带零线电流测量的
单相多功能计量IC
ADE7953
特性
该器件内置三个Σ-Δ型ADC和一个高精度电能计量内核。
第二输入通道可同时测量零线电流，支持窃电检测和零线
电流计费。附加通道集成了完整的信号路径，允许执行各
种测量。各输入通道均支持独立且灵活的增益级，因此该
器件适合与各种电流传感器一起使用，如电流互感器(CT)
和低阻值分流器等。两个片内积分器为使用罗氏线圈传感
器提供了便利。
测量有功、无功和视在功率、采样波形及电流和电压有
效值
提供第二电流输入以进行零线电流测量
在3000:1的动态范围内，有功和无功功率测量误差小于
0.1%
在1000:1的动态范围内，瞬时电流有效值测量误差小于
0.2%
提供视在功率测量和瞬时功率读数
带宽：1.23 kHz
灵活的PGA增益级(最高22倍)
内置用于罗氏线圈传感器的积分器
SPI、I2C或UART通信
ADE7953可以通过多种通信接口访问片内寄存器，包括
SPI、I2C和UART。两个可配置的低抖动脉冲输出引脚提供
与有功、无功或视在功率及电流和电压有效值成比例的输
出。通过外部IRQ引脚可以获得全面的电能质量信息，如
过流、过压、峰值和电压跌落检测等。该器件包括独立的
有功、无功和视在空载检测功能，用以防止潜动。此外还
提供了专用功率反向(REVP)、电压过零(ZX)和电流过零信
号(ZX_I)引脚。ADE7953电能计量IC采用3.3 V电源供电，28
引脚LFCSP封装。
概述
ADE7953是一款高精度电能计量IC，主要用于单相应用。
它能够测量线电压和电流，并计算有功、无功、视在功率
以及瞬时电压和电流有效值。
功能框图
REF
RESET
LOW NOISE
PRE-AMP
VDD
VINTA
ADE7953
1.2V REF
WAVEFORM
SAMPLING
IAP
PGA
VINTD
ADC
IAN
REVP
ZX
REVP
ZX
DSP
SINC
AND
DECIMATION
FILTER
VP
PGA
ADC
VN
IBP
PGA
ZX_I
ENERGY
METERING
PROCESSOR
ZX_I
PEAK
ANGLE
POWER FACTOR
ADC
IBN
SAG
CONFIGURATION
AND CONTROL
AWATT AVAR AVA
AGND
UART
DGND
SPI INTERFACE
I2C
AENERGYA
AENERGYB
RENERGYA
RENERGYB
APENERGYA APENERGYB
IRQ
CS
MISO/
SDA/
Tx
MOSI/
SCL/
Rx
SCLK
DIGITAL
FREQUENCY
CONVERSION
CLKIN
图1.
CLKOUT
CF1DEN
CF1
CF2DEN
CF2
09320-001
BWATT BVAR BVA
Rev. 0
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供的最新英文版数据手册。
ADE7953
目录
特性.....................................................................................................1
周期测量 ..........................................................................................35
概述.....................................................................................................1
瞬时功率和波形采样 ....................................................................36
功能框图 ............................................................................................1
修订历史 ............................................................................................3
技术规格 ............................................................................................4
时序特性 .......................................................................................6
绝对最大额定值...............................................................................8
ESD警告 ........................................................................................8
功率因数 ..........................................................................................37
利用线周期累计模式确定功率因数 .....................................37
空载检测下的功率因数 ...........................................................37
角度测量 .....................................................................................38
空载检测 ..........................................................................................39
设置空载阈值.............................................................................39
引脚配置和功能描述 ......................................................................9
有功电能空载检测....................................................................39
典型工作特性 .................................................................................11
无功电能空载检测....................................................................40
测试电路 ..........................................................................................16
视在电能空载检测....................................................................40
术语...................................................................................................17
过零检测 ..........................................................................................42
工作原理 ..........................................................................................18
模拟输入 .....................................................................................18
模数转换 .....................................................................................18
电流通道ADC ............................................................................20
过零输出引脚.............................................................................42
过零中断 .....................................................................................42
过零超时 .....................................................................................43
过零阈值 .....................................................................................43
电压通道ADC ............................................................................21
电压骤降检测 .................................................................................44
基准电压电路.............................................................................21
设置SAGCYC寄存器 ................................................................44
有效值测量......................................................................................22
设置SAGLVL寄存器 .................................................................44
电流通道有效值计算 ...............................................................22
电压通道有效值计算 ...............................................................22
有功功率计算 .................................................................................23
有功功率计算的符号 ...............................................................23
电压骤降中断.............................................................................44
峰值检测 ..........................................................................................45
功率方向指示 ................................................................................ 46
反向功率 .....................................................................................46
有功电能计算.............................................................................24
符号指示 .....................................................................................46
有功电能累计模式....................................................................26
过流和过压检测.............................................................................47
无功功率计算 .................................................................................27
设置OVLVL和OILVL寄存器..................................................47
无功功率计算的符号 ...............................................................27
过压和过流中断 ........................................................................47
无功电能计算.............................................................................28
替代输出功能 .................................................................................48
无功电能累计模式....................................................................29
ADE7953中断..................................................................................49
视在功率计算 .................................................................................30
主中断(电压通道和电流通道A) ............................................49
视在电能计算.............................................................................30
电流通道B中断 ..........................................................................49
安培小时累计.............................................................................31
与ADE7953通信 .............................................................................50
电能频率转换 .................................................................................32
通信自动检测.............................................................................50
脉冲输出特性.............................................................................32
锁定通信接口.............................................................................50
电能校准 ..........................................................................................33
SPI接口 ........................................................................................51
增益校准 .....................................................................................33
相位校准 .....................................................................................33
失调校准 .....................................................................................34
I2C接口.........................................................................................52
UART接口 ..................................................................................54
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ADE7953
通信验证和安全.............................................................................56
ADE7953寄存器 .............................................................................58
写保护..........................................................................................56
ADE7953寄存器描述................................................................60
通信验证 .....................................................................................56
外形尺寸 ..........................................................................................65
checksum寄存器 ........................................................................57
订购指南 .....................................................................................65
修订历史
2011年2月—修订版0：初始版
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ADE7953
技术规格
除非另有说明，VDD = 3.3 V ± 10%、AGND = DGND = 0 V、片内基准电压源、CLKIN = 3.58 MHz、TMIN至TMAX = −40°C至
+85°C。
表1
参数
最小值
典型值
最大值
单位
通道间的相位误差
功率因数 = 0.8(容性)
功率因数 = 0.5(感性)
有功电能测量
有功电能测量误差(电流通道A)
0.1
%
有功电能测量误差(电流通道B)
0.1
%
0.01
%
0.01
1.23
%
kHz
0.1
%
0.1
%
0.01
%
0.01
1.23
%
kHz
1.23
kHz
IRMS(电流通道A)测量误差
0.2
%
IRMS(电流通道B)和VRMS测量误差
0.2
%
交流电源抑制
输出频率变化
直流电源抑制
输出频率变化
有功电能测量带宽
无功电能测量
无功电能测量误差(电流通道A)
无功电能测量误差(电流通道B)
交流电源抑制
输出频率变化
直流电源抑制
输出频率变化
无功电能测量带宽
有效值测量
IRMS和VRMS测量带宽
±0.05
±0.05
电流通道B、电压通道
电流通道A
增益误差
电流通道A
电流通道B
电压通道
线路频率 = 45 Hz至65 Hz，HPF开启
相位超前37°
相位滞后60°
动态范围3000:1，PGA = 1，PGA = 22，
积分器关闭
动态范围1000:1，PGA = 1，PGA = 16，
积分器关闭
VDD = 3.3 V ± 120 mV rms, 100 Hz
VDD = 3.3 V ± 330 mV dc
动态范围3000:1，PGA = 1，PGA = 22，
积分器关闭
动态范围1000:1，PGA = 1，PGA = 16，
积分器关闭
VDD = 3.3 V ± 120 mV rms, 100 Hz
VDD = 3.3 V ± 330 mV dc
模拟输入
最大信号电平
输入阻抗(直流)
IAP引脚
IAN引脚
IBP、IBN、VP、VN引脚
ADC失调误差
度
度
测试条件/注释
±500
±500
±250
130
70
660
mV峰值
mV峰值
mV峰值
动态范围1000:1，PGA = 1，PGA = 22，
积分器关闭
动态范围500:1，PGA = 1，PGA = 16，
积分器关闭
差分输入：IAP至IAN、IBP至IBN
单端输入：VP至VN、IBP至IBN
单端输入：IAP至IAN
MΩ
MΩ
kΩ
未校准误差(参见术语部分)
0
−12
−0.3
mV
mV
mV
±3
±3
±3
%
%
%
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PGA = 1
PGA = 16, PGA = 22
1.2 V外部基准电压
ADE7953
参数
最小值
模拟性能
信噪比
电流通道A
电流通道B、电压通道
信纳比
电流通道A、电流通道B
电压通道
−3 dB带宽
CF1和CF2脉冲输出
最大输出频率
占空比
低电平有效脉冲宽度
抖动
输出高电压VOH
输出低电压VOL
逻辑输入—IRQ、REVP、ZX、ZX_I、
CLKOUT、MOSI/SCL/Rx、MISO/SDA/Tx
输出高电压VOH
输出低电压VOL
电源
VDD
最大值
74
71
dB
dB
68
dB
1.23
kHz
测试条件/注释
CF1或CF2频率 > 6.25 Hz
CF1或CF2频率 < 6.25 Hz
CF1或CF2频率 = 1 Hz
ISOURCE = 500 μA(25°C时)
ISINK = 8 mA(25°C时)
REF引脚上的标称1.2 V电压
1.2
10
±0.9
V
pF
mV
TA = 25°C
所有规格CLKIN = 3.58 MHz
3.58
200
MHz
Ω
0.8
V
V
2.4
−6.5
0
VDD = 3.3 V ± 10%
VDD = 3.3 V ± 10%
VIN = 0 V
µA
µA
VDD = 3.3 V ± 10%
= 800 µA
SINK = 2 mA
SOURCE
额定性能
3.0
3.6
IDD
单位
210
50
80
0.04
基准电压
REF输入电压范围
输入电容
基准电压误差
输出阻抗
温度系数
CLKIN/CLKOUT引脚
输入时钟频率
晶振等效串联电阻
逻辑输入—RESET、CLKIN、CS、SCLK、
MOSI/SCL/Rx、MISO/SDA/Tx
高输入电压VINH
低输入电压VINL
输入电流IIN
MOSI/SCL/Rx、MISO/SDA/Tx、RESET
CLKIN、CS、SCLK
输入电容CIN
典型值
6.8
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V
V
mA
3.3 V − 10%
3.3 V + 10%
ADE7953
时序特性
SPI接口时序
除非另有说明，VDD = 3.3 V ± 10%、AGND = DGND = 0 V、片内基准电压源、CLKIN = 3.58 MHz、TMIN至TMAX = −40°C至
+85°C。
表2
参数
tCS
tSCLK
tSL
tSH
tDAV
tDSU
tDHD
tDF
tDR
tSR
tSF
tDIS
tSFS
tSFS_LK
1
最小值1
50
200
80
80
80
70
5
描述
CS至SCLK边沿
SCLK周期
SCLK低电平脉冲宽度
SCLK高电平脉冲宽度
SCLK边沿之后数据输出有效时间
SCLK边沿之前数据输入建立时间
SCLK边沿之后数据输入保持时间
数据输出下降时间
数据输出上升时间
SCLK上升时间
SCLK下降时间
CS上升沿之后MISO禁用时间
SCLK边沿之后的CS高电平时间
SCLK边沿之后的CS高电平时间
(写入COMM_LOCK位时)
最大值1
20
20
20
20
40
5
0
1200
单位
ns
ns
ns
ns
ns
ns
ns
ns
ns
ns
ns
ns
ns
ns
最小值和最大值是典型的最小值和最大值。
SPI接口时序图
CS
tCS
tSCLK
tSFS_LK
tSFS
SCLK
tSL
tSH
tDAV
tSF
tSR
tDIS
MSB OUT
MISO
INTERMEDIATE BITS
tDF
LSB OUT
tDR
INTERMEDIATE BITS
MSB IN
MOSI
LSB IN
09320-003
tDSU
tDHD
图2. SPI接口时序
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ADE7953
I2C接口时序
除非另有说明，VDD = 3.3 V ± 10%、AGND = DGND = 0 V、片内基准电压源、CLKIN = 3.58 MHz、TMIN至TMAX = −40°C至
+85°C。
表3
参数
描述
fSCL
tHD;STA
tLOW
tHIGH
tSU;STA
tHD;DAT
tSU;DAT
tR
tF
tSU;STO
tBUF
tSP
SCL时钟频率
起始或重复起始条件的保持时间
SCL时钟的低电平周期
SCL时钟的高电平周期
重复起始条件的建立时间
数据保持时间
数据建立时间
SDA和SCL信号的上升时间
SDA和SCL信号的下降时间
停止条件的建立时间
停止与起始条件之间的总线空闲时间
抑制尖峰的脉冲宽度
1
标准模式
最小值1
最大值1
0
100
4.0
4.7
4.0
4.7
0
3.45
250
1000
300
4.0
4.7
N/A
快速模式
最小值1
最大值1
0
400
0.6
1.3
0.6
0.6
0
0.9
100
20
300
20
300
0.6
1.3
50
单位
kHz
µs
µs
µs
µs
µs
ns
ns
ns
µs
µs
ns
最小值和最大值是典型的最小值和最大值。
I2C接口时序图
SDA
tSU;DAT
tF
tLOW
tR
tHD;STA
tSP
tR
tBUF
tF
SCL
START
CONDITION
tHD;DAT
tHIGH
tSU;STA
REPEATED START
CONDITION
图3. I 2C接口时序
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tSU;STO
STOP
START
CONDITION CONDITION
09320-002
tHD;STA
ADE7953
绝对最大额定值
除非另有说明，TA = 25°C。
表4
参数
额定值
VDD至AGND
VDD至DGND
模拟输入电压至AGND、IAP、IAN、
IBP、IBN、VP、VN
基准输入电压至AGND
数字输入电压至DGND
数字输出电压至DGND
工作温度
工业范围
存储温度范围
−0.3 V至+3.7 V
−0.3 V至+3.7 V
−2 V至+2 V
注意，超出上述绝对最大额定值可能会导致器件永久性损
坏。这只是额定最值，不表示在这些条件下或者在任何其
它超出本技术规范操作章节中所示规格的条件下，器件能
够正常工作。长期在绝对最大额定值条件下工作会影响器
件的可靠性。
ESD警告
−0.3 V至VDD + 0.3 V
−0.3 V至VDD + 0.3 V
−0.3 V至VDD + 0.3 V
ESD(静电放电)敏感器件。
带电器件和电路板可能会在没有察觉的情况下放电。
尽管本产品具有专利或专有保护电路，但在遇到高能
量ESD时，器件可能会损坏。因此，应当采取适当的
ESD防范措施，以避免器件性能下降或功能丧失。
−40°C至+85°C
−65°C至+150°C
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ADE7953
23 CF1
22 IRQ
28 CS
27 MOSI/SCL/Rx
26 MISO/SDA/Tx
25 SCLK
24 CF2
引脚配置和功能描述
21 ZX_I
ZX 1
RESET 2
DGND 4
IAP 5
20 REVP
19 CLKOUT
ADE7953
18 CLKIN
17 VDD
TOP VIEW
(Not to Scale)
PULL_LOW 14
VP 12
PULL_HIGH
IBP
REF 13
15 VINTA
IBN 10
VN 11
16 AGND
8
9
IAN 6
PULL_HIGH 7
09320-004
VINTD 3
NOTES
1. CREATE A SIMILAR PAD ON THE PCB UNDER THE EXPOSED PAD.
SOLDER THE EXPOSED PAD TO THE PAD ON THE PCB TO CONFER
MECHANICAL STRENGTH TO THE PACKAGE. DO NOT CONNECT THE
PADS TO AGND.
