SSP1837：高性能单相插座表计量芯片的深度解析

在电子设备的电能计量领域，芯片的性能和稳定性至关重要。上海矽朋微电子有限公司推出的SSP1837内置时钟单相插座表计量电路芯片，以其卓越的性能和丰富的功能，成为了单相插座表、单相插排、智能家电控制电路等应用的理想选择。下面，我们就来深入了解一下这款芯片。

文件下载：SSP1837.pdf

一、芯片概述

SSP1837是一颗宽量程单相多功能电能计量芯片，具有较高的性价比。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。该芯片能够测量单相有功能量、有功功率、电流电压有效值等参数，充分满足了插座表、单相插排、智能家电等领域的需要。

二、芯片特点

高精度测量

在输入动态工作范围2500:1（如2500W:1W 或 12A:4.8mA@2mohm采样电阻，4000W:1.6W 或18A:7.2mA@1mohm采样电阻）内，非线性测量误差小于±0.5%。这使得芯片在不同功率和电流条件下都能提供准确的测量结果。

信号稳定性好

• 大信号稳定性：采样电流300mA点，CF输出跳动小于±0.2%。
• 小信号稳定性：采样电流50mA点CF跳动小于±0.3%。良好的信号稳定性保证了测量的可靠性。

双重防潜动设计

芯片具有专利防潜动设计，配合合理的外部硬件设计，可通过0.5mT外部强磁场干扰实验。在大于48小时的潜动实验中，确保不出大于1个脉冲，有效防止了计量误差。

其他特性

• 芯片给出电压和电流的有效值，电流测量范围为4mA - 30A。
• 芯片上有电源电压监测电路，检测掉电状况，保证设备在电源上电掉电时保持正确的操作。
• 芯片内置1.2V参考电压源和振荡电路，时钟约2MHz。
• 芯片单工作电源3.3V，低功耗10mW（典型值），符合节能要求。

三、引脚特征与描述

引脚排列

SSP1837采用SOP8封装，其引脚排列图清晰展示了各个引脚的位置。

引脚说明

引脚号	符号	说明
1	VDD	芯片电源(+3.3V)，正常工作时电压应保持在+3.0V - 3.6V之间。
2,3	IP,IN	电流通道的模拟输入，管脚的最大差分电压±50mV。由于内部有ESD保护电路，如果电压过压在±1.5V时，仍然不会出现太大的破坏。
4	VP	电压信号正输入端，最大差分电压±200mV（信号最大幅度为±1.5V）。
5	GND	芯片地。
6	CF	1) 有功功率高频脉冲输出，输出脉宽固定为32us，频率与功率值成正比；2) 过流指示脚，当过流时，输出8KHz的脉冲。
7	CF1	SEL = 0时，输出电流有效值，输出脉宽固定为32us，频率与电流值成正比；SEL = 1时，输出电压有效值，输出脉宽固定为32us，频率与电压值成正比。
8	SEL	配置有效值输出引脚，带下拉。

四、电气特性

在VDD = 3.3V，GND = 0V，片上基准电压源，2MHz晶振，常温的条件下，SSP1837具有以下电气特性：

电源与功耗

• 电源VDD范围为3.0 - 3.6V。
• 功耗在VDD = 3.3V时为3mA。

测量误差与跳动

• 有功功率测量误差在2500:1输入动态范围（绝对误差）下CF为0.3 - 0.5%。
• 300mA输入@1mohm采样电阻，测试2圈平均时，有功功率测量跳动（大信号）ΔCF为0.1 - 0.2%。
• 50mA输入@1mohm采样电阻，测试1圈时，有功功率测量跳动（小信号）ΔCF为0.15 - 0.3%。

通道相角与电源抑制

• 通道间相角引起的测量误差（容性，PF = 0.8，相位超前37）和（感性，PF = 0.5，相位滞后60）均为0.5%。
• AC电源抑制（输出频率幅度变化）和DC电源抑制（输出频率幅度变化）均为0.1%。

