上海贝岭BL0942：内置时钟免校准计量芯片的卓越之选

在电子设备的设计中，电能计量是一个至关重要的环节。上海贝岭的BL0942内置时钟免校准计量芯片，凭借其出色的性能和丰富的功能，为单相多功能电能表、智能插座、智能家电等应用提供了高性价比的解决方案。

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产品简述

功能简介

BL0942是一颗专为电能计量设计的芯片，它集成了2路高精度Sigma - Delta ADC、参考电压、电源管理等模拟电路模块，以及处理有功功率、电流电压有效值等电参数的数字信号处理电路。该芯片能够测量电流、电压有效值、有功功率、有功电能量等参数，还可输出快速电流有效值用于过流保护，以及波形输出等功能，通过UART/SPI接口输出数据，充分满足了智能插座、智能家电、单相多功能电能表及用电信息大数据采集等领域的需求。此外，它还具有专利防潜动设计，配合合理的外部硬件设计，可确保在无电流时噪声功率不被计入电能脉冲。

主要特点

• 高精度测量：两路独立的Sigma - Delta ADC，一路用于电流测量，一路用于电压测量。电流有效值范围为10mA - 30A（@1mohm），有功电能范围为1w - 6600w（@1mohm@220V）。
• 免校准优势：批次出厂增益误差小于1%，在外围元件满足一定条件下可以免校准，大大简化了设计流程。
• 丰富输出功能：可输出电流、电压有效值，快速电流有效值，有功功率，电流电压波形相角等信息，还具备电流通道过流监控功能，监控阈值及响应时间可设置。
• 通信方式多样：支持SPI（最快速率支持900KHz）和UART（4800 - 38400bps）两种通信方式，方便与其他设备进行数据交互。
• 低功耗设计：芯片单工作电源3.3V，低功耗10mW（典型值），内置1.218V参考电压源和振荡电路，时钟约4MHz。
• 多种封装形式：提供SSOP10L/TSSOP14L封装，满足不同应用场景的需求。

封装与管脚描述

BL0942有SSOP10L和TSSOP14L两种封装形式，不同封装的管脚功能有所差异，但都包含电源、电流通道模拟输入、电压信号输入、芯片地等基本管脚，以及用于通信模式选择、时钟输入、数据传输等功能的管脚。在设计时，需要根据具体的应用场景选择合适的封装，并正确连接各个管脚。

寄存器列表

BL0942的寄存器分为电参量寄存器（只读）和用户操作寄存器（读写）。电参量寄存器用于存储电流波形、电压波形、电流有效值、电压有效值、有功功率、有功电能脉冲计数、线电压频率、状态等信息；用户操作寄存器用于对芯片的各种功能进行配置，如电流有效值小信号校正、有功功率防潜、电流快速有效值阈值设置等。

特殊寄存器说明

• 用户模式选择寄存器（MODE）：可对芯片的工作模式进行配置，包括有功能量和脉冲开关、有效值寄存器刷新时间选择、交流电频率选择、CF计数寄存器读后清零使能位、CF脉冲能量累加模式选择、UART通信波特率选择等。
• 输出配置寄存器（OT_FUNX）：用于配置CF1、CF2、ZX等引脚的输出功能，可选择输出有功能量脉冲、过流报警、电压过零指示、电流过零指示等。
• 状态寄存器（STATUS）：反映芯片的工作状态，如有功脉冲CF能量反向指示、有功功率小于有功防潜动值指示、电流过零输出状态指示、电压过零输出状态指示等。

性能指标

电参数性能

在VDD = 3.3V，GND = 0V，片上基准电压源，内置晶振，25℃的条件下，BL0942的各项电参数性能表现出色。例如，电源VDD范围为3.0 - 3.6V，功耗典型值为3mA，有功电能测量精度在不同信号范围内有所不同，大信号时可达0.2%，小信号时为0.4%，微小信号时为0.6%。

极限范围

芯片的电源电压VDD范围为 - 0.3 - +4V，模拟输入电压（相对于GND）范围为 - 4 - +4V，数字输入和输出电压（相对于GND）范围为 - 0.3 - VDD + 0.3V，工作温度范围为 - 40 - +85℃，贮藏温度范围为 - 55 - +150℃。