图4. 引脚配置
表5. 引脚功能描述
引脚编号
引脚名称
描述
1
ZX
电压通道过零输出引脚。参见电压通道过零部分。可以将该引脚配置为输出一系列其它电质量信号(参见其
它输出功能部分)。
2
RESET
低电平有效复位输入。
3
VINTD
通过该引脚可以使用2.5 V数字LDO。该引脚应通过一个4.7 μF电容与一个100 nF陶瓷电容的并联去耦。
4
DGND
数字电路的接地基准。
5, 6
IAP、IAN
电流通道A(相电流通道)的模拟输入。该差分电压输入的最大输入范围为±500 mV。单端使用时，引脚最大
电压为±250 mV。与该输入相关的PGA最大增益级为22(参见模拟输入部分)。
7, 8
PULL_HIGH
这些引脚应连接到VDD才能正常工作。
9, 10
IBP、IBN
电流通道B(零线电流通道)的模拟输入。该差分电压输入的最大输入范围为±500 mV。与该输入相关的PGA
最大增益为16(参见模拟输入部分)。
11, 12
VN、VP
电压通道的模拟输入。该单端电压输入的最大输入范围为±500 mV。与该输入相关的PGA最大增益为16(参
见模拟输入部分)。
13
REF
通过该引脚可以使用片内基准电压。内部基准电压源的标称电压为1.2 V。该引脚应通过一个4.7 μF电容与一
个100 nF陶瓷电容的并联去耦。或者，也可以将一个1.2 V外部基准电压施加于该引脚(参见基准电压电路部
分)。
14
PULL_LOW
该引脚应连接到AGND才能正常工作。
15
VINTA
通过该引脚可以使用2.5 V模拟LDO。该引脚应通过一个4.7 μF电容与一个100 nF陶瓷电容的并联去耦。
16
AGND
模拟电路的接地基准。
17
VDD
ADE7953的电源(3.3 V)。为实现额定性能，该引脚的输入应在3.3 V ± 10%范围内。该引脚应通过一个10 μF电
容与一个100 nF陶瓷电容的并联去耦。
18
CLKIN
ADE7953的主时钟输入。可以通过该输入提供外部时钟。或者，也可以将一个并联谐振AT晶振连接在CLKIN
和CLKOUT引脚上，以提供ADE7953的时钟源。额定工作性能要求的时钟频率为3.58 MHz。应将数十pF的陶
瓷负载电容与栅极振荡器电路一起使用。关于负载电容的要求，请参考晶振制造商的数据手册。
19
CLKOUT
可以将一个晶振连接在该引脚和CLKIN引脚上，以提供ADE7953的时钟源。
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ADE7953
引脚编号
引脚名称
描述
20
REVP
反向电源输出指示。参见反向电源部分。可以将该引脚配置为输出一系列其它电质量信号(参见其它输出功
能部分)。
21
ZX_I
电流通道过零输出引脚。参见电流通道过零部分。可以将该引脚配置为输出一系列其它电源质量信号(参见
其它输出功能部分)。
22
IRQ
中断输出。参见ADE7953中断部分。
23
CF1
校准频率输出1。
24
CF2
校准频率输出2。
25
SCLK
串行外设接口的串行时钟输入。所有串行通信均与该时钟同步(参见SPI接口部分)。如果使用I2C接口，必须
将该引脚拉高。如果使用UART接口，必须将该引脚拉至地。
26
MISO/SDA/Tx
SPI接口的数据输出/I2C接口的双向数据线/UART接口的发送线。
27
MOSI/SCL/Rx
SPI接口的数据输入/I2C接口的串行时钟输入/UART接口的接收线。
28
CS
SPI接口的片选信号。如果使用I2C或UART接口，必须将该引脚拉高。
EPAD
裸露焊盘。应在裸露焊盘下方的PCB上创建一个相似的焊盘，然后将裸露焊盘焊接到PCB上的焊盘，以增加
封装的机械强度。请勿将这些焊盘连接到AGND。
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ADE7953
典型工作特性
1.0
1.0
0.8
0.8
ERROR (% OF READING)
0.4
0.2
0
–0.2
–0.4
0.4
0.2
0
–0.2
–0.4
–0.6
–0.6
–0.8
–0.8
–1.0
0.0001
0.001
PF = –0.5
PF = +0.5
PF = +1.0
0.6
0.01
0.1
1
CURRENT CHANNE L (% FULL SCALE)
–1.0
0.0001
09320-101
图5. 电流通道A有功电能误差占读数的百分比
(增益 = 1、功率因数 = 1)与温度的关系
(内部基准电压、积分器关闭)
0.1
1
1.0
0.8
0.8
PF = –0.5
PF = +0.5
PF = +1.0
0.4
0.2
0
–0.2
–0.4
0.4
0.2
0
–0.2
–0.4
–0.6
–0.6
–0.8
–0.8
0.001
0.01
0.1
1
CURRENT CHANNE L (% FULL SCALE)
–1.0
0.0001
09320-102
–1.0
0.0001
VDD = 3.30V
VDD = 2.97V
VDD = 3.63V
0.6
ERROR (% OF READING)
0.6
0.001
0.01
0.1
1
CURRENT CHANNE L (% FULL SCALE)
图9. 电流通道A有功电能误差占读数的百分比
(增益 = 22、温度 = 25°C、功率因数 = 1)与电源电压的关系
(内部基准电压、积分器关闭)
图6. 电流通道A有功电能误差占读数的百分比
(增益 = 1、温度 = 25°C)与功率因数的关系
(内部基准电压、积分器关闭)
1.0
1.0
0.8
0.8
–40°C
+25°C
+85°C
0.6
ERROR (% OF READING)
0.6
0.4
0.2
0
–0.2
–0.4
0.4
0.2
0
–0.2
–0.4
–0.6
–0.8
–0.8
0.001
0.01
0.1
CURRENT CHANNE L (% FULL SCALE)
1
09320-103
–0.6
–1.0
0.0001
PF = –0.5
PF = +0.5
PF = +1.0
– 1.0
09320-106
ERROR (% OF READING)
0.01
图8. 电流通道A有功电能误差占读数的百分比
(增益 = 22、温度 = 25°C)与功率因数的关系
(内部基准电压、积分器关闭)
1.0
ERROR (% OF READING)
0.001
CURRENT CHANNE L (% FULL SCALE)
09320-105
ERROR (% OF READING)
0.6
09320-104
–40°C
+25°C
+85°C
45
50
55
FREQUENCY (Hz)
60
图10. 电流通道A有功电能误差占读数的百分比
(增益 = 22、温度 = 25°C)与频率和功率因数的关系
(内部基准电压、积分器关闭)
图7. 电流通道A有功电能误差占读数的百分比
(增益 = 22、功率因数 = 1)与温度的关系
(内部基准电压、积分器关闭)
Rev. 0 | Page 11 of 68
65
ADE7953
1.0
1.0
0.8
–40°C
+25°C
+85°C
ERROR (% OF READING)
0.4
0.2
0
–0.2
–0.4
0.4
0.2
0
–0.2
–0.4
–0.6
–0.6
–0.8
–0.8
–1.0
0.0001
0.001
PF = –0.866
PF = 0
PF = +0.866
0.6
0.01
0.1
1
CURRENT CHANNE L (% FULL SCALE)
–1.0
0.0001
09320-107
图11. 电流通道A无功电能误差占读数的百分比
(增益 = 1、功率因数 = 0)与温度的关系
(内部基准电压、积分器关闭)
0.1
1
1.0
0.8
0.8
PF = –0.866
PF = 0
PF = +0.866
0.2
0
–0.2
–0.4
0.4
0.2
0
–0.2
–0.4
–0.6
–0.6
–0.8
–0.8
0.01
0.1
1
CURRENT CHANNE L (% FULL SCALE)
– 1.0
09320-108
0.001
图12. 电流通道A无功电能误差占读数的百分比
(增益 = 1、温度 = 25°C)与功率因数的关系
(内部基准电压、积分器关闭)
09320-111
0.4
–1.0
0.0001
PF = –0.866
PF = 0
PF = +0.866
0.6
ERROR (% OF READING)
0.6
ERROR (% OF READING)
0.01
图14. 电流通道A无功电能误差占读数的百分比
(增益 = 22、温度 = 25°C)与功率因数的关系
(内部基准电压、积分器关闭)
1.0
45
50
55
FREQUENCY (Hz)
60
65
图15. 电流通道A无功电能误差占读数的百分比
(增益 = 22、温度 = 25°C)与频率和功率因数的关系
(内部基准电压、积分器关闭)
1.0
1.0
–40°C
+25°C
+85°C
0.8
0.8
0.6
ERROR (% OF READING)
0.6
0.4
0.2
0
–0.2
–0.4
0.2
0
–0.2
–0.4
–0.6
–0.8
–0.8
–1.0
0.0001
0.001
0.01
0.1
CURRENT CHANNE L (% FULL SCALE)
1
GAIN = 1
GAIN = 22
0.4
–0.6
09320-109
ERROR (% OF READING)
0.001
CURRENT CHANNE L (% FULL SCALE)
–1.0
0.001
0.01
0.1
CURRENT CHANNE L (% FULL SCALE)
图16. 电流通道A IRMS误差占读数的百分比
(温度 = 25°C、功率因数 = 1)与增益的关系
(内部基准电压、积分器关闭)
图13. 电流通道A无功电能误差占读数的百分比
(增益 = 22、功率因数 = 0)与温度的关系
(内部基准电压、积分器关闭)
Rev. 0 | Page 12 of 68
1
09320-112
ERROR (% OF READING)
0.6
09320-110
0.8
ADE7953
1.0
1.0
0.8
0.8
–40°C
+25°C
+85°C
0.2
0
–0.2
–0.4
0.4
0.2
0
–0.2
–0.4
–0.6
–0.6
–0.8
–0.8
0.01
0.1
1
CURRENT CHANNE L (% FULL SCALE)
– 1.0
图17. 电流通道B有功电能误差占读数的百分比
(增益 = 1、功率因数 = 1)与温度的关系
(内部基准电压、积分器关闭)
45
55
FREQUENCY (Hz)
60
65
1.0
0.8
0.8
ERROR (% OF READING)
0.6
0.4
0.2
0
–0.2
–0.4
0.4
0.2
0
–0.2
–0.4
–0.6
–0.6
–0.8
–0.8
0.01
0.1
1
CURRENT CHANNE L (% FULL SCALE)
–1.0
0.001
09320-114
图18. 电流通道B有功电能误差占读数的百分比
(增益 = 1、温度 = 25°C)与功率因数的关系
(内部基准电压、积分器关闭)
1
1.0
0.8
0.8
VDD = 3.30V
VDD = 2.97V
VDD = 3.63V
ERROR (% OF READING)
0.6
0.4
0.2
0
–0.2
–0.4
0.2
0
–0.2
–0.4
–0.8
–0.8
0.01
0.1
1
09320-115
–0.6
CURRENT CHANNE L (% FULL SCALE)
图19. 电流通道B有功电能误差占读数的百分比
(增益 = 1、温度 = 25°C、功率因数 = 1)与电源电压的关系
(内部基准电压、积分器关闭)
PF = –0.866
PF = 0
PF = +0.866
0.4
–0.6
–1.0
0.001
0.1
图21. 电流通道B无功电能误差占读数的百分比
(增益 = 1、功率因数 = 0)与温度的关系
(内部基准电压、积分器关闭)
1.0
0.6
0.01
CURRENT CHANNE L (% FULL SCALE)
–1.0
0.001
0.01
0.1
CURRENT CHANNE L (% FULL SCALE)
图22. 电流通道B无功电能误差占读数的百分比
(增益 = 1、温度 = 25°C)与功率因数的关系
(内部基准电压、积分器关闭)
Rev. 0 | Page 13 of 68
1
09320-118
–1.0
0.001
–40°C
+25°C
+85°C
09320-117
PF = –0.5
PF = +0.5
PF = +1.0
0.6
ERROR (% OF READING)
50
图20. 电流通道B有功电能误差占读数的百分比
(增益 = 1、温度 = 25°C)与频率和功率因数的关系
(内部基准电压、积分器关闭)
1.0
ERROR (% OF READING)
09320-116
ERROR (% OF READING)
0.4
–1.0
0.001
PF = –0.5
PF = +0.5
PF = +1.0
0.6
09320-113
ERROR (% OF READING)
0.6
ADE7953
1.0
1.0
0.8
0.4
0.2
0
–0.2
–0.4
–0.6
0.4
0.2
0
–0.2
–0.4
09320-219
–0.6
55
FREQUENCY (Hz)
60
–1.0
0.0001
65
1.0
0.8
0.8
0.6
0.6
ERROR (% OF READING)
1.0
0.4
0.2
0
–0.2
–0.4
–0.2
–0.4
–0.8
1
CURRENT CHANNE L (% FULL SCALE)
–1.0
0.0001
0.8
0.6
0.6
ERROR (% OF READING)
0.8
0.4
0.2
0
–0.2
–0.4
0.1
1
0.2
0
–0.2
–0.4
–0.6
–0.8
–0.8
1
–40°C
+25°C
+85°C
0.4
–0.6
09320-121
ERROR (% OF READING)
1.0
VOLTAGE CHANNEL (% FULL SCALE)
0.01
图27. 电流通道A有功电能误差占读数的百分比
(增益 = 16、温度 = 25°C)与功率因数的关系
(内部基准电压、积分器开启)
1.0
0.1
0.001
CURRENT CHANNE L (% FULL SCALE)
图24. 电流通道B IRMS误差占读数的百分比
(增益 = 1、温度 = 25°C、功率因数 = 1，
内部基准电压、积分器关闭)
0.01
PF = –0.5
PF = +0.5
PF = +1.0
0
–0.8
–1.0
0.001
1
0.2
–0.6
0.1
0.1
0.4
–0.6
0.01
0.01
图26. 电流通道A有功电能误差占读数的百分比
(增益 = 16、功率因数 = 1)与温度的关系
(内部基准电压、积分器开启)
09320-220
ERROR (% OF READING)
图23. 电流通道B无功电能误差占读数的百分比
(增益 = 1、温度 = 25°C)与频率和功率因数的关系
(内部基准电压、积分器关闭)
–1.0
0.001
0.001
CURRENT CHANNE L (% FULL SCALE)
09320-123
50
–1.0
0.001
0.01
0.1
CURRENT CHANNE L (% FULL SCALE)
图28. 电流通道B有功电能误差占读数的百分比
(增益 = 16、功率因数 = 1)与温度的关系
(内部基准电压、积分器开启)
图25. VRMS误差占读数的百分比
(温度 = 25°C、功率因数 = 1，
内部基准电压、积分器关闭)
Rev. 0 | Page 14 of 68
1
09320-124
45
–0.8
09320-122
–0.8
– 1.0
–40°C
+25°C
+85°C
0.6
ERROR (% OF READING)
ERROR (% OF READING)
0.8
PF = –0.866
PF = 0
PF = +0.866
0.6
ADE7953
1.0
0.8
0.8
PF = –0.5
PF = +0.5
PF = +1.0
ERROR (% OF READING)
0.6
0.4
0.2
0
–0.2
–0.4
0.2
0
–0.2
–0.4
–0.6
–0.8
–0.8
–1.0
0.001
0.01
0.1
1
CURRENT CHANNE L (% FULL SCALE)
–1.0
0.001
0.1
1
图32. 电流通道B无功电能误差占读数的百分比
(增益 = 16、功率因数 = 0)与温度的关系
(内部基准电压、积分器开启)
1.0
1.0
0.8
