SSP1842：内置时钟单相多功能免校准计量电路的卓越之选

在电子工程师的日常工作中，电能计量芯片是设计各类电力相关设备时经常会用到的关键部件。今天，我们就来深入了解一款具有高性价比的内置时钟免校准电能计量芯片——SSP1842，它适用于单相多功能电能表、智能插座、智能家电等众多应用场景。

文件下载：SSP1842.pdf

一、产品概述

SSP1842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。它能够测量电流、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，能充分满足智能插座、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要。而且，它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。

二、产品特点

2.1 高精度测量

• 两路独立的Sigma - Delta ADC，分别用于电流和电压测量。电流有效值范围为(10mA ~ 35A)@1mohm，有功电能范围为(1w ~ 7700w)@1mohm@220V。
• 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，大大提高了生产效率和产品的一致性。

2.2 丰富的输出功能

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参数，还内置波形寄存器，可输出波形数据用于负载类型分析。

2.3 实用的保护与监测功能

• 电流通道具备过流监控功能，监控阈值及响应时间可设置，能有效保护设备安全。
• 提供电压/电流过零信号输出，方便进行同步控制。
• 电源掉电监测，低于2.7V时，芯片进入复位状态，保障系统的稳定性。

2.4 灵活的通信方式

集成SPI(最快速率支持900KHz)/UART(4800bps - 38400)通信方式，可根据实际需求选择合适的通信接口。

2.5 低功耗设计

芯片单工作电源3.3V，低功耗10mW(典型值)，采用SSOP10L/TSSOP14封装，节省电路板空间。

三、系统框图与引脚特征

3.1 系统框图

SSP1842的内部框图展示了其各个模块的连接关系，包括内部电源LDO、时钟、ADC、DSP等模块，为我们理解芯片的工作原理提供了清晰的架构。

3.2 引脚特征

TSSOP14L和SSOP10L两种封装的引脚各有其功能，如VDD为电源引脚，IP、IN为电流通道的模拟输入引脚，VP为电压信号输入端等。不同引脚的功能和使用方法在文档中有详细说明，工程师在设计时需要根据实际需求进行合理连接。

四、电气特性

4.1 电源与功耗

电源VDD范围为3.0 - 3.6V，典型功耗为3mA，在正常工作条件下能保持较低的功耗水平。

4.2 测量精度

• 有功电能测量精度在不同电流输入范围内有所不同，大信号(35A ~ 100mA)时为0.2%，小信号(100mA ~ 50mA)时为0.4%，微小信号(50mA ~ 10mA)时为0.6%。
• 有效值测量精度也类似，大信号时为0.2%，小信号时为2%，微小信号时为6%。

4.3 其他特性

快速有效值响应时间在50Hz时可设置为周波/半周波，范围为10 - 160mS；60Hz时为8.3 - 133mS。过零信号输出延时为571uS，通道间相角引起的测量误差在PF = 0.8（容性）和PF = 0.5（感性）时均为0.5%。

五、内部寄存器说明

5.1 寄存器列表

SSP1842的内部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、有功电能脉冲计数等参数；用户操作寄存器用于进行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操作。

5.2 特殊寄存器说明

• 用户模式选择寄存器（MODE）可设置有功能量和脉冲开关、有效值寄存器刷新时间、交流频率选择、CF计数寄存器读后清零使能、CF脉冲能量累加模式选择、UART通信波特率选择等功能。
• 输出配置寄存器（OT_FUNX）可配置CF1、CF2、ZX引脚的输出功能，如输出有功能量脉冲、过流报警、电压过零指示、电流过零指示等。
• 状态寄存器（STATUS）可指示脉冲CF能量反向、有功功率小于有功防潜动值、电流过零输出状态、电压过零输出状态等信息。

六、工作原理说明

6.1 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）及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，并分别存入波形寄存器。

6.2 有功功率计算

有功功率计算公式为 (WATT=frac{4046 I(A) V(V) * COS(varphi)}{V r e f^{2}})，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。该寄存器能显示当前有功功率是正功还是负功。

6.3 有功功率的防潜动

SSP1842具有专利功率防潜功能，当输入有功功率信号绝对值小于有功防潜动阈值寄存器（WA_CREEP）的值时，输出有功功率设为零，避免无负载情况下噪声信号累积电量。

6.4 电能计量

有功瞬时功率通过一段时间的积分，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。可通过CF_EN控制能量脉冲输出总开关，通过CF_CNT_CLR_SEL选择CF计数寄存器读后是否清零，通过CF_CNT_ADD_SEL选择脉冲能量累加模式。

6.5 电流电压有效值计算

两个通道的有效值经过平方电路、低通滤波器、开根电路得到有效值的瞬时值，再经过平均得到平均值。可通过MODE寄存器设置有效值平均刷新时间。

6.6 过流检测

SSP1842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。

6.7 线电压频率检测

SSP1842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，线电压寄存器（FREQ）与实际线电压频率有特定的折算关系。

6.8 过零检测

SSP1842提供电压和过零过零检测，可由引脚CF1/CF2/ZX输出过零信号，与实际输入信号的时延为570us。当电压或电流有效值过低时，过零检测输出信号不稳定。

七、通讯接口

7.1 SPI接口

• 工作模式：从模式，半双工通讯，通讯率可配，最大通讯速率900Khz，固定时钟极性/相位（ (CPOL = 0) ， (CPHA = 1) ），可三线或者四线通信。
• 帧结构：写操作帧和读操作帧都包含识别字节、寄存器地址字节、数据字节和校验和字节。
• 写入操作时序：在SCLK的下沿开始移入寄存器数据。
• 读出操作时序：在SCLK的上升沿，SSP1842将相应的数据位移出到SDO逻辑输出管脚。
• 容错机制：通过SPI接口下发6个字节的0xFF，可单独对SPI接口进行复位。

7.2 UART接口

• 概述：可采用UART通信方式，仅需两个低速光耦就能实现隔离通信。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。
• 波特率设置：使用模式寄存器UART_RATE_SEL和管脚SCLK_BPS进行波特率配置。
• 每个字节格式：以波特率 = 4800bps为例，起始位低电平持续时间 (t 1 = 208 us) ，有效数据位时间持续 (t 2 = 208 * 8 = 1664 us) ，停止位高电平持续时间 (t 3 = 208 us) 。
• 写入时序和读取时序：主机先发送命令字节，然后发送寄存器地址字节，接着发送数据字节，最后发送校验和字节。
• 数据包发送模式：通过命令“{0,1,0,1,1,0,A2,A1} + 0xAA”，SSP1842会返回一个全电参数数据包。
• 保护机制：提供超时保护机制，包括帧超时复位和手动复位，帧识别字节或者checksum字节错误时，该帧数据放弃。

八、封装

SSP1842有SSOP10L和TSSOP14L两种封装，文档中详细给出了两种封装的尺寸参数，工程师在进行电路板设计时需要根据实际情况选择合适的封装。

SSP1842以其丰富的功能、高精度的测量和灵活的通信方式，为电子工程师在设计单相多功能电能表、智能插座、智能家电等设备时提供了一个优秀的选择。在实际应用中，工程师需要根据具体需求合理配置寄存器和引脚，充分发挥芯片的性能。大家在使用过程中有没有遇到过类似芯片的一些特殊问题呢？欢迎在评论区分享交流。