功能描述

电流电压瞬态波形计量

电流和电压分别通过模拟模块放大器（PGA）和高精度的模数转换（ADC）得到两路1bit PDM给数字模块，数字模块经过降采样滤波器（SINC3）、高通滤波器（HPF）、通道偏置校正等模块，得到需要的电流波形数据和电压波形数据（I_WAVE，V_WAVE）。采集到的负载电流和电压波形数据以7.8k的速率更新，每个采样数据为20bit有符号数，并分别存入波形寄存器。

有功功率

有功功率通过公式$WATT =frac{4046 I(A) V(V) * COS(varphi)}{Vref^{2}}$计算得出，其中I(A)、V(V)为通道管脚输入信号的有效值（mV），φ为I(A)、V(V)交流信号的相位夹角，Vref为内置基准电压，典型值为1.218V。该寄存器表示当前有功功率是正功还是负功，Bit[23]为符号位，Bit[23] = 0时，当前功率为正功，Bit[23] = 1时，当前功率为负功，采用补码形式。

有功功率的防潜动

BL0942具有专利功率防潜功能，通过有功防潜动阈值寄存器（WA_CREEP）来实现。当输入有功功率信号绝对值小于该阈值时，输出有功功率设为0，从而避免在无负载情况下，小的噪声信号导致电能累积。

电能计量

BL0942提供电能脉冲计量，有功瞬时功率按时间进行积分，可获得有功能量，并可进一步输出校验脉冲CF。CF_CNT寄存器保存输出电能脉冲CF的个数，可直接从该寄存器读取用电量，也可通过配置OT_FUNX寄存器后，由I/O中断从CF1/CF2/ZX引脚直接对脉冲个数进行计数。

电流电压有效值

电流和电压通道的有效值经过平方电路、低通滤波器、开根电路等处理后，得到有效值的瞬时值RMS_t，再经过平均得到两个通道的平均值（I_RMS和V_RMS）。通过设置MODE[3].RMS_UPDAT_SEL，可选择有效值平均刷新时间是400ms或800ms，默认400ms。当通道处于防潜状态时，该电流通道的有效值为零。

过流检测

BL0942可快速采集电流有效值实现过流检测功能。I_WAVE_F取绝对值后进行半周波或周波时间累加，存于I_FAST_RMS寄存器，与电流快速有效值阈值寄存器I_FAST_RMS_TH进行比较后通过引脚输出过流中断。

过零检测

BL0942提供电压和电流过零检测，可由引脚CF1/CF2/ZX输出过零信号，管脚输出零表示波形正半周，管脚输出1表示波形负半周。与实际输入信号的时延为570us。若电压或电流有效值过低，过零检测输出信号不稳定。

线电压频率检测

BL0942具有线电压频率检测功能，每个若干设定的周期（FREQ_CYC）刷新一次，所检测的是全波电压波形。线电压测量的分辨率为2us/LSB（500KHz时钟），相当于50Hz线路频率时的0.01%或60Hz线路频率时的0.012%。

通讯接口

SPI

BL0942的SPI接口通过管脚SEL选择，与UART复用，工作在从模式，半双工通讯，通讯率可配，最大通讯速率900Khz。采用8 - bit数据传输，MSB在前，LSB在后，固定一种时钟极性/相位（CPOL = 0，CPHA = 1），可三线或四线通信。

UART

UART接口同样通过管脚SEL选择，与SPI复用，工作在从模式，半双工通讯，波特率可软硬件配置为4800bps，9600bps，19200bps，38400bps。支持数据包读取，TSSOP14L封装可支持器件片选功能，可支持4片BL0942挂在UART总线上进行数据通信，只占用MCU的一个UART接口。

订单与丝印信息

BL0942有SSOP10L和TSSOP14L两种封装形式可供选择，丝印信息包含了封装年份、封装周、封装厂、卡号等信息，方便用户进行产品追溯和管理。

封装

BL0942的两种封装形式（SSOP10L和TSSOP14L）均为编带包装，湿敏等级为MSL 3，质保期为两年，最小包装数量为3000。在设计时，需要根据具体的应用场景和PCB布局选择合适的封装。

上海贝岭的BL0942内置时钟免校准计量芯片以其丰富的功能、出色的性能和多样化的封装形式，为电子工程师在电能计量领域提供了一个优秀的选择。在实际应用中，工程师们可以根据具体需求，合理配置芯片的寄存器和通信接口，充分发挥其优势，实现高效、准确的电能计量。你在使用类似芯片时，是否也遇到过一些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。