–40°C
+25°C
+85°C
0.6
ERROR (% OF READING)
0.6
0.4
0.2
0
–0.2
–0.4
0.4
0.2
0
–0.2
–0.4
–0.6
–0.6
–0.8
–0.8
0.001
0.01
0.1
1
CURRENT CHANNE L (% FULL SCALE)
–1.0
0.001
09320-126
–1.0
0.0001
PF = –0.866
PF = 0
PF = +0.866
0.01
0.1
1
CURRENT CHANNE L (% FULL SCALE)
图30. 电流通道A无功电能误差占读数的百分比
(增益 = 16、功率因数 = 0)与温度的关系
(内部基准电压、积分器开启)
09320-129
0.8
图33. 电流通道B无功电能误差占读数的百分比
(增益 = 16、温度 = 25°C)与功率因数的关系
(内部基准电压、积分器开启)
1.0
1.0
0.8
0.8
PF = –0.866
PF = 0
PF = +0.866
0.6
ERROR (% OF READING)
0.6
0.4
0.2
0
–0.2
–0.4
0.4
0.2
0
–0.2
–0.4
–0.6
–0.8
–0.8
0.001
0.01
0.1
CURRENT CHANNE L (% FULL SCALE)
1
09320-227
–0.6
–1.0
0.0001
CHANNEL A
CHANNEL B
–1.0
0.001
0.01
0.1
CURRENT CHANNE L (% FULL SCALE)
1
09320-130
ERROR (% OF READING)
0.01
CURRENT CHANNE L (% FULL SCALE)
图29. 电流通道B有功电能误差占读数的百分比
(增益 = 16、温度 = 25°C)与功率因数的关系
(内部基准电压、积分器开启)
ERROR (% OF READING)
–40°C
+25°C
+85°C
0.4
–0.6
09320-225
ERROR (% OF READING)
0.6
09320-228
1.0
图34. IRMS误差占读数的百分比(增益 = 16、温度 = 25°C，
内部基准电压、积分器开启)
图31. 电流通道A无功电能误差占读数的百分比
(增益 = 16、温度 = 25°C)与功率因数的关系
(内部基准电压、积分器开启)
Rev. 0 | Page 15 of 68
ADE7953
测试电路
3.3V
2
33nF
33nF
RESET
5
IAP
6
IAN
17
3
0.1µF
ZX 1
REVP 20
ZX_I 21
1kΩ
CS 28
1kΩ
MOSI/SCL/Rx 27
33nF
33nF
9
IBP
MISO/SDA/Tx 26
10
IBN
SCLK 25
1kΩ
ADE7953
CF1 23
1MΩ
12
VP
10kΩ
SAME AS
CF2
3.3V
1.5kΩ
10kΩ
IRQ 22
REF 13
3.3V
7
PULL_HIGH
8
PULL_HIGH
14
PULL_LOW
20pF
CLKOUT 19
4
16
+
4.7µF
0.1µF
3.58MHz
CLKIN 18
20pF
09320-099
33nF
VN
AGND
1kΩ
11
3.3V
CF2 24
33nF
DGND
1kΩ
110V
15
VINTD
1µF
1kΩ
+
4.7µF
0.1µF
VDD
10kΩ
4.7µF
VINTA
3.3V
+
图35. 测试电路
Rev. 0 | Page 16 of 68
ADE7953
术语
测量误差
ADE7953电能测量的误差定义如下：
测量误差 =
ADE7953记录的电能-实际电能
实际电能
(1)
× 100%
通道间的相位误差
高通滤波器(HPF)和数字积分器会在电流通道与电压通道
之间引入很小的相位不匹配。全数字式设计确保在45 Hz至
65 Hz的频率范围内，电流通道与电压通道之间的相位匹配
度在±0.05°范围内。该内部相位不匹配可以与外部相位误
差(源自电流传感器或元件公差)合并，并通过相位校准寄
存器予以校准。
ADC失调误差
ADC失调误差指ADC模拟输入相关的直流失调。它意味
着，当模拟输入连接到AGND时，ADC仍然会看到直流模
拟输入信号。失调的幅度与增益和输入范围的选择有关。
不过高通滤波器(HPF)会消除电流和电压通道的失调，因
此功率计算不受失调影响。
增益误差
ADE7953的ADC增益误差指每个通道的实测ADC输出码
(减去失调)与理想输出码之间的偏差(参见电流通道ADC部
分和电压通道ADC部分)。该偏差以理想数据的百分比表
示。
电源抑制(PSR)
PSR衡量电源变化对ADE7953测量误差的影响。对于交流
PSR测量，首先是获取标称电源(3.3 V)时的读数。然后将
一个交流信号(120 mV rms/100 Hz)引入电源，并在相同输
入信号电平下获得第二个读数。此交流信号引入的误差以
读数的百分比(参见测量误差定义)表示。对于直流PSR测
量，首先是获取标称电源(3.3 V)时的读数。然后将电源改
变±10%，并在相同输入信号电平下获得第二个读数。这种
改变所引入的误差同样以读数的百分比表示。
Rev. 0 | Page 17 of 68
ADE7953
模拟输入
ADE7953包括三路模拟输入，两个电流通道和一个电压通
道。在标准配置中，电流通道A用于测量相电流，电流通
道B用于测量零线电流。电压通道输入则用于测量相线与
零线电压之差。当然，只要满足本部分所述的模拟输入要
求，ADE7953也可以在其它电压和电流组合下使用。
电流通道A
电流通道A为全差分电压输入，设计用于配合电流传感器
使用。该输入由两个引脚驱动：IAP(引脚5)和IAN(引脚
6)。IAP和IAN上能够施加的最大差分电压为±500 mV。建
议使共模电压小于±25 mV。超过该推荐值的共模电压时，
可用的动态范围可能会减小。电流通道A有一个可编程增
益放大器(PGA)级，其增益选项包括1、2、4、8、16和22
(参见表6)。
使用单端配置时，电流通道A的最大满量程输入为±250
mV，因此，当增益设置为1时，动态范围会减小。电流通
道A的增益通过写入PGA_IA寄存器(地址0x008)来配置。默
认情况下，电流通道A的PGA设置为1。增益22选项仅在电
流通道A上提供，支持极小幅度信号的高精度测量。当使
用小值分流器或罗氏线圈时，这种配置特别有用。
电流通道B
电流通道B为全差分电压输入，设计用于配合电流传感器
使用。该输入由两个引脚驱动：IBP(引脚9)和IBN(引脚
10)。IBP和IBN上能够施加的最大差分电压为±500 mV。建
议使用小于±25 mV的共模电压。超过该推荐值的共模电压
可能会限制可用的动态范围。电流通道B有一个PGA增益
级，其增益选项包括1、2、4、8和16(参见表6)。电流通道
B的增益通过写入PGA_IB寄存器(地址0x009)来配置。默认
情况下，电流通道B的PGA设置为1。
电压通道
电压通道输入为单端输入，由两个引脚驱动：VP(引脚12)
和VN(引脚11)。相对于VN，VP上能够施加的最大单端电
压为±500 mV。建议使用小于±25 mV的共模电压。超过该
推荐值的共模电压可能会限制ADE7953的动态范围能力。
电压通道有一个PGA增益级，其增益选项包括1、2、4、8
和16(参见表6)。
电压通道的增益通过写入PGA_V寄存器(地址0x007)来配
置。默认情况下，电压通道的PGA设置为1。
表6. PGA增益设置
增益
满量程差分
输入(mV)
PGA_IA[2:0]
(地址0x008)
PGA_IB[2:0]
(地址0x009)
PGA_V[2:0]
(地址0x007)
1
2
4
8
16
22
±500
±250
±125
±62.5
±31.25
±22.7
0001
001
010
011
100
101
000
001
010
011
100
N/A
000
001
010
011
100
N/A
1
电流通道A的增益选择为1时，引脚最大输入以±250 mV为限。因此，当
使用单端配置时，相对于AGND的最大输入为±250 mV。
模数转换
ADE7953的模数转换由三个二阶Σ-Δ调制器实现。为清楚
起见，图36中的框图显示了一阶Σ-Δ调制器的操作。模数
转换部分由Σ-Δ调制器和低通滤波器级组成。
CLKIN/4
ANALOG
LOW-PASS FILTER
R
INTEGRATOR
+
C
–
+VREF
LATCHED
+ COMPARATOR
–
.....10100101.....
1-BIT DAC
–VREF
DIGITAL
LOW-PASS
FILTER
24
09320-013
工作原理
图36. Σ-Δ转换
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。ADE7953采样时钟频率为895 kHz (CLKIN/4)。
反馈环路中的1位DAC由串行数据流驱动。DAC输出从输
入信号中减除。如果环路增益足够高，DAC输出的平均值
(以及相应的位流)就会接近输入信号电平的平均值。对于
一个采样间隔内的任意给定输入值，1位ADC的输出数据
几乎毫无意义。只有对大量样本进行平均，才能获得有意
义的结果。该均值操作在ADC的第二部分——数字低通滤
波器中执行。通过求取调制器输出的大量位的平均值，低
通滤波器产生与输入信号电平成比例的24位数据字。
Rev. 0 | Page 18 of 68
ADE7953
Σ-Δ型转换器利用两种技术——过采样和噪声整形——来使
本质上是1位转换的技术实现高分辨率。
过采样
过采样是实现高分辨率所用的第一种技术。过采样意味着
信号的采样速率(频率)比目标带宽高出许多倍。例如，
ADE7953的采样速率为895 kHz，而目标带宽为40 Hz至1.23
kHz。过采样具有将量化噪声(采样引起的噪声)散布于更宽
带宽的效果。由于噪声因散布于更宽的带宽而变得更细，
目标频段中的量化噪声便得以降低(见图37)。
ANTIALIASING FILTER
(RC)
SIGNAL
SHAPED NOISE
SAMPLING
FREQUENCY
抗混叠滤波器
如图36所示，各调制器的输入端需要一个外部低通RC滤波
器。此滤波器的作用是防止混叠。混叠指输入信号中折回
并出现在采样信号中的频率成分。当高于ADC半采样速率
(也称为奈奎斯特频率)的信号以低于半采样速率的频率出
现在采样信号中时，就会发生这种效应，如图38所示。
ALIASING EFFECTS
NOISE
0
3
447.5
FREQUENCY (kHz)
895
HIGH RESOLUTION
OUTPUT FROM
DIGITAL LPF
SIGNAL
SAMPLING
FREQUENCY
0
1.23
3
447.5
FREQUENCY (kHz)
IMAGE
FREQUENCIES
NOISE
895
09320-015
DIGITAL FILTER
噪声整形
噪声整形是实现高分辨率所用的第二种技术。在Σ-Δ调制
器中，噪声由积分器进行整形，由于反馈，积分器对量化
噪声的响应为高通型。其结果是大部分噪声位于较高频
率，可以通过数字低通滤波器予以消除。噪声整形如图37
所示。
0
3
447.5
FREQUENCY (kHz)
895
09320-014
图38. 混叠效应
图38中的箭头表示高于奈奎斯特频率(ADE7953为447.5
kHz)的频率成分向下折回。无论何种架构，所有ADC都会
发生混叠效应。
图37. 模拟调制器通过过采样和噪声整形降低噪声
然而，单凭过采样还不足以提高目标带宽的信噪比
(SNR)。例如，为将SNR仅仅提高6 dB(1位)，就需要4倍的
过采样比。为使过采样比保持在合理水平，可以对量化噪
声进行整形，使大部分噪声位于较高频率(参见噪声整形部
分)。
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ADE7953
LPF1
ZX_I DETECTION
CURRENT PEAK,
OVERCURRENT
DETECTION
IxP
VIN
PGA_x BITS
×1, ×2, ×4, ×8, ×16,
×22 (FOR IA ONLY)
PGA
HPFEN BIT
CONFIG[2]
REFERENCE
xIGAIN
ADC
INTENx BIT
CONFIG[1:0]
DIGITAL
INTEGRATOR
CURRENT RMS (IRMS)
CALCULATION
Ix WAVEFORM
SAMPLING REGISTER
ACTIVE AND REACTIVE
POWER CALCULATION
HPF
IxN
09320-019
DSP
图39. 电流通道ADC和信号路径
电流通道ADC
图39显示电流通道A的ADC信号路径和信号处理，电流通
道A通过IAP和IAN引脚进行访问。电流通道B的信号路径
与此相同，通过IBP和IBN引脚进行访问。ADC输出为二进
制补码24位数据字，以6.99 kSPS(每秒千采样)的速率提
供。在±250 mV的额定满量程模拟输入和2倍的PGA_Ix增
益 设 置 下 ， ADC产 生 最 大 输 出 码 。 ADC输 出 范 围 为 −
6,500,000 LSB(十进制)到+6,500,000 LSB。此输出因器件而
异。
如图39所示，各电流通道信号路径中都有一个高通滤波器
(HPF)。HPF默认使能，用于消除ADC输出中的直流失
调。强烈建议始终使能该滤波器，但可以将其禁用，方法
是将CONFIG寄存器(地址0x102)的HPFEN位(位2)清0。
HPFEN位清0将禁用两个电流通道和电压通道中的高通滤
波器。
di/dt电流传感器和数字积分器
如图39所示，通道A和通道B的电流通道信号路径均内置一
个数字积分器。该积分器默认禁用，只有与罗氏线圈等
di/dt传感器接口时才需要使用。当使用分流电阻或电流变
压器(CT)时，不需要该积分器，应保持禁用。
di/dt传感器用于检测交流电流引起的磁场变化。图40显示
了di/dt电流传感器的工作原理。
+ EMF (ELECTROMOTIVE FORCE)
– INDUCED BY CHANGES IN
MAGNETIC FLUX DENSITY (di/dt)
09320-020
MAGNETIC FIELD CREATED BY CURRENT
(DIRECTLY PROPORTIONAL TO CURRENT)
图40. di/dt电流传感器的工作原理
电流感生磁场的磁通密度与电流幅度成正比。穿过导体环
路的磁通密度变化会在环路两端产生电动势(EMF)。EMF
是一个电压信号，与电流对时间的微分(di/dt)成比例。
di/dt传感器的输出电压由载流导体与di/dt传感器之间的互
感决定。电流信号在使用之前，必须从di/dt信号恢复，这
就需要一个积分器来将该信号恢复为原始形式。
ADE7953的每个电流通道均内置一个数字积分器，用于从
di/dt传感器恢复电流信号。这两个数字积分器默认禁用。
将CONFIG寄存器(地址0x102)的INTENA位(位0)置1，可以
使能电流通道A的数字积分器。将CONFIG寄存器(地址
0x102)的INTENB位(位1)置1，可以使能电流通道B的数字
积分器。
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ADE7953
电压通道ADC
基准电压电路
图41显示电压通道输入的ADC信号路径和信号处理，电压
通道通过VP和VN引脚进行访问。ADC输出为二进制补码
24位数据字，以6.99 kSPS(每秒千采样)的速率提供。在
±500 mV的额定满量程模拟输入和1倍的PGA_V增益设置
下，ADC产生最大输出码。ADC输出范围为−6,500,000 LSB
(十进制)到+6,500,000 LSB。注意，此输出因器件而异。
ADE7953内置1.2 V标称值的基准电压源，通过REF引脚提
供基准电压。此基准电压供ADE7953中的ADC使用。也可
以将一个外部基准源(例如1.2 V外部基准电压)加载到REF
引脚。ADE7953的内部基准电压具有很小的温度漂移(参见
技术规格部分)。温度漂移值则因器件而略有不同。x%的
基准电压漂移会导致计量精度出现2x%的偏差。基准电压
温漂通常非常小，而且远小于电表中其它元件的温漂。
ADE7953默认使用内部基准电压。如果将EX_REF寄存器
(地址0x800)的位0置1，则可以将外部基准电压施加于REF
引脚。
如 图 41所 示 ， 电 压 通 道 信 号 路 径 中 有 一 个 高 通 滤 波 器
(HPF)。HPF默认使能，用于消除ADC输出中的直流失
调。强烈建议始终使能该滤波器，但可以将其禁用，方法
是将CONFIG寄存器(地址0x102)的HPFEN位(位2)清0。
HPFEN位清0将禁用两个电流通道和电压通道中的高通滤
波器。
VOLTAGE PEAK,
OVERVOLTAGE,
SAG DETECTION
DSP
VP
VIN
PGA_V BITS
×1, ×2, ×4, ×8, ×16
PGA
REFERENCE
HPFEN BIT
CONFIG[2]
VGAIN
ADC
HPF
VOLTAGE RMS (VRMS)
CALCULATION
V WAVEFORM
SAMPLING REGISTER
ACTIVE AND REACTIVE
POWER CALCULATION
LPF1
图41. 电压通道ADC和信号路径
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ZX DETECTION
09320-025
VN
ADE7953
有效值测量
有效值(rms)衡量交流信号的幅度。具体来说，交流信号的
有效值等于在同一负载上产生同等量的功率所需的直流
量。有效值的数学表示方法见公式1。
如图42所示，电流通道ADC的输出样本用于连续计算有效
值。有效值的计算方法是先对输出信号的平方进行低通滤
波，然后求取其结果的平方根。电流通道A和电流通道B的
24位无符号有效值测量结果分别通过IRMSA(地址0x21A和
地址0x31A)和IRMSB(地址0x21B和地址0x31B)寄存器提
供。这些寄存器均以6.99 kHz的速率更新。
对于时间采样信号，有效值计算涉及求信号的平方，取平
均值，然后获得其平方根。
由于有效值信号路径所用的LPF并非理想滤波器，因此建
议 与 过 零 信 号 同 步 读 取 IRMSx寄 存 器 (参 见 过 零 检 测 部
分)，这样可以消除有效值测量中存在的任何2ω纹波效
应，从而有助于稳定读数到读数的变化。
电压通道有效值计算
ADE7953在电压通道上提供有效值测量。图43显示了有效
值计算的信号路径。
ADE7953同时为电流通道A、电流通道B和电压通道提供有
效值测量。这些测量的建立时间约为200 ms，并以6.99 kHz
的速率更新。
电流通道有效值计算
ADE7953为电流通道A和电流通道B提供有效值测量。图42
显示了有效值计算的信号路径。电流通道A和电流通道B的
信号处理完全相同。
×IRMSOS[23:0]
CURRENT
SIGNAL
FROM HPF OR
INTEGRATOR
(IF ENABLED)
X2
LPF
√
图42. 电流通道有效值信号处理
IRMSx[23:0]
09320-040
212
VRMSOS[23:0]
212
VOLTAGE
SIGNAL
FROM HPF
X2
LPF
√
VRMS[23:0]
09320-041
如公式2所示，有效值测量包含来自基频和所有高达1.23
kHz测量带宽的谐波的信息。
图43. 电压通道有效值信号处理
如图43所示，电压通道ADC的输出样本用于连续计算有效
值。有效值的计算方法是先对输出信号的平方进行低通滤
波，然后求取其结果的平方根。24位无符号电压通道有效
值测量结果通过VRMS寄存器(地址0x21C和地址0x31C)提
供。该寄存器以6.99 kHz的速率更新。
由于有效值信号路径所用的LPF并非理想滤波器，因此建
议与过零信号同步读取VRMSx寄存器(参见过零检测部
分)，这样可以消除有效值测量中存在的任何2ω纹波效
应，从而有助于稳定读数到读数的变化。
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ADE7953
有功功率计算
有功功率等于瞬时功率信号的直流分量(公式5中的P(t))。
因此，有功功率等于VI。ADE7953利用该关系计算有功功
率。图44显示了这一概念。
功率指电能从电源流到负载的速率，规定为电压与电流波
形的乘积。由此得到的波形称为瞬时功率信号，等于每一
个时刻电能流动的速率。功率单位是瓦特或焦耳/秒。
ADE7953中的有功功率和电能计算的信号链如图45所示。
电流信号与电压信号相乘产生瞬时功率信号P(t)。然后由
LPF2(低通滤波器)提取瞬时功率信号的直流分量，从而获
得有功功率信息。由于LFP2不具有理想的“砖墙式”频率响
应，因此有功功率信号中会有某种纹波。该纹波为正弦波
形，频率等于线路频率的两倍。由于该纹波具有正弦特
性，因此当对有功功率信号进行积分以计算有功电能时(参
见有功电能计算部分)，会消除该纹波。
其中：
V是电压有效值。
I是电流有效值。
ADE7953在电流通道A和电流通道B上同时计算有功功率，
并将由此产生的测量结果分别存储到AWATT(地址0x212和
地址0x312)和BWATT(地址0x213和地址0x313)寄存器。在
满量程输入下，AWATT和BWATT寄存器中的预期读数约
为5,000,000 LSB(十进制)。
整数线周期(n)内的平均功率用公式7表示。
有功功率测量是在1.23 kHz的带宽上进行，并且包括该范
围内的任何谐波的效应。有功功率寄存器以6.99 kHz的速
率更新，可以在波形采样模式下读取(参见瞬时功率和波形
采样部分)。
其中：
P是有功或实际功率。
T是线周期时长。
INSTANTANEOUS
POWER SIGNAL
有功功率计算的符号
ADE7953的有功功率计算是带符号的计算。如果电流和电
压波形的相差大于90°，则功率为负值。负功率表示电能回
流到电网。ACCMODE寄存器(地址0x201和地址0x301)包
括两个符号指示位，用于显示电流通道A (APSIGN_A)和电
流通道B (APSIGN_B)的有功功率符号。更多信息请参见符
号指示部分。
P(t) = VRMS × IRMS – VRMS × IRMS × cos(2ωt)
INSTANTANEOUS
ACTIVE POWER SIGNAL:
VRMS × IRMS
VRMS
×
IRMS
0x0 0000
09320-043
I(t) = √2 × IRMS × sin(ωt)
V(t) = √2 × VRMS × sin(ωt)
图44. 有功功率计算
DIGITAL
INTEGRATOR
xWGAIN
HPF
PHCALx
xWATTOS
+
VGAIN
+
LPF2
VOLTAGE
CHANNEL
HPF
ACTIVE POWER
SIGNAL
图45. 有功电能信号链
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48
0
INTERNAL
ACCUMULATION
FIXED INTERNAL
THRESHOLD
23
AENERGYx
0
09320-044
xIGAIN
CURRENT
CHANNEL
A OR B
ADE7953
有功电能计算
AENERGYx[23:0]
如有功功率计算部分所述，功率指电能流动的速率。该关
系的数学表示方法见公式8。
0x7FFFFF
xWGAIN = 0x200000
xWGAIN = 0x400000
xWGAIN = 0x600000
0x3FFFFF
其中：
P是功率。
E是电能。
反过来看，电能可以表示为功率的积分。
0x000000
19.95
39.9
59.85
TIME (Seconds)
09320-042
0x400000
0x800000
ADE7953分两个阶段实现对有功功率信号的积分。在第一
阶段中，有功功率信号在内部48位寄存器中每隔143
μs
(6.99 kHz)累计一次，直至达到内部固定阈值。达到此阈值
后产生一个脉冲，并在用户可访问的24位accumulation寄
存器中累计。在满量程输入下，内部阈值导致最大累计速
率约为210 kHz。这一过程在电流通道A和电流通道B上同
时发生，由此产生的读数可以在24位AENERGYA(地址
0x21E和地址0x31E)和AENERGYB(地址0x21F和地址0x31F)
寄存器中读取。两个累计阶段均带符号，因此负电能会从
正电能中减除。
这种离散时间的累计或求和相当于连续时间的积分。公式
10表达了该关系。
其中：
n是离散时间采样数。
T是采样周期。
ADE7953累加寄存器的离散时间采样周期(T)为4.76 μs
(1/210 kHz)，如图46所示，它显示了满量程输入下电能寄
存器的翻滚速率。
图46. 有功电能的energy寄存器翻滚时间
注意，当功率或电能流向为正时，电能寄存器内容会翻滚
至满量程负值(0x800000)并继续增加。相反，如果功率为
负，则energy寄存器下溢到满量程正值(0x7FFFFF)并继续
减少。
默认情况下，AENERGYA和AENERGYB是读清零寄存器。
这意味着，在读操作之后，这些寄存器的内容复位为0。
将LCYCMODE寄存器(地址0x004)的位6 (RSTREAD)清0，
可以禁用该特性。
ADE7953包括两组中断，当有功电能寄存器半满(正或负)
或发生上溢/下溢时，就会触发中断。第一组中断与电流通
道A的有功电能相关，第二组中断与电流通道B的有功电能
相关。这些中断默认禁用，若要使能，须将用于电流通道
A的IRQENA寄存器(地址0x22C和地址0x32C)的AEHFA和
AEOFA位、以及用于电流通道B的IRQENB寄存器(地址
0x22F和地址0x32F)的AEHFB和AEOFB位置1。
稳定负载下的有功电能积分时间
累加寄存器的离散时间采样周期(T)为4.76 μs (1/210 kHz)。
当在模拟输入端提供满量程正弦信号，并且AWGAIN和
BWGAIN寄存器设置为0x400000时，每隔4.76 μs就会产生
一个脉冲并增加到AENERGYA和AENERGYB寄存器。24位
AENERGYA和AENERGYB寄存器能够存储的最大正值为
0x7FFFFF，超过此值寄存器就会上溢。在这些条件下，积
分时间可以通过下式计算：
时间 = 0x7FFFFF × 4.76 μs = 39.9秒
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ADE7953
写入LINECYC寄存器的半波周期数同时适用于电流通道A
和电流通道B。线周期累计时间结束时，AENERGYA和
AENERGYB寄存器更新，IRQSTATA寄存器(地址0x22D和
地址0x32D)中的CYCEND标志位置1。如果IRQENA寄存器
的CYCEND位置1，IRQ引脚就会发出一个外部中断请求。
这样，IRQ引脚也能用来指示线周期累计已完成。只要
LCYCMODE寄存器的ALWATT和BLWATT位仍然为1，就
会立即开始下一个累计周期。
有功电能线周期累计模式
在有功电能线周期累计模式下，ADE7953的电能累计与电
压通道过零同步，以便能够累计整数数量的半波周期的有
功电能。电流通道A和电流通道B均具有该特性。这样做的
好处是可以将有功电能的正弦分量降至0(参见公式12至公
式15)，从而消除电能计算中的任何纹波。由于缩短了积分
周期，因此电能计算也更精确，所需时间更少。线周期累
计模式可以用于快速校准，以及获得指定时长的平均功
率。利用公式6可以导出下列关于电能累计的公式：
AENERGYA和AENERGYB寄存器的内容与CYCEND标志
位同步更新。AENERGYA和AENERGYB寄存器保持其当前
值到下一个线周期时间结束，然后其内容用新读数替换。
如 果 LCYCMODE寄 存 器 ( 地 址 0x004) 的 读 取 后 复 位 位
(RSTREAD)置1，则AENERGYA和AENERGYB寄存器的内
容在读取后清0，并保持0值，直到下一个线周期时间结
束。
其中：
n是整数。
T是线周期时长。
如果在线周期累计的中途向LINECYC寄存器(地址0x101)写
入新值，则在线周期时间结束以前，不会在内部加载新
值。在读取中途更新LINECYC寄存器时，会首先完成当前
电能累计周期，然后设置新值，供下一个周期使用。这样
可以防止因为LINECYC寄存器的变化而出现无效读数(参
见图47)。
由于正弦分量在整数数量的线周期上积分，其值始终为
0，因此：
电流通道A和电流通道B的线周期累计模式默认禁用，若要
使能，须将LCYCMODE寄存器(地址0x004)的ALWATT和
BLWATT位置1。累计时间应以半波周期数为单位写入
LINECYC寄 存 器 ( 地 址 0x101) 。 ADE7953最 多 可 以 累 计
65,535个半波周期的电能，这相当于大约655秒(50 Hz输入)
或546秒(60 Hz输入)的累计时间。
AENERGYx REGISTER
CYCEND IRQ
NEW LINE CYCLE
VALUE PROGRAMMED
INTERNAL LINE CYCLE
UPDATED
图47. 更改LINECYC寄存器
xWGAIN
xWATTOS
+
OUTPUT FROM
LPF2
48
+
0
INTERNAL
ACCUMULATION
FIXED INTERNAL
THRESHOLD
LPF1
ZERO-CROSSING
DETECTION
CALIBRATION
CONTROL
23
15
LINECYC
图48. 有功电能线周期累计
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0
AENERGYx
0
09320-016
OUTPUT FROM
VOLTAGE CHANNEL
ADC
09320-017
LINECYC REGISTER
ADE7953
注意，首次使能线周期累计模式时，第一个CYCEND标志
之后的读数可能不准确，应当忽略。这是因为线周期累计
模式未与过零同步，所以第一个读数可能不是完整半波周
期数的结果。首次线周期累计完成之后，后续所有读数将
是准确的。
有功电能累计模式
带符号累计模式
ADE7953的默认有功电能累计模式是基于有功功率信息的
带符号累计。
使能时，仅正值累计模式会影响AENERGYA和AENERGYB
两个电能累加寄存器、以及CF输出引脚(参见电能频率转
换部分)。注意，使能一个电流通道的仅正值累计模式时，
该电流通道的反向功率特性不可用(参见反向功率部分)。
绝对值累计模式
ADE7953的电流通道A和电流通道B包括一个绝对有功电能
累计模式选项。在绝对值累计模式下，电能累计使用绝对
有功功率进行，而忽略任何低于空载阈值的功率(参见图
50)。
仅正值累计模式
ADE7953的电流通道A和电流通道B包括一个仅正值有功电
能累计模式选项。在仅正值累计模式下，电能累计仅对正
功率进行，而忽略任何高于或低于空载阈值的负功率(参见
图49)。
AENERGYx
NO-LOAD
THRESHOLD
ACTIVE POWER
09320-119
NO-LOAD
THRESHOLD
AENERGYx
图50. 有功电能绝对值累计模式
NO-LOAD
THRESHOLD
电流通道A和电流通道B的绝对值累计模式默认禁用，若要
使能，须将ACCMODE寄存器(地址0x201和地址0x301)的
AWATTACC和BWATTACC位设置为10。
ACTIVE POWER
09320-018
NO-LOAD
THRESHOLD
图49. 仅正值累计模式
电流通道A和电流通道B的仅正值累计模式默认禁用，若要
使能，须将ACCMODE寄存器(地址0x201和地址0x301)的
AWATTACC和BWATTACC位设置为01。
使能时，绝对值累计模式会影响AENERGYA和AENERGYB
两个电能累加寄存器、以及CF输出引脚(参见电能频率转
换部分)。注意，使能一个电流通道的绝对值累计模式时，
该电流通道的反向功率特性不可用(参见反向功率部分)。
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ADE7953
无功功率计算
电流信号与电压信号相乘产生瞬时无功功率信号RP(t)。电
流通道A和电流通道B的计算同时执行。该乘法在1.23 kHz
的全带宽上进行，因此无功功率测量结果包括此范围内的
所有谐波。
无功功率指电压和电流信号其中之一相移90°时，电压波形
与电流波形的乘积。由此得到的波形称为瞬时无功功率信
号。
ADE7953无功功率测量在整个频率范围内保持稳定。然后
由低通滤波器(LPF)提取瞬时无功功率信号的直流分量，从
而获得无功功率信息。
公式16是交流系统中电流通道相移+90°时的瞬时无功功率
信号的表达式。
无功功率信号路径中的LPF频率响应与有功功率计算所用
的LPF频率响应完全相同。由于LFP不具有理想的“砖墙式”
频率响应，因此无功功率信号中会有某种纹波。该纹波为
正弦波形，频率等于线路频率的两倍。由于该纹波具有正
弦特性，因此当对无功功率信号进行积分以计算无功电能
时(参见无功电能计算部分)，会消除该纹波。
ADE7953在电流通道A和电流通道B上同时计算无功功率，
并将由此产生的测量结果分别存储到AVAR(地址0x214和
地址0x314)和BVAR(地址0x215和地址0x315)寄存器。在满
量程输入下，AVAR和 BVAR寄存器中的预期读数 约为
5,000,000 LSB(十进制)。
其中：
V是电压有效值。
I是电流有效值。
θ是电压和电流通道的相差。
整数线周期(n)内的平均无功功率用公式21表示。
无功功率寄存器以6.99 kHz的速率更新，可以在波形采样
模式下读取(参见瞬时功率和波形采样部分)。
无功功率计算的符号
ADE7953的无功功率计算是带符号的计算。如果电流波形
超前于电压波形，则无功功率为负值。负无功功率表示负
载为容性。如果电流波形滞后于电压波形，则无功功率为
正值。正无功功率表示负载为感性。ACCMODE寄存器(地
址0x201和地址0x301)包括两个符号指示位，用于显示电流
通道A (VARSIGN_A)和电流通道B (VARSIGN_B)的无功功
率符号。更多信息请参见符号指示部分。
其中：
RP是无功功率。
T是线周期时长。
无功功率等于瞬时无功功率信号的直流分量(公式16中的
RP(t))。ADE7953利用该关系计算无功功率。ADE7953中的
无功功率和电能计算的信号链如图51所示。
VOLTAGE
CHANNEL
xVARGAIN
REACTIVE
POWER
ALGORITHM
REACTIVE
POWER
SIGNAL
48
+
+
xVAROS
0
INTERNAL
ACCUMULATION
FIXED INTERNAL
THRESHOLD
图51. 无功电能信号链
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23
RENERGYx
0
09320-120
CURRENT
CHANNEL
A OR B
ADE7953
无功电能计算
稳定负载下的无功电能积分时间
累加寄存器的离散时间采样周期(T)为4.76 μs (1/210 kHz)。
假设AVARGAIN和BVARGAIN寄存器设置为0x00，当在模
拟输入端提供满量程正弦信号且相移为90°时，每隔4.76 μs
就会产生一个脉冲并增加到RENERGYA和RENERGYB寄存
器。24位RENERGYA和RENERGYB寄存器能够存储的最大
正值为0x7FFFFF，超过此值寄存器就会上溢。在这些条件
下，积分时间可以通过下式计算：
ADE7953分两个阶段实现对无功功率信号的积分。在第一
阶段中，无功功率信号在内部48位寄存器中每隔143 μs
(6.99 kHz)累计一次，直至达到内部固定阈值。达到此阈值
后产生一个脉冲，并在用户可访问的24位累加寄存器中累
计。在满量程输入下，内部阈值导致最大累计速率约为
210 kHz。这一过程在电流通道A和电流通道B上同时发
生，由此产生的读数可以在24位RENERGYA(地址0x220和
地址0x320)和RENERGYB(地址0x221和地址0x321)寄存器中
读取。两个累计阶段均带符号，因此负电能会从正电能中
减除。
时间 = 0x7FFFFF × 4.76 μs = 39.9秒
无功电能线周期累计模式
在无功电能线周期累计模式下，ADE7953的电能累计与电
压通道过零同步，以便电流通道A和电流通道B能够累计整
数数量的半波周期的无功电能。电流通道A和电流通道B的
线周期累计模式默认禁用，若要使能，须将LCYCMODE
寄存器(地址0x004)的ALVAR和BLVAR位置1。
注意，当功率或电能流向为正时，无功电能寄存器内容会
翻滚至满量程负值(0x800000)并继续增加。相反，如果功
率为负，则energy寄存器下溢到满量程正值(0x7FFFFF)并
继续减少。
默认情况下，RENERGYA和RENERGYB是读清零寄存器。
这意味着，在读操作之后，这些寄存器的内容复位为0。
将LCYCMODE寄存器(地址0x004)的位6 (RSTREAD)清0，
可以禁用该特性。
累计时间应以半波周期数为单位写入LINECYC寄存器(地
址0x101)。写入LINECYC寄存器的半波周期数同时适用于
电流通道A和电流通道B。ADE7953最多可以累计65,535个
半波周期的无功电能，这相当于大约655秒(50 Hz输入)或
546秒(60 Hz输入)的累计时间。
ADE7953包括两组中断，当无功电能寄存器半满(正或负)
或发生上溢/下溢时，就会触发中断。第一组中断与电流通
道A的无功电能相关，第二组中断与电流通道B的无功电能
相关。这些中断默认禁用，若要使能，须将用于电流通道
A的IRQENA寄存器(地址0x22C和地址0x32C)的VAREHFA
和VAREOFA位、以及用于电流通道B的IRQENB寄存器(地
址0x22F和地址0x32F)的VAREHFB和VAREOFB位置1。
xVARGAIN
线周期累计时间结束时，RENERGYA和RENERGYB寄存器
更新，IRQSTATA寄存器(地址0x22D和地址0x32D)中的
CYCEND标志位置1。如果IRQENA寄存器的CYCEND位置
1，IRQ引脚就会发出一个外部中断。这样，IRQ引脚也能
用来指示线周期累计已完成。只要LCYCMODE寄存器的
ALVAR和BLVAR位仍然为1，就会立即开始下一个累计周
期。
xVAROS
+
OUTPUT FROM
LPF2
+
48
0
INTERNAL
ACCUMULATION
FIXED INTERNAL
THRESHOLD
LPF1
ZERO-CROSSING
DETECTION
CALIBRATION
CONTROL
23
15
LINECYC
0
图52. 无功电能线周期累计
Rev. 0 | Page 28 of 68
RENERGYx
0
09320-021
OUTPUT FROM
VOLTAGE CHANNEL
ADC
(22)
ADE7953
RENERGYA和RENERGYB寄存器的内容与CYCEND标志位
同步更新。RENERGYA和RENERGYB寄存器保持其当前值
到下一个线周期时间结束，然后其内容用新读数替换。如
果 LCYCMODE寄 存 器 ( 地 址 0x004) 的 读 取 后 复 位 位
(RSTREAD)置1，则RENERGYA和RENERGYB寄存器的内
容在读取后清0，并保持0值，直到下一个线周期时间结
束。
NO-LOAD
THRESHOLD
REACTIVE POWER
NO-LOAD
THRESHOLD
NO-LOAD
THRESHOLD
注意，首次使能线周期累计模式时，第一个CYCEND标志
之后的读数可能不准确，应当忽略。这是因为线周期累计
模式未与过零同步，所以第一个读数可能不是完整半波周
期数的结果。首次线周期累计完成之后，后续所有读数将
是准确的。
无功电能累计模式
带符号累计模式
ADE7953的默认无功电能累计模式是基于无功功率信息的
带符号累计。
防窃电累计模式
ADE7953提供防窃电累计模式，它根据有功功率的符号累
计无功电能。当有功功率为正值时，无功功率累加到无功
电能累加寄存器。当有功功率为负值时，无功功率从无功
电能累加寄存器中减除(参见图53)。
ACTIVE POWER
NO-LOAD
THRESHOLD
09320-022
如果在线周期累计的中途向LINECYC寄存器(地址0x101)写
入新值，则在线周期时间结束以前，不会在内部加载新
值。在读取中途更新LINECYC寄存器时，会首先完成当前
电能累计周期，然后设置新值，供下一个周期使用。这样
可以防止因为LINECYC寄存器的变化而出现无效读数(参
见图47)。
RENERGYx
图53. 防窃电累计模式下的无功电能累计
绝对值累计模式
ADE7953的电流通道A和电流通道B包括一个绝对无功电能
累计模式选项。在绝对值累计模式下，电能累计使用绝对
无功功率进行，而忽略任何低于空载阈值的功率(参见图
54)。
电流通道A和电流通道B的防窃电累计模式默认禁用，若要
使能，须将ACCMODE寄存器(地址0x201和地址0x301)的
AVARACC和BVARACC位设置为01。使能时，防窃电累计
模式会影响RENERGYA和RENERGYB两个无功电能累加寄
存器、以及CF输出引脚(参见电能频率转换部分)。
RENERGYx
NO-LOAD
THRESHOLD
REACTIVE POWER
09320-023
NO-LOAD
THRESHOLD
图54. 无功电能绝对值累计模式
电流通道A和电流通道B的绝对值累计模式默认禁用，若要
使能，须将ACCMODE寄存器(地址0x201和地址0x301)的
AVARACC和BVARACC位设置为10。
使能时，绝对值累计模式会影响RENERGYA和RENERGYB
两个电能累加寄存器、以及CF输出引脚(参见电能频率转
换部分)。
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ADE7953
这一过程在电流通道A和电流通道B上同时发生，由此产生
的读数可以在24位APENERGYA(地址0x222和地址0x322)和
APENERGYB(地址0x223和地址0x323)寄存器中读取。
视在功率计算
视在功率指能够向负载提供的最大功率。VRMS和IRMS分
别是提供给负载的有效电压和电流。因此，视在功率可以
定义为VRMS与IRMS的乘积。该关系独立于电压与电流之
间的相位角度。
注意，当功率或电能流向为正时，视在电能寄存器内容会
翻滚至满量程负值(0x800000)并继续增加。相反，如果功
率为负，则电能寄存器下溢到满量程正值(0x7FFFFF)并继
续减少。
公式26是交流信号中瞬时视在功率信号的表达式。
默认情况下，APENERGYA和APENERGYB是读清零寄存
器。这意味着，在读操作之后，这些寄存器的内容复位为
0。将LCYCMODE寄存器(地址0x004)的位6 (RSTREAD)清
0，可以禁用该特性。
ADE7953包括两组中断，当视在电能寄存器半满(正或负)
或发生上溢/下溢时，就会触发中断。第一组中断与电流通
道A的视在电能相关，第二组中断与电流通道B的视在电能
相关。
ADE7953在电流通道A和电流通道B上同时计算视在功率，
并将由此产生的测量结果分别存储到AVA(地址0x210和地
址0x310)和BVA(地址0x211和地址0x311)寄存器。
这些中断默认禁用，若要使能，须将用于电流通道A的
IRQENA寄存器(地址0x22C和地址0x32C)的VAEHFA和
VAEOFA位、以及用于电流通道B的IRQENB寄存器(地址
0x22F和地址0x32F)的VAEHFB和VAEOFB位置1。
视在功率测量是在1.23 kHz的带宽上进行，并且包括该范
围内的任何谐波的效应。视在功率寄存器以6.99 kHz的速
率更新，可以在波形采样模式下读取(参见瞬时功率和波形
采样部分)。
稳定负载下的视在电能积分时间
累加寄存器的离散时间采样周期(T)为4.76 μs (1/210 kHz)。
假设AVAGAIN和BVAGAIN寄存器设置为0x00，当在模拟
输入端提供满量程正弦信号时，每隔4.76 μs就会产生一个
脉冲并增加到APENERGYA和APENERGYB寄存器。24位
APENERGYA和APENERGYB寄存器能够存储的最大正值
为0x7FFFFF，超过此值寄存器就会上溢。在这些条件下，
积分时间可以通过下式计算：
视在电能计算
视在电能可以表示为视在功率的积分。
ADE7953分两个阶段实现对视在功率信号的积分。在第一
阶段中，视在功率信号在内部48位寄存器中每隔143 μs
(6.99 kHz)累计一次，直至达到内部固定阈值。达到此阈值
后产生一个脉冲，并在用户可访问的24位累加寄存器中累
计。在满量程输入下，内部阈值导致最大累计速率约为
210 kHz。
时间 = 0x7FFFFF × 4.76 μs = 39.9秒
xVAGAIN
48
+
VOLTAGE
RMS
APPARENT
POWER
SIGNAL
+
xVAOS
0
INTERNAL
ACCUMULATION
FIXED INTERNAL
THRESHOLD
图55. 视在电能累计信号链
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23
APENERGYx
0
09320-024
CURRENT RMS
CHANNEL
A OR B
ADE7953
xVAGAIN
APPARENT
POWER
SIGNAL
xVAOS
+
+
48
0
INTERNAL
ACCUMULATION
FIXED INTERNAL
THRESHOLD
LPF1
ZERO-CROSSING
DETECTION
CALIBRATION
CONTROL
23
15
LINECYC
0
APENERGYx
0
09320-125
OUTPUT FROM
VOLTAGE CHANNEL
ADC
图56. 视在电能线周期累计
视在电能线周期累计模式
在视在电能线周期累计模式下，ADE7953的电能累计与电
压通道过零同步，以便电流通道A和电流通道B能够累计整
数数量的半波周期的视在电能。电流通道A和电流通道B的
线周期累计模式默认禁用，若要使能，须将LCYCMODE
寄存器(地址0x004)的ALVA和BLVA位置1。
累计时间应以半波周期数为单位写入LINECYC寄存器(地
址0x101)。写入LINECYC寄存器的半波周期数同时适用于
电流通道A和电流通道B。ADE7953最多可以累计65,535个
半波周期的视在电能，这相当于大约655秒(50 Hz输入)或
546秒(60 Hz输入)的累计时间。
线周期累计时间结束时，APENERGYA和APENERGYB寄
存器更新，IRQSTATA寄存器(地址0x22D和地址0x32D)中
的CYCEND标志位置1。如果IRQENA寄存器的CYCEND位
置1，IRQ引脚就会发出一个外部中断。这样，IRQ引脚也
能用来指示线周期累计已完成。只要LCYCMODE寄存器
的ALVA和BLVA位仍然为1，就会立即开始下一个累计周
期。
APENERGYA和APENERGYB寄存器的内容与CYCEND标
志位同步更新。APENERGYA和APENERGYB寄存器保持
其当前值到下一个线周期时间结束，然后其内容用新读数
替换。如果LCYCMODE寄存器(地址0x004)的读取后复位
位(RSTREAD)置1，则APENERGYA和APENERGYB寄存器
的内容在读取后清0，并保持0值，直到下一个线周期时间
结束。
如果在线周期累计的中途向LINECYC寄存器(地址0x101)写
入新值，则在线周期时间结束以前，不会在内部加载新
值。在读取中途更新LINECYC寄存器时，会首先完成当前
电能累计周期，然后设置新值，供下一个周期使用。这样
可以防止因为LINECYC寄存器的变化而出现无效读数(参
见图47)。
注意，首次使能线周期累计模式时，第一个CYCEND标志
之后的读数可能不准确，应当忽略。这是因为线周期累计
模式未与过零同步，所以第一个读数可能不是完整半波周
期数的结果。首次线周期累计完成之后，后续所有读数将
是准确的。
安培小时累计
在电表没有电压可用的窃电情况下，ADE7953可以累加安
培小时测量结果，取代累计APENERGYA和APENERGYB
寄存器的视在功率。如果使能这种模式，则会连续累计电
流通道A和电流通道B的IRMS测量结果，而不累计视在功
率；同时视在功率CF输出引脚将反映安培小时测量结果
(参见电能频率转换部分)。在安培小时累计模式下，所有
用于视在功率和视在电能累计的信号处理和校准寄存器仍
然有效，其中包括视在电能空载特性(参见视在电能空载部
分)。这种模式需要重新校准，因为IRMS与视在信号之间
存在内部调整差异。
Rev. 0 | Page 31 of 68
ADE7953
电能频率转换
出于校准目的，ADE7953提供两种电能频率转换。制造过
程中进行初步校准之后，制造商或最终用户常常需要验证
电表的精度。一种简便的验证方法是在稳定负载条件下，
提供与有功、无功、视在功率或电流有效值成比例的输出
频率。该输出频率用作一个简单的单线接口，可以对它进
行光隔离，以与外部校准设备进行接口。ADE7953包括两
个完全可编程的校准频率输出引脚：CF1(引脚23)和CF2(引
脚24)。电能频率转换如图57所示。
CFxSEL BITS
IN CFMODE REGISTER
这 两 个 脉 冲 输 出 (CF1和 CF2)默 认 禁 用 ， 可 以 通 过 将
CFMODE寄存器(地址0x107)的CF1DIS和CF2DIS位清0而分
别使能。
1
DFC
÷
CFxDEN
CFx PULSE
OUTPUT
09320-026
VA
IRMS
VAR
WATT
IRMSA + IRMSB
AWATT + BWATT
CF1和CF2引脚的输出信号可以配置为与电流通道A或电流
通道B的有功功率、无功功率、视在功率或IRMS成比例。
此外，CF1和CF2的输出信号还可以配置为与电流通道A
IRMS和电流通道B IRMS之和成比例，或者与电流通道A有
功功率和电流通道B有功功率之和成比例。这种配置需要
重新校准，因为实际的CF输出等于电流通道A有功功率和
电流通道B有功功率之和除以2。CF1和CF2输出引脚通过
设置CFMODE寄存器(地址0x107)的CF1SEL和CF2SEL位进
行编程。
脉冲输出特性
图57. 电能频率转换
两个数字频率转换器(DFC)用于产生脉冲输出。每次电能
寄存器累计1 LSB时，DFC就会产生一个脉冲。当DFC输出
产生CFxDEN数量的脉冲时，就会产生一个输出脉冲。
如果脉冲周期长于160 ms (6.25 Hz)，两个DFC的脉冲输出
将保持低电平80 ms。如果脉冲周期短于160 ms，则脉冲输
出的占空比为50%。这些脉冲输出为低电平有效。在满量
程交流输入和CFxDEN = 0x00时，最大输出频率约为210
kHz。
ADE7953包括两个无符号16位寄存器CF1DEN(地址0x103)
和CF2DEN(地址0x104)，用于分别控制CF1和CF2引脚的CF
输出频率。这些16位分频寄存器可以1/(216 – 1)的步进将输
出频率缩小(216 – 1)倍，从而输出值1。
Rev. 0 | Page 32 of 68
ADE7953
电能校准
增益校准
电流通道A和电流通道B可以分别校准有功、无功和视在功
率测量，从而补偿不同电表的增益偏差。
AWGAIN寄存器(地址0x282和地址0x382)控制电流通道A的
有功功率增益校准，BWGAIN寄存器(地址0x28E和地址
0x38E)控制电流通道B的有功功率增益校准。xWGAIN寄存
器的默认值为0x400000，对应于无增益校准。能够写入
xWGAIN寄存器的最小值为0x200000，对应于−50%的增益
调整。能够写入xWGAIN寄存器的最大值为0x600000，对
应于+50%的增益调整。公式29反映了增益调整与xWGAIN
寄存器的关系。
电流通道增益调整
电流通道B也有一个增益校准寄存器。该寄存器可以用来
匹配电流通道B与电流通道A，以简化校准和计算。电流通
道 B的 增 益 校 准 通 过 BIGAIN寄 存 器 ( 地 址 0x28C和 地 址
0x38C)来执行。公式32反映了增益调整与IRMSB寄存器的
关系。
电压通道和电流通道A也有类似的寄存器可用。VGAIN寄
存器(地址0x281和地址0x381)和AIGAIN寄存器(地址0x280
和地址0x380)提供增益校准和调整功能，方式与BIGAIN寄
存器相同。
相位校准
对于无功功率和视在功率，也存在类似的增益校准寄存
器。电流通道A和电流通道B的无功功率可以分别利用
AVARGAIN(地址0x283和地址0x383)和BVARGAIN(地址
0x28F和地址0x38F)寄存器进行增益校准。电流通道A和电
流通道B的视在功率可以分别利用AVAGAIN(地址0x284和
地址0x384)和BVAGAIN(地址0x290和地址0x390)寄存器进
行增益校准。xVARGAIN和xVAGAIN寄存器影响无功和视
在功率的方式与xWGAIN寄存器影响有功功率的方式相
同。因此，可以对公式29进行修改，以反映无功和视在功
率的增益校准，如公式30和公式31所示。
ADE7953设计用于配合各种电流传感器工作，包括会引起
固有相位误差的传感器。对于电流变压器(CT)，0.1°至0.3°
的相位误差并不罕见。这些相位误差因器件而异，必须予
以校正才能获得精确的功率读数。当功率因数较低时，相
位不匹配所引起的误差特别明显。ADE7953通过引入延迟
时间或提前时间，以数字方式校准这些细小的相位误差。
由于电流通道A和电流通道B可能使用不同的传感器，因此
各通道的相位校准寄存器是独立的。PHCALA寄存器(地址
0x108)用于校正电流通道A的相位误差，PHCALB寄存器
(地址0x109)用于校正电流通道B的相位误差。两个寄存器
均为10位符号幅度格式，MSB表示相应电流通道施加的是
延迟时间还是提前时间。如果将0写入PHCALx寄存器的
MSB，则向电流通道引入一个延迟时间。如果将1写入
PHCALx寄存器的MSB，则向电流通道引入一个提前时
间。
能 够 写 入 PHCALx[8:0]的 最 大 范 围 是 383( 十 进 制 ) 。
PHCALx寄存器的1 LSB相当于1.12 μs (CLKIN/4)的延迟时间
或提前时间。对于50 Hz的线路频率，分辨率为0.02°/LSB
((360 × 50 Hz)/898.857 kHz)，在任一方向上可提供7.66°的
总校正量。对于60
Hz的线路频率，分辨率为0.024°/LSB
((360 × 60 Hz)/898.857 kHz)，在任一方向上可提供9.192°的
总校正量。
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ADE7953
失调校准
功率失调
ADE7953拥有多个失调校准寄存器，分别对应电流通道A
和电流通道B的有功、无功、视在功率等。由于PCB上和
ADE7953中的通道间串扰，功率计算中可能存在失调。通
过失调校准可以消除这些失调，提高低输入电平时的测量
精度。
电流通道A和电流通道B的有功功率失调可以分别通过调整
AWATTOS(地址0x289和地址0x389)和BWATTOS(地址
0x295和地址0x395)寄存器来校正。xWATTOS寄存器为24
位带符号二进制补码寄存器，默认值为0。xWATTOS寄存
器中的1 LSB相当于有功功率测量的0.001953 LSB。因此，
xWATTOS值移位9位后施加于xWATT寄存器，如图58所
示。
23
9
0
0
09320-027
23
电压有效值通过调整VRMSOS寄存器(地址0x288和地址
0x388)来校正。这个24位带符号二进制补码寄存器的默认
值为0，表示不增加任何偏移。VRMSOS值在平方根函数
前应用。公式33显示了VRMSOS寄存器对VRMS测量的影
响。
VRMS = VRMS0 2 + VRMSOS × 212
(33)
其中，VRMS0是失调校准前的初始VRMS读数。
xWATTOS
xWATT
有效值失调
ADE7953拥有用于校正有效值测量失调的失调校准寄存
器。电流通道A和电流通道B的IRMS测量以及VRMS测量均
有相应的失调校准寄存器。由于V2(t)的直流分量中存在输
入噪声的积分，因此有效值计算中可能存在失调。通过失
调校准可以消除这些失调，提高低输入电平时的测量精
度。
图58. xWATTOS和xWATT寄存器
电压和电流通道在满量程输入下，预期功率读数约为
5,000,000 LSB(十进制)。电流通道A和电流通道B在−60 dB
(1000:1)时，AWATT和BWATT寄存器的预期读数分别约
为5000(十进制)。因此，在−60 dB时，xWATT寄存器的
1 LSB对应0.000039%。
电流有效值失调以类似方式进行校准。AIRMSOS寄存器
( 地 址 0x286和 地 址 0x386) 补 偿 IRMSA测 量 的 失 调 ，
BIRMSOS寄存器(地址0x292和地址0x392)补偿IRMSB测量
的失调。两个寄存器均为24位带符号二进制补码寄存器。
xIRMSOS寄存器影响IRMS测量的方式与VRMSOS寄存器影
响VRMS测量的方式相同。因此，可以对公式33进行修
改，以反映IRMS的失调校准，如公式34和公式35所示。
电流通道A和电流通道B的无功功率失调可以分别通过调整
AVAROS(地址0x28A和地址0x38A)和BVAROS(地址0x296和
地址0x396)寄存器来校正。xVAROS寄存器影响无功功率
的方式与xWATTOS寄存器影响有功功率的方式相同。
电流通道A和电流通道B的视在功率失调可以分别通过调整
AVAOS(地址0x28B和地址0x38B)和BVAOS(地址0x297和地
址0x397)寄存器来校正。xVAOS寄存器影响视在功率的方
式与xWATTOS寄存器影响有功功率的方式相同。
Rev. 0 | Page 34 of 68
IRMSA = IRMSA0 2 + AIRMSOS × 212
(34)
IRMSB = IRMSB0 2 + BIRMSOS × 212
(35)
ADE7953
周期测量
ADE7953提供电压通道的周期测量。测量结果在16位无符
对于50 Hz网络，period寄存器的值约为4460(十进制、
号period寄存器(地址.0x10E)中提供。Period寄存器每个线
223 kHz/50 Hz)；对于60 Hz网络，该值约为3716(十进制、
周期更新一次，在周期测量稳定之前，它需要30 ms到40
223 kHz/60 Hz)。当线路建立之后，测量结果不再改变
ms的建立时间。
时，period寄存器稳定在±1 LSB。
周期测量的分辨率为4.48 μs/LSB(223 kHz时钟)，相当于50
可以利用下面的公式和period寄存器来计算线周期和频
Hz线路频率时的0.0224%或60 Hz线路频率时的0.0268%。
率。
TL =
Rev. 0 | Page 35 of 68
PERIOD[15:0] + 1
223 kHz
sec
(36)
ADE7953
瞬时功率和波形采样
除了瞬时有功、无功和视在功率以外，ADE7953还能提供
表7.波形采样寄存器
电流和电压通道波形数据。利用这些信息可以更详细地分
析瞬时数据，包括重构电流和电压输入以进行谐波分析。
这些测量结果通过一组24/32位带符号寄存器提供(参见表
7)。
所有测量结果均以6.99 kHz(CLKIN/512)的速率更新。
ADE7953提供一个中断状态位WSMP，它以6.99 kHz的速率
触发，使得测量能够与瞬时信号更新速率同步。该状态位
位于IRQSTATA寄存器(地址0x22D和地址0x32D)。通过设
置IRQENA寄存器(地址0x22C和地址0x32C)的WSMP位(位
测量
有功功率(电流通道A)
有功功率(电流通道B)
无功功率(电流通道A)
无功功率(电流通道B)
视在功率(电流通道A)
视在功率(电流通道B)
电流(电流通道A)
电流(电流通道B)
电压(电压通道)
17)，也可以将该信号配置为触发外部IRQ引脚上的中断。
ADE7953还提供一个以同样的6.99 kHz速率发送不锁存数
据就绪信号的选项。该信号提供与WSMP中断相同的信
息，但它不锁存，所以不需要在每次有新数据可用时进行
处理。数据就绪信号保持高电平280 ns，然后自动变为低
电平。数据就绪信号默认禁用，若要通过REVP、ZX和
ZX_I引脚输出，须将ALT_OUTPUT寄存器(地址0x110)的
REVP_ALT、ZX_ALT和ZXI_ALT位设置为1001。
Rev. 0 | Page 36 of 68
寄存器
AWATT
BWATT
AVAR
BVAR
AVA
BVA
IA
IB
V
24位
0x212
0x213
0x214
0x215
0x210
0x211
0x216
0x217
0x218
地址
32位
0x312
0x313
0x314
0x315
0x310
0x311
0x316
0x317
0x318
ADE7953
功率因数
ADE7953同时在电流通道A和电流通道B上提供直接功率因
默认情况下，瞬时有功和视在功率读数用来计算功率因
数测量。交流电路的功率因数指流入负载的有功功率与视
数，寄存器以6.99 kHz的速率更新。符号位从各通道的瞬
在功率之比。功率因数测量用“超前”或‘滞后“来描述，表
时无功电能测量获得。
示电流波形超前或滞后于电压波形。
利用线周期累计模式确定功率因数
当电流波形超前于电压波形时，负载为容性，功率因数为
如果需要通过对更多样本求平均值来测量功率因数，则
负值。当电流波形滞后于电压波形时，负载为感性，功率
ADE7953可以利用有功和视在电能的线周期累计测量结果
因数为正值。
来确定功率因数(参见有功电能线周期累计模式部分和视在
电能线周期累计模式部分)。该选项可提供更稳定的功率因
电流波形与电压波形的关系如图59所示。
数读数。
ACTIVE (–)
REACTIVE (–)
I
ACTIVE (+)
REACTIVE (–)
若要利用线周期累计模式来确定功率因数，ADE7953须配
CAPACITIVE LOAD:
CURRENT LEADS
VOLTAGE
+60° = θ; PF = –0.5
置如下：
V
–60° = θ; PF = +0.5
ACTIVE (+)
REACTIVE (+)
CONFIG寄存器(地址0x102)的PFMODE位(位3)置1。
•
LCYCMODE寄存器(地址0x004)的xLWATT和xLVA位
置1，使能有功电能和视在电能的线周期累计模式。
09320-028
I
ACTIVE (–)
REACTIVE (+)
INDUCTIVE LOAD:
CURRENT LAGS
VOLTAGE
•
图59. 容性负载和感性负载
利用周期累计模式确定功率因数时，功率因数测量的更新
速率为整数个半波周期数。半波周期数通过LINECYC寄存
器(地址0x101)进行编程。关于有功设置线周期累计模式的
如图59所示，当负载为容性时，无功功率测量结果为负
详细信息，参见有功电能线周期累计模式部分和视在电能
值；当负载为感性时，无功功率测量结果为正值。因此，
线周期累计模式部分。
无功功率的符号可以反映功率因数的符号。
空载检测下的功率因数
功率因数的数学定义如公式37所示。
如果使能空载检测(参见空载检测部分)，则空载条件会影
Power Factor =
(Sign of Reactive Power ) ×
Active Power
Apparent Power
(37)
响功率因数测量。下列考虑仅适用于空载检测已使能并且
发生空载条件的情况：
•
功 率 因 数 测 量 包 括1. 23 k H z带宽范围内的所有谐波的
因为器件认为此时不存在有功或无功功率。
•
效应。
功率因数读数存储在两个16位带符号寄存器中：对应电流
通道A的PFA(地址0x10A)和对应电流通道B的PFB(地址
如果有功电能空载条件为真，则功率因数测量置0，
因为器件认为此时负载为纯容性或纯感性。
•
0x10B)。这些寄存器是带符号的二进制补码寄存器，MSB
表示功率因数的极性。PFx寄存器的1
如果视在电能空载条件为真，则功率因数测量置1，
LSB相当于2−15的权
重；因此，最大寄存器值0x7FFF对应的功率因数为1，最
小寄存器值0x8000对应的功率因数为−1。
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如果无功电能空载条件为真，则功率因数的符号取
决于有功功率的符号。
ADE7953
角度测量
电流输入与电压输入之间的时间延迟可以用来描述负载的
ADE7953能够测量电流输入与电压输入之间的延迟时间。
平衡特性。相电压与电流之间的延迟可以用来计算电流通
电流通道A和电流通道B均具有该特性。过零检测电路所识
道A和电流通道B的功率因数，如公式38所示。
别的负正跃迁用作测量的开始和停止条件(参见图60)。
PHASE A
VOLTAGE
PHASE A
CURRENT
其中：
x = A或B。
fLINE为50 Hz或60 Hz。
图60. 电流与电压之间的时间延迟
这种确定功率因数的方法不考虑任何谐波的效应，因此，
09320-031
ANGLE_x
它可能并不等同于公式37所示的功率因数的真实定义。
ADE7953同时在电流通道A和电流通道B上提供时间延迟测
量 。 测 量 结 果 通 过 16位 带 符 号 寄 存 器 ANGLE_A( 地 址
0x10C) 和 ANGLE_B( 地 址 0x10D) 提 供 。 ANGLE_A或
ANGLE_B寄存器的1 LSB对应4.47 μs(223 kHz时钟)。因此，
50 Hz时的分辨率为0.0807° ((360 × 50)/223 kHz)，60 Hz时为
0.0969° ((360 × 60)/223 kHz)。
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ADE7953
空载检测
ADE7953利用空载检测功能来消除“电表潜动”现象。电表
有功电能空载检测
潜动指没有连接负载时电表累计的多余电能。当电能降至
有功电能空载检测可以与无功电能空载检测一起使用，以
可编程阈值以下时，ADE7953会发出警告，并停止累计电
便确立“真实”的空载特性。如果有功和无功电能均降至空
能。ADE7953的有功、无功和视在电能测量均包括空载特
载阈值以下，则不存在阻性、感性和容性负载。当存在感
性。这样就能检测到真正的空载条件，同时在纯阻性、纯
性或容性负载时，也可以使用有功电能空载特性来防止有
感性或纯容性负载条件下防止爬电。空载特性默认使能。
功电能爬电。
设置空载阈值
如果电流通道A(相)或电流通道B(零线)的有功电能降至所
三个独立的24/32位寄存器分别用于设置有功、无功和视在
设置的阈值以下，则AENERGYA或AENERGYB寄存器停止
电 能 的 空 载 阈 值 ： AP_NOLOAD( 地 址 0x203和 地 址
累计该通道的有功电能。如果CF1或CF2引脚被设置为输出
0x303) 、 VAR_NOLOAD( 地 址 0x204和 地 址 0x304) 和
有功电能，则CF输出禁用并保持高电平(参见电能频率转
