全部 包括一个最适合与 分流电阻器作为电流传感器。多个ADE9103/ADE9112/ ADE9113设备可以同时同步到样品 并提供连贯的输出。
数据表：*附件：ADE9103 ADE9112 ADE9113带SPI的隔离式适马三角型ADC技术手册.pdf

电流通道 ADC 提供 86 dBFS 信噪比 比率 （SNR），采样速率为 4 kSPS，1.65 kHz 信号 带宽和 13 ppm/°C 的典型增益漂移，从而支持 精度低至 0.2 级。电压 ADC 的 SNR 小于 10 μm 在相同的采样率和带宽上达到 91 dBFS。高增益 在电流通道（IP 和 IM）上有助于使用较低的电阻 分流器，用于减少因热量引起的损失。2 的低偏移漂移 nV/°C 提供直流计量所需的性能。

ADE9103/ADE9112/ADE9113 可节省系统成本 以及更高的稳健性。主要ADE9103/ADE9112/ADE9113 可以驱动多达三个额外 ADE9103/ADE9112/ 的时钟 ADE9113 与单晶。双向串行端口接口 （SPI） 支持菊花链功能，允许访问 所有寄存器，同时减少所需的微控制器 pin 数量。 28 引脚 SOIC_W_FP 可实现更紧凑的布局。有效数据 通过双向循环冗余校验确保传输 （CRC） 和 IRQ 引脚向系统发出严重故障警报。The ADE9112 ADE9113 2 层通过 CISPR 32 B 类辐射 增加高压的印刷电路板 （PCB） 电容器和带有内部拼接电容器的 4 层 PCB。

应用

• 基于分流器的多相表
• 电动车供电设备
• 直流电表
• 电能质量监测
• 太阳能逆变器
• 过程监控
• 保护装置
• 隔离的传感器接口

特性

• 同时隔离 2 （ADE9112） 或 3 （ADE9113） 通道 采样 Σ-Δ ADC，集成 isoPower、隔离式 DC-DC 转换器
• 3 （ADE9103） 通道非隔离式同步采样 Σ-Δ ADC
• 多个 ADE9103/ADE9112/ADE9113 设备同步
• 具有双向 CRC 和菊花链功能的 4 线 SPI
• 唯一的 SPI 可读器件 ID 寄存器
• 多达 4 个 ADE9103/ADE9112/ADE9113 器件，由单晶振或外部时钟提供时钟
• 用于故障检测和稳健性的 IRQ 硬件引脚和寄存器
• 采样率高达 32 kSPS
• SNR 高达 95 dB
• 电流通道的 ±31.25 mV 峰值模拟输入电压范围
• ±500 mV 峰值单端模拟输入电压范围，用于电压通道
• 内部电压基准温度系数：<13 ppm/°C（典型值）
• ADC 失调漂移：<2 nV/°C（典型值）
• 非常适合 AC 和 DC 测量系统
• 用于隔离和非隔离测量的 3.3 V 单电源
• 紧凑的 28 引脚宽体，具有更细间距的 SOIC 封装，爬电距离为 8.3 mm
• 温度范围：−40°C 至 +125°C
• 通过 CISPR 32 B 类射频辐射
• ADE9112 和 ADE9113 安全和监管批准
  • 需要 IEC 60747-17 合格证书
  • 5000 V RMS，持续 1 分钟，符合 UL 1577 标准
  • IEC 61010-1 和 IEC 62368-1

典型应用电路

框图

时序图

引脚配置描述

典型性能特征

工作原理

模拟输入

ADE9113有三个模拟输入：一个电流通道和两个电压通道。ADE9112没有第二个电压通道。电流通道有两个全差分电压输入引脚IP和IM，可接收最大±31.25mV的差分信号。

最大IP电压（Vip）信号电平为±31.25mV。IM输入引脚允许的最大IM电压（Vim）信号电平为±25mV。图30展示了电流通道的原理图以及IM引脚电压的最大值关系。

需注意，电流通道检测分流器两端的电压。在这种情况下，分流器的一端接地，成为电表（见图35）的接地端，因此电流通道采用伪差分配置，类似于电压通道配置（见图31）。

V1和V2电压通道是全差分通道，但通常采用伪差分设置。这些差分电压输入的最大输入电压为±1000mV。如果采用伪差分方式，电压输入引脚的最大电压为±500mV，对应V1M或V2M。Vxp或Vxm引脚上允许的最大电压信号为±600mV。图31展示了电压通道输入及其与最大Vxm电压关系的原理图。

模数转换

ADE9103/ADE9112/ADE9113采用三阶多位Σ - Δ模数转换器（ADC）。为简化说明，图32的框图展示了一阶Σ - ΔADC。Σ - Δ转换器由Σ - Δ调制器和数字低通滤波器（LPF）组成，中间由数字隔离模块隔开。

Σ - Δ调制器以采样时钟决定的速率，将输入信号转换为连续的1和0串行流。在ADE9103/ADE9112/ADE9113中，采样时钟等于XTALIN（16.1024MHz，当XTALIN = 16.384MHz时为1.024MHz）。反馈回路中的数模转换器（DAC）由串行流驱动。DAC输出反馈到输入信号。如果环路增益足够大，DAC输出的平均值（即串行流中的任何位）将逼近输入信号电平。因此，给定输入值在单个采样间隔内，DAC输出数据中的1位实际上无意义。只有在完成大量采样的平均后，才能得到有意义的结果。在数据通过数字隔离器后，该平均过程由数字LPF完成。通过对大量位数进行平均，LPF可产生与输入信号电平成比例的24位数据字。

Σ - Δ转换器使用两种技术从本质上实现1位转换以获得高分辨率。第一种技术是过采样。过采样意味着信号以高于感兴趣带宽的速率进行采样。例如，当XTALIN = 16.384MHz时，ADE9103/ADE9112/ADE9113的采样速率为1.024MHz，感兴趣的带宽为40Hz至3.3kHz。过采样会将量化噪声（主要由采样引起的噪声）扩展到更宽的带宽。通过对感兴趣带宽内的噪声进行滤波，可降低量化噪声，如图33所示。