其他特性

• 电压有效值测量精度（相对误差）VRMSerr CF1为0.3%。
• 电流有效值测量精度（相对误差）IRMSerr Ib CF1为0.3%。
• 电流差分输入（电流）模拟输入电平（峰值）为50mV，电压差分输入（电压）模拟输入电平（峰值）为200mV。
• 模拟输入阻抗VP/IP/IN为370kΩ，SEL下拉电阻为62kΩ。
• 模拟输入带宽(-3dB)为3.5kHz。
• 内部电压基准Vref为1.218V。
• 逻辑输入高电平为2.6V，逻辑输入低电平为0.8V。
• 逻辑输出高电平为VDD - 0.5V（IOH = 5mA），逻辑输出低电平为0.5V（IOL = 5mA）。
• 过流阈值在1mΩ电流采样电阻时为24A，过流指示频率为8KHz，过流响应时间为100ms。

五、工作原理

有功计算原理

电能计量主要是将输入的电压和电流信号按照时间相乘，得到功率随时间变化的信息。假设电流电压信号为余弦函数，并存在相位差Ф，功率计算公式如下：

• 当(Phi = 0)时：(p(t)=frac{V I}{2}(1 + cos 2(w t)))
• 当(Phi ≠ 0)时： [ begin{align} p(t)&=V cos (w t) × I cos (w t + Phi) &=V cos (w t) times[I cos (w t) cos (Phi) + sin (w t) sin (Phi)] &=frac{V I}{2}(1 + cos (2 w t)) cos (Phi) + V I cos (w t) sin (w t) sin (Phi) &=frac{V I}{2}(1 + cos (2 w t)) cos (Phi) + frac{V I}{2} sin (2 w t) sin (Phi) end{align} ] p(t)称为瞬时功率信号，理想的p(t)只包括直流部分和频率为(2ω)的交流部分，前者又称为瞬时实功率信号，是电能表测量的首要对象。 在对电流电压信号高精度采样及模数转换后，通过数字乘法器得到瞬态功率信号p(t)，再通过一个截至频率很低（如1Hz）的取直低通滤波器取出即时实功率信号，然后对该实功率信号对时间进行积分，得到能量信息。根据积分时间的长短，可以得到即时或平均的能量消耗信息，也可认为是即时或平均功率消耗信息。取直低通滤波器的输出会被送到数字 - 频率转换模块，将即时实功率转换成与周期性的脉冲信号，输出的脉冲信号频率与能量消耗的大小成正比。同样，电压和电流有效值计算出来后也会被送到数字 - 频率转换模块，转换成一定频率的脉冲信号，频率与电压电流有效值的大小成正比。

电源供电监视

芯片包含一块片上电源监视电路，能够连续检测电源(VDD)。如果电源电压小于2.7V ± 5%，则芯片不被激活（不工作），即当电源电压小于2.7V时，不进行能量累加。这种做法可以保证设备在电源上电掉电时保持正确的操作。此电源监视电路有滞后及滤波机制，能够在很大程度上消除由于噪声引起的错误触发。一般情况下，电源供电的去耦部分应该保证在VDD上的波纹不超过3.3V ± 5%。

六、应用说明

典型应用框图

SSP1837典型应用采用3.3V供电。电流信号通过合金电阻采样后接入SSP1837的IP和IN管脚，电压信号则通过电阻分压网络后输入到SSP1837的VP管脚。CF、CF1、SEL直接接入到MCU的管脚，通过计算CF、CF1的脉冲周期来计算功率值、电流有效值和电压有效值的大小。

输出脉冲频率计算公式

• 实际功率的输出脉冲频率计算公式：(F{CF}=2618753 frac{V(V) V(I)}{V{ref}^{2}})
• 电压有效值输出脉冲计算公式：(F{CFU}=21500 * frac{V(V)}{V{ref}})
• 电流有效值输出脉冲计算公式：(F{CFI}=121800 * frac{V(I)}{V{ref}}) 其中，V(V)为电压通道的输入电压的有效值，V(I)为电流通道的输入电压有效值，Vref为基准电压（1.218V）。

防潜动与其他特性

SSP1837具有专利防潜动设计，配合合理的外部硬件设计，可通过0.5mT外部强磁场干扰实验。在大于48小时的潜动实验中，确保不出大于1个脉冲。此外，芯片内置振荡电路，时钟约2MHz，内置1.2V参考电压源。

SSP1837芯片以其高精度、高稳定性、防潜动等特性，为单相插座表等应用提供了可靠的电能计量解决方案。电子工程师在设计相关电路时，可以充分利用这些特性，开发出性能优良的产品。大家在使用过程中有没有遇到什么问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。