VA_NOLOAD(地址0x205和地址0x305)。有功、无功和视
换部分)。如果使能，则在空载条件下，有功反向功率指示
在电能空载阈值彼此完全独立，因此需要全部三个阈值。
(REVP)将保持其当前状态(参见反向功率部分)。电流通道
这三种测量的空载阈值可以根据公式39进行设置。
A的有功电能空载条件由IRQSTATA寄存器(地址0x22D和
地址0x32D)的AP_NOLOADA位(位6)指示。电流通道B的
有功电能空载条件由IRQSTATB寄存器(地址0x230和地址
其中：
0x330)的AP_NOLOADB位(位6)指示。
X为AP、VAR或VA。
电流通道A和电流通道B彼此独立，因此，电流通道A的空
Y是相对于满量程电能的阈值幅度要求(例如20,000:1)。
载条件仅影响电流通道A的电能累计、CF输出和反向功
如公式39所示，空载阈值可以根据相对于满量程的水平要
率，电流通道B亦如此。
求进行配置。例如，如果要求的空载阈值为满量程电流通
有功电能空载特性默认使能，若要禁用，须将DISNO-
道的10,000:1，并且电压通道的工作电压设置为±250
mV
(满量程的50%)，则Y值必须为20,000。AP_NOLOAD和
VAR_NOLOADA寄存器的默认值为58,393(十进制)，相当
于大约10,000:1的初始空载阈值。VA_NOLOAD寄存器的
默认值为0x00。
LOAD寄存器(地址0x001)的位0置1。
有功电能空载中断
有功电能空载特性有两个相关的中断：一个用于电流通道
A(相)，一个用于电流通道B(零线)。如果使能，则当有功
电能降至所设置的阈值以下时，就会触发中断。
空载阈值AP_NOLOAD、VAR_NOLOAD和VA_NOLOAD
必须在空载特性使能之前写入。空载特性通过DISNOLOAD寄存器(地址0x001)使能。如果阈值需要修改，应先
禁用空载检测，修改阈值，然后利用DISNOLOAD寄存器
电流通道A的有功电能空载中断可以通过设置IRQENA寄
存器(地址0x22C和地址0x32C)的AP_NOLOADA位(位6)使
能。此位置1时，电流通道A的有功电能空载事件将使IRQ
引脚(引脚22)变为0(参见主中断(电压通道和电流通道A)部
重新使能该特性。
分)。
虽然电流通道A和电流通道B(相和零线电流)的空载中断是
相互独立的，但空载阈值却是共用的。例如，如果
VAR_NOLOAD阈值设置为满量程的0.05%，则电流通道A
(相)和电流通道B(零线)的无功功率空载阈值都将使用该
值。
电流通道B的有功电能空载中断可以通过设置IRQENB寄存
器(地址0x22F和地址0x32F)的AP_NOLOADB位(位6)使能。
此位置1时，电流通道B的有功电能空载事件将触发IRQ的
替代输出功能(参见电流通道B中断部分)。
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ADE7953
有功电能空载状态位
电流通道B的无功电能空载中断可以通过设置IRQENB寄存
除了有功电能空载中断以外，ADE7953还包括两个不锁存
器(地址0x22F和地址0x32F)的VAR_NOLOADB位(位7)使
状态位，用于连续监控电流通道A和电流通道B的空载状
能。此位置1时，电流通道B的无功功率空载事件将触发
态。ACTNLOAD_A和ACTNLOAD_B位位于ACCMODE寄
IRQ的替代输出功能(参见电流通道B中断部分)。
存器(地址0x201和地址0x301)。这些位与中断状态位的区
无功电能空载状态位
别在于它们不锁存，因而可以用来驱动LED。
除了无功电能空载中断以外，ADE7953还包括两个不锁存
无功电能空载检测
状态位，用于连续监控电流通道A和电流通道B的空载状
无功电能空载检测可以与有功电能空载检测一起使用，以
态。VARNLOAD_A和VARNLOAD_B位位于ACCMODE寄
便确立“真实”的空载特性。如果无功和有功电能均降至空
存器(地址0x201和地址0x301)。这些位与中断状态位的区
载阈值以下，则不存在阻性、感性和容性负载。当存在阻
别在于它们不锁存，因而可以用来驱动LED。
性负载时，也可以使用无功电能空载特性来防止无功电能
视在电能空载检测
爬电。
视在电能空载检测可以用来确定消耗的总电能是否低于空
如果电流通道A(相)或电流通道B(零线)的无功电能降至所
载阈值。如果电流通道A(相)或电流通道B(零线)的视在电
设置的阈值以下，则RENERGYA和RENERGYB寄存器停止
能降至所设置的阈值以下，则APENERGYA和APENER-
累计该通道的无功电能。如果CF1或CF2引脚被设置为输出
GYB寄存器停止累计该通道的视在电能。如果CF1或CF2引
无功电能，则CF输出禁用并保持高电平(参见电能频率转
脚被设置为输出视在电能，则CF输出禁用并保持高电平
换部分)。如果使能，则在空载条件下，无功反向功率指示
(参见电能频率转换部分)。电流通道A的视在电能空载条件
将保持其当前状态(参见反向功率部分)。电流通道A的无功
由 IRQSTATA寄 存 器 ( 地 址 0x22D和 地 址 0x32D) 的
电 能 空 载 条 件 由 IRQSTATA寄 存 器 ( 地 址 0x22D和 地 址
VA_NOLOADA位(位8)指示。电流通道B的视在电能空载
0x32D)的VAR_NOLOADA位(位7)指示。电流通道B的无功
条 件 由 IRQSTATB寄 存 器 ( 地 址 0x230和 地 址 0x330) 的
电能空载条件由IRQSTATB寄存器(地址0x230和地址0x330)
VA_NOLOADB位(位8)指示。
的VAR_NOLOADB位(位7)指示。
电流通道A和电流通道B彼此独立，因此，电流通道A的空
电流通道A和电流通道B彼此独立，因此，电流通道A的空
载条件仅影响电流通道A的电能累计和CF输出，电流通道
载条件仅影响电流通道A的电能累计、CF输出和反向功
B亦如此。
率，电流通道B亦如此。
视在电能空载特性默认使能，若要禁用，须将DISNO-
无功电能空载特性默认使能，若要禁用，须将DISNO-
LOAD寄存器(地址0x001)的位2置1。
LOAD寄存器(地址0x001)的位1置1。
视在电能空载中断
无功电能空载中断
视在电能空载特性有两个相关的中断：一个用于电流通道
无功电能空载特性有两个相关的中断：一个用于电流通道
A(相)，一个用于电流通道B(零线)。如果使能，则当视在
A(相)，一个用于电流通道B(零线)。如果使能，则当无功
电能降至所设置的阈值以下时，就会触发中断。
电能降至所设置的阈值以下时，就会触发中断。
电流通道A的视在电能空载中断可以通过设置IRQENA寄
电流通道A的无功电能空载中断可以通过设置IRQENA寄
存器(地址0x22C和地址0x32C)的VA_NOLOADA位(位8)使
存器(地址0x22C和地址0x32C)的VAR_NOLOADA位(位7)
能。此位置1时，电流通道A的视在电能空载事件将使IRQ
使能。此位置1时，电流通道A的无功电能空载事件将使
引脚(引脚22)变为0(参见主中断(电压通道和电流通道A)部
IRQ引脚(引脚22)变为0(参见主中断(电压通道和电流通道
分)。
A)部分)。
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ADE7953
电流通道B的视在电能空载中断可以通过设置IRQBENB寄
视在电能空载状态位
存器(地址0x22F和地址0x32F)的VA_NOLOADB位(位8)使
除了视在电能空载中断以外，ADE7953还包括两个不锁存
能。此位置1时，电流通道B的视在电能空载事件将触发
状态位，用于连续监控电流通道A和电流通道B的空载状
IRQ的替代输出功能(参见电流通道B中断部分)。
态。VANLOAD_A和VANLOAD_B位位于ACCMODE寄存
器(地址0x201和地址0x301)。这些位与中断状态位的区别
在于它们不锁存，因而可以用来驱动LED。
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ADE7953
过零检测
ADE7953的所有三个输入通道都具有过零(ZX)检测特性。
如图62所示，ZX输出引脚在电压通道过零的趋正边沿变为
利用过零检测，可以使测量与输入波形的频率同步。
高电平，在过零的趋负边沿变为低电平。由于LPF1的时间
过零检测在LPF1的输出端执行，以确保过零检测的精度不
延迟，此引脚预计会有大约2.2 ms的延迟。
受谐波或失真影响。LPF1是单极点滤波器，−3 dB截止频率
电流通道过零
为80 Hz，时钟频率为223 kHz。因此，在50 Hz时，该滤波
电流通道过零指示默认通过引脚21(ZX_1)输出。ZX_I引脚
器的相移产生大约2.2 ms(39.6°)的时间延迟。为确保过零检
的工作方式与ZX引脚相似(参见图62)。ZX_1引脚在电流通
测具有良好的分辨率，不能禁用LPF1。图61显示了如何检
道过零的趋正边沿变为高电平，在电流通道过零的趋负边
测过零信号。
沿变为低电平。默认情况下，ZX_I引脚基于电流通道A而
触发。若要将ZX_I引脚配置为基于电流通道B而触发，须
DSP
REFERENCE
GAIN[23:0]
IA, IB,
OR V
PGA
将CONFIG寄存器(地址0x102)的ZX_I位(位11)置1。
HPFEN BIT
ZX
DETECTION
ADC
HPF
过零中断
过零检测有三个相关的中断，分别用于电流通道A、电流
LPF1
通道B和电压通道。当发生正或负过零跃迁时，即出现过
39.6° OR 2.2ms @ 50Hz
器(地址0x22D和地址0x32D)的ZXV位(位15)置1。如果跃迁
ZX
ZX
IA, IB, OR V
ZX
发生在电流通道A上，则IRQSTATA寄存器的ZXIA位(位
ZX
09320-127
0V
零条件。如果跃迁发生在电压通道上，则IRQSTATA寄存
LPF1 OUTPUT
12)置1。如果跃迁发生在电流通道B上，则IRQSTATB寄存
器(地址0x230和地址0x330)的ZXIB位(位12)置1。图63显示
图61. 过零检测
50 Hz系统的过零检测误差为0.08°，60 Hz系统则为0.09°。过
了电压通道过零中断的操作。
零信息可通过输出引脚或中断提供。
V
过零输出引脚
ZXV (BIT 15) OF
IRQSTATA REGISTER
默认情况下，电压和电流通道过零信息分别通过引脚1
(ZX)和引脚21(ZX_I)输出。这些专用输出引脚提供不锁存
的过零指示(参见替代输出功能部分)。
电压通道过零
09320-032
电压通道过零指示默认通过引脚1(ZX)输出。图62显示了
ZX输出的操作。
图63. 过零中断
V
如图63虚线所示，ADE7953可以仅在趋正或趋负过零时才
2.2ms @ 50Hz
触发过零事件。CONFIG寄存器(地址0x102)的ZX_EDGE位
(位[13:12])设置用于触发过零事件的边沿。这些位默认设
置为00，表示趋正和趋负边沿均会触发过零事件。更改
ZX
ZX_EDGE位会影响所有三个通道的过零事件。注意，更改
09320-131
ZX_EDGE位仅影响ZX状态位和中断，ZX引脚(引脚1)和
ZX_I引脚(引脚21)的功能不受影响。
图62. 电压通道ZX输出
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ADE7953
任何一个输入通道上的过零事件都可以配置为触发一个外
部中断。所有过零外部中断默认禁用。电压通道过零中断
ZXTOUT
ADDRESS 0x100
可以通过设置IRQENA寄存器(地址0x22C和地址0x32C)的
ZXV位(位15)使能。如果此位置1，则电压通道过零事件会
使IRQ引脚变为低电平。电流通道A过零中断可以通过设
置IRQENA寄存器(地址0x22C和地址0x32C)的ZXIA位(位
INPUT
SIGNAL
12)使能。如果此位置1，则电流通道A过零事件会使IRQ引
脚变为低电平。电流通道B过零中断可以通过设置IRQENB
ZXTO_x
果此位置1，则电流通道B过零事件会使IRQ引脚变为低电
平(参见ADE7953中断部分)。
09320-033
寄存器(地址0x22F和地址0x32F)的ZXIB位(位12)使能。如
图64. 过零超时
过零超时特性有三个相关的中断。如果使能，则过零超时
过零超时
ADE7953具有过零超时特性，用于检测在可编程的事件周
事件会使外部IRQ引脚变为低电平。与电压通道过零超时
相关的中断可以通过设置IRQENA寄存器(地址0x22C和地
期内未获得过零事件的情况。两个电流通道和电压通道均
址0x32C)的ZXTO位(位14)使能。电流通道A中断可以通过
有该特性，可以利用它来检测输入信号何时丢失。过零超
设置IRQENA寄存器(地址0x22C和地址0x32C)的ZXTO_IA
时的周期通过16位ZXTOUT寄存器(地址0x100)进行编程。
位(位11)使能，电流通道B中断可以通过设置IRQENB寄存
所有三个通道使用相同的超时周期。ZXTOUT寄存器的值
器(地址0x22F和地址0x32F)的ZXTO_IB位(位11)使能。所有
每14 kHz(CLKIN/256)递减1 LSB。如果获得了过零事件，
则ZXTOUT寄存器重载。如果ZXTOUT寄存器达到0，则
发出过零超时事件。ZXTOUT寄存器的分辨率为0.07
ms
(1/14 kHz)，因此，可编程的最大超时周期为4.58秒。
如 图 64所 示 ， 过 零 事 件 导 致 一 个 过 零 超 时 位 ( ZXTO、
ZXTO_IA或 ZXTO_IB) 置 1。 ZXTO和 ZXTO_IA位 位 于
IRQSTATA寄存器(地址0x22D和地址0x32D)，当电压通道
或 电 流 通 道 A发 生 过 零 超 时 事 件 时 ， 相 应 的 位 置 1。
ZXTO_IB位 位 于 IRQSTATB寄 存 器 ( 地 址 0x230和 地 址
0x330)，当电流通道B发生过零超时事件时，该位置1。
三个中断默认禁用(参见ADE7953中断部分)。
过零阈值
当输入信号非常小时，为防止出现杂散过零，ADE7953的
所有通道都有一个内部阈值。该阈值是固定的，等于输入
满量程的1250:1。如果任何输入信号降至该阈值以下，则
ADE7953认为它是噪声，不产生过零信号。该阈值影响外
部过零引脚ZX(引脚1)和ZX_I(引脚21)，以及过零中断功
能。当输入低于满量程的1250:1时，过零超时信号仍然工
作，并且根据ZXTOUT寄存器(地址0x100)设置的周期发出
事件。
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ADE7953
电压骤降检测
ADE7953具有电压骤降检测特性，当线电压绝对值降至可
使能该特性后，如果更改SAGCYC值，新的SAGCYC周期
编程的阈值以下并持续可编程数量的线周期时，就会提醒
立即生效。因此，骤降事件可以由多个骤降周期的组合引
用户。该特性可以提供线电压丢失的早期预警信号。电压
发。将新的周期值写入SAGCYC寄存器之前，为防止重
骤 降 特 性 由 两 个 寄 存 器 控 制 ： SAGCYC( 地 址 0x000) 和
叠，应将SAGLVL寄存器复位为0，从而有效禁用该特性。
SAGLVL(地址0x200和地址0x300)。这些寄存器分别控制骤
设置SAGLVL寄存器
降周期和骤降电压阈值。
24/32位SAGLVL寄存器包含电压幅度值，电压通道必须降
骤降检测默认禁用，若要使能，须将非零值写入SAGCYC
至该幅度以下才可能发生骤降事件。该寄存器的每个LSB
和SAGLVL寄存器。如果任一寄存器置0，则骤降特性禁
精确映射到电压通道峰值寄存器，因此，可以根据电压通
用。如果发生电压骤降情况，则IRQSTATA寄存器(地址
道的峰值读数设置幅度。要设置SAGLVL寄存器，应施加
0x22D和地址0x32D)和RSTIRQSTATA寄存器(地址0x22E和
标称电压，从RSTVPEAK寄存器(地址0x227和地址0x327)
地址0x32E)的骤降位(位19)置1。
获得读数，以便复位峰值电平读数。等待数个线周期后，
设置SAGCYC寄存器
读取VPEAK寄存器(地址0x226和地址0x326)，确定电压输
8位无符号SAGCYC寄存器包含可编程骤降周期。骤降周期
入，然后将该读数缩放到骤降检测所需的幅度。
指半波周期数，在该数量以下时，电压通道必须保持不
例如，如果要求骤降阈值为标称电压的80%，则应获得峰
变，只有超过该数量才视为发生骤降情况。SAGCYC寄存
值读数，并将等于此读数80%的值写入SAGLVL寄存器。
器的1 LSB对应1个半波周期。SAGCYC寄存器的最大值为
这种方法可以确保特定设计获得精确的SAGLVL值。
255。
电压骤降中断
在50 Hz时，最长骤降周期时间为2.55秒。
ADE7953的电压骤降检测特性有一个相关的中断。如果使
能该中断，则电压骤降事件会使外部IRQ引脚变为低电
平。该中断默认禁用，若要使能，须将IRQENA寄存器(地
在60 Hz时，最长骤降周期时间为2.125秒。
址0x22C和地址0x32C)的骤降位(位19)置1。参见ADE7953
中断部分。
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ADE7953
峰值检测
ADE7953的电流通道A(相)、电流通道B(零线)和电压通道
每当波形的绝对值超过IAPEAK、IBPEAK和VPEAK寄存器
具有峰值检测特性。该特性连续记录电压和电流波形的最
中当前存储的值时，这些寄存器就会更新。该测量没有相
大值。峰值检测可以与过压和过流检测一起使用，提供完
关的时间周期。
整的骤升检测功能(参见过流和过压检测部分)。
另有三个寄存器包含同样的峰值信息，但在读取后，对应
峰值检测是指从电流和电压ADC输出波形的绝对值获得瞬
的峰值测量会复位。这三个读取后复位的峰值寄存器分别
时测量结果，并将其存储到三个24/32位寄存器。记录电流
是RSTIAPEAK(地址0x229和地址0x329)、RSTIBPEAK(地址
通道A、电流通道B和电压通道峰值的三个寄存器分别是
0x22B和 地 址 0x32B) 和 RSTVPEAK( 地 址 0x227和 地 址
IAPEAK(地址0x228和地址0x328)、IBPEAK(地址0x22A和地
0x327)。读取这些寄存器会清除对应xPEAK寄存器的内
址0x32A)和VPEAK(地址0x226和地址0x326)。
容。
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ADE7953
功率方向指示
ADE7953的有功和无功电能测量包括符号指示。通过符号
该脉冲的占空比为50%。与正常模式相似，该模式也不锁
指示可以识别正电能和负电能，并在需要时分别计费。它
存，当反向极性条件不再为真时，REVP输出回到高电平
还有助于检测接线错误情况。电流通道A和电流通道B均具
状态。若要使能REVP脉冲模式，应将CONFIG寄存器(地
有该特性。功率方向信息可通过专用输出引脚(REVP)以及
址0x102)的REVP_PULSE位置1。
一组内部寄存器和中断提供(参见反向功率部分和符号指示
在相应的空载条件下，REVP输出引脚禁用。例如，如果
部分)。
REVP引脚上存在电流通道A有功功率的反向极性信息，并
反向功率
且电流通道A的有功电能处于空载条件，则REVP输出禁用
ADE7953的REVP引脚(引脚20)提供反向功率指示。该引脚
并保持在当前状态。
可以提供电流通道A或电流通道B的有功或无功功率的极性
符号指示
信息。REVP输出默认为高电平，如果电压与电流输入之
ADE7953包括四个符号指示位，分别指示如下功率的极
间的角度大于90°，则变为低电平。REVP不锁存，因此当
反向功率条件不再为真时，它将回到高电平状态。默认情
况下，REVP输出引脚的变化与CF1引脚的下降沿同步发生
(参见图65)。
性：电流通道A的有功功率(APSIGN_A)、电流通道B的有
功功率(APSIGN_B)、电流通道A的无功功率(VARSIGN_A)
和 电 流 通 道 B的 无 功 功 率 (VARSIGN_B)。 这 些 位 位 于
ACCMODE寄存器(地址0x201和地址0x301)。所有这些位
REVP引脚指示的测量和通道通过CF输出的配置选择。默
都不锁存，并且只能读取。任一位的读数如果为低值(0)，
认情况下，REVP引脚输出与CF1同步，代表CF1上通过
则表示相应的功率读数为正值；如果为高值(1)，则表示相
CFMODE寄存器(地址0x107)的CF1SEL位选择的测量。默
应的功率读数为负值。这些位默认使能，在相应的空载条
认情况下，该测量为电流通道A的有功功率。如果CF1SEL
件下禁用。
位设置为0x0001，则REVP引脚表示电流通道A的无功功率
极性。将CONFIG寄存器(地址0x102)的REVP_CF位置1，
可以将REVP指示配置为基于CF2的输出。这种配置中，
CFMODE寄存器的CF2SEL位决定REVP输出所代表的测
量。如果所选的CF引脚配置为输出其它测量，例如视在功
率或IRMS，则REVP输出禁用。
断。如果使能，当功率的极性改变时，这些中断会使IRQ
引脚变为低电平。正到负和负到正的极性变化均会触发中
断。这些中断默认禁用，若要使能，须将IRQENA寄存器
(地址0x22C和地址0x32C)的APSIGN_A和VARSIGN_A位、
以及IRQENB寄存器(地址0x22F和地址0x32F)的APSIGN_B
如果利用LED指示灯来改善反向极性条件的可见性，则可
以使用REVP引脚提供的1
除了符号指示位以外，ADE7953还包括四个符号指示中
Hz脉冲模式。在这种模式下，
REVP输出引脚默认为低电平，如果反向极性条件为真，
则输出1 Hz脉冲。
和VARSIGN_B位置1。参见ADE7953中断部分。
注意，在绝对值或仅正值累计模式下，这些位为固定值
0。参见有功电能累计模式部分和无功电能累计模式部
分。
ENTER
REVERSE
CONDITION
REVP
LOW
EXIT
REVERSE
CONDITION
REVP
HIGH
CF1
09320-034
CURRENT AND
VOLTAGE
INPUTS
REVP
图65. REVP输出
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ADE7953
过流和过压检测
ADE7953具有过流和过压检测特性，能够检测电流或电压
如 图 67所 示 ， 如 果 检 测 到 电 流 通 道 A的 过 流 条 件 ， 则
波形的绝对值是否超过可编程阈值。该特性使用瞬时电压
IRQSTATA寄存器的OIA位(位13)置1。读取RSTIRQSTATA
和电流信号。与该特性相关的有两个寄存器：OVLVL(地
寄存器后，该位清0。如果检测到电流通道B的过流条件，
址0x224和地址0x324)和OILVL(地址0x225和地址0x325)，
则IRQSTATB寄存器(地址0x230和地址0x330)的OIB位(位
分别用于设置电压和电流通道阈值。OILVL阀值寄存器决
13) 置 1。 读 取 RSTIRQSTATB寄 存 器 ( 地 址 0x231和 地 址
定电流通道A和电流通道B过流特性的阈值。因此，电流通
0x331)后，该位清0。
道A和电流通道B使用相同的阈值。OVLVL和OILVL寄存
设置OVLVL和OILVL寄存器
器的默认值为0xFFFFFF；默认情况下，该特性禁用。图66
24/32位无符号OVLVL和OILVL寄存器分别直接映射到
显示了过压检测特性的操作。
VPEAK(地址0x226和地址0x326)和IAPEAK(地址0x228和地
V
址0x328)寄存器(参见峰值检测部分)。注意，经过增益校
OVLVL
准后，电流通道A与电流通道B匹配，因此在相同的输入
下，IAPEAK与IBPEAK一致。OVLVL和OILVL寄存器的设
置应当基于满量程输入下的VPEAK和IAPEAK读数。
要设置OVLVL寄存器，应施加最大电压输入，从RSTVPEAK寄存器(地址0x227和地址0x327)获得读数，以便复位
OV (BIT 16) OF
IRQSTATA REGISTER
09320-035
OV RESET
LOW WHEN
RSTIRQSTATA
REGISTER
IS READ
图66. 过压检测
电压峰值读数。等待数个线周期后，读取VPEAK寄存器
(地址0x226和地址0x326)，确定电压峰值，然后将该读数
缩放到过压检测所需的幅度。例如，如果要求过压阈值为
如 图 66所 示 ， 如 果 ADE7953检 测 到 过 压 条 件 ， 则
最大电压的120%，则应将峰值读数乘以1.2，并将结果写
IRQSTATA寄存器(地址0x22D和地址0x32D)的OV位(位16)
入OVLVL寄存器。这种方法可以确保特定设计获得精确的
置1。读取RSTIRQSTATA寄存器(地址0x22E和地址0x32E)
阈值设置。
后，该位清0。过流检测特性的工作方式与此相似(参见图
67)。
过压和过流中断
过压和过流检测特性具有三个相关的中断。第一个中断与
IA
过压特性相关，可以通过设置IRQENA寄存器(地址0x22C
OILVL
和地址0x32C)的OV位(位16)使能。该位置1时，过压条件
会导致外部IRQ引脚变为低电平。
第二个中断与电流通道A的过流检测特性相关，可以通过
设置IRQENA寄存器的OIA位(位13)使能。该位置1时，电
OIA RESET LOW
WHEN RSTIRQSTATA
REGISTER IS READ
OIA (BIT 13) OF
IRQSTATA
REGISTER
流通道A的过流条件会导致外部IRQ引脚变为低电平。
第三个中断与电流通道B的过流检测特性相关，可以通过
设置IRQENB寄存器(地址0x22F和地址0x32F)的OIB位(位
IB
13)使能。该位置1时，如果使能了替代输出，则电流通道
OILVL
B的过流条件将触发IRQ的替代输出功能(参见电流通道B中
OIB (BIT 13) OF
IRQSTATB
REGISTER
OIB RESET LOW
WHEN RSTIRQSTATB
REGISTER IS READ
09320-036
断部分)。
图67. 过流检测
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ADE7953
替代输出功能
ADE7953具有三个输出引脚，默认配置下输出电源质量信
息。
•
引脚1(ZX)提供电压通道过零信号，如电压通道过零
部分所述。
•
引脚21(ZX_1)提供电流通道过零信号，如电流通道过
零部分所述。
•
引脚20(REVP)提供极性信息，如反向功率部分所述。
为了灵活地支持不同设计要求，ADE7953可以通过任一输
出引脚输出多种替代电源质量信号。替代输出功能通过
ALT_OUTPUT寄存器(地址0x110)进行配置。
表8. 替代输出
功能
过零检测(电压通道)
过零检测(电流通道)
反向功率指示
电压骤降检测
有功电能空载检测(电流通道A)
有功电能空载检测(电流通道B)
无功电能空载检测(电流通道A)
无功电能空载检测(电流通道B)
波形采样、数据就绪
中断输出(电流通道B)
表8总结了引脚1、引脚21和引脚20的输出功能。注意，
ZX、ZX_I和REVP的默认功能可以在引脚1、引脚21和引脚
20三者中的任何一个上输出。
如表8所示，关于各功能的描述参见本数据手册的相应部
分。如果引脚1、引脚21或引脚20使能了替代输出功能，
则该功能的配置和操作与相应部分所述一致。然而，替代
功能会作为不锁存输出出现在引脚1、引脚21或引脚20
上。
为 了 使 能 替 代 功 能 ， 必 须 将 ALT_OUTPUT寄 存 器 的
ZX_ALT、ZXI_ALT和REVP_ALT位置1。与替代输出相关
的中断无需使能就会存在于引脚1、引脚21或引脚20上。
使能替代输出不影响特性的主要功能。
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相应部分
电压通道过零
电流通道过零
反向功率
电压骤降检测
有功电能空载检测
有功电能空载检测
无功电能空载检测
无功电能空载检测
瞬时功率和波形采样
电流通道B中断
ADE7953
ADE7953中断
ADE7953中断分为两组，第一组中断与电压通道和电流通
电流通道B中断
道A相关，第二组中断与电流通道B相关。中断列表参见表
电流通道B中断指发生在电流通道B上的事件。像主中断组
22和表23。
一样，电流通道B中断也是由三个寄存器处理：使能寄存
除了位于主中断组中的RESET中断外，所有其它中断在默
器 IRQENB( 地 址 0x22F和 地 址 0x32F) 、 状 态 寄 存 器
认情况下均禁用。RESET中断默认使能，表示软件或硬件
复位结束。上电会触发该中断，表示ADE7953已准备好接
收来自微控制器的通信。该中断应当在配置ADE7953之
IRQSTATB(地址0x230和地址0x330)、以及复位状态寄存器
RSTIRQSTATB(地址0x231和地址0x331)。这些寄存器各位
的功能描述参见表23。
前，按照主中断(电压通道和电流通道A)部分所述进行处
发生中断事件时，IRQSTATB寄存器的相应位会置1。电流
理。
通道B中断没有专用输出引脚，可以将该功能配置为引脚1
主中断(电压通道和电流通道A)
(ZX)、引脚21(ZX_I)或引脚20(REVP)的替代输出(参见替代
主中断指发生在电压通道和电流通道A上的事件。这些中
断由三个寄存器处理：使能寄存器IRQENA(地址0x22C和
地址0x32C)、状态寄存器IRQSTATA(地址0x22D和地址
0x32D)、以及复位状态寄存器RSTIRQSTATA(地址0x22E和
地址0x32E)。这些寄存器各位的功能描述参见表22。
发生中断事件时，IRQSTATA寄存器的相应位会置1。如果
该中断的使能位(位于IRQENA寄存器)置1，则外部IRQ引
脚变为逻辑0。发生中断事件时，无论外部中断使能与
输出功能部分)。如果针对电流通道B中断事件的输出已使
能，并且中断使能位(位于IRQENB寄存器)置1，则当电流
通道B上发生中断事件时，引脚1、引脚21或引脚20变为低
电平。发生中断事件时，无论外部中断输出使能与否，
IRQSTATB寄存器中的状态位都会置1。
所有中断都会被锁存，需要处理才能清除。要处理中断，
必须利用RSTIRQSTATB寄存器(地址0x231和地址0x331)清
除状态位。RSTIRQSTATB寄存器含有与IRQSTATB寄存器
相同的中断状态位，但在访问RSTIRQSTATB寄存器时，
否，IRQSTATA寄存器中的状态位都会置1。
会执行读取后复位命令，将状态位清0。完成对该寄存器
所有中断都会被锁存，需要处理才能清除。要处理中断并
使IRQ引脚变回逻辑1，必须利用RSTIRQSTATA寄存器(地
的读操作后，所有状态位均清0，相应的输出引脚(如果使
能)变为逻辑1。
址0x22E和地址0x32E)清除状态位。RSTIRQSTATA寄存器
含有与IRQSTATA寄存器相同的中断状态位，但在访问
RSTIRQSTATA寄存器时，会执行读取后复位命令，将状
态位清0。完成对该寄存器的读操作后，所有状态位均清
0，IRQ引脚变为逻辑1。
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ADE7953
与ADE7953通信
ADE7953的所有特性都可以通过一组片内寄存器访问。欲
因此，虽然通过I2C或UART通信时不需要引脚25 (SCLK)和
详细了解所有寄存器，参见ADE7953寄存器部分。可以利
引脚28(CS)，但这些引脚应当按照表9所示在硬件中进行配
用三个不同的通信接口来访问片内寄存器。
置，确保自动检测系统正常发挥作用。
•
4引脚SPI接口
锁定通信接口
•
2引脚双向I C接口
选定的通信接口建立之后，应当锁定通信接口，防止通信
•
2引脚UART接口
方法意外改变。ADE7953可以在第一次通信成功之后自动
2
所有三个通信接口使用相同的一组引脚，因此，每个设计
锁定通信接口。
只能使用一种通信方法。
自动锁定特性默认禁用，若要使能，须将CONFIG寄存器
通信自动检测
(地址0x102)的COMM_LOCK位(位15)清0。要成功建立并
ADE7953具有一个检测系统，能够自动检测使用的是何种
通信接口。因此，只需极少的初始化工作，就能快速建立
通信。自动检测的工作原理是监控四个通信引脚的状态，
自动选择与配置匹配的通信接口(参见表9)。
•
CS引脚(引脚28)用于确定通信方法是否为SPI。如果该
引脚处于低电平，则通信接口设为SPI。
•
锁定通信接口，应在上电后不久对CONFIG寄存器执行写
操作，清除COMM_LOCK位，从而锁定通信接口。通信接
口锁定为特定方法(即SPI、I2C或UART)后，若要改变通信
方法，必须复位ADE7953。
注意，如果使用SPI通信接口锁定通信模式，则CS引脚必
须在最后一个SCLK之后保持低电平至少1.2 μs。仅当写入
COMM_LOCK位时，才需要该延迟时间(参见SPI接口时序
SCLK引脚(引脚25)用于确定通信方法是I2C还是
部分)。
UART。如果该引脚处于高电平，则通信接口设为
I2C；如果它处于低电平，则为UART。
表9. 通信自动检测
通信接口
SPI
I2C
UART
引脚28 (CS)
0
1
1
引脚25 (SCLK)
无关
1
0
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引脚27 (MOSI/SCL/Rx)
MOSI
SCL
Rx
引脚26 (MISO/SDA/Tx)
MISO
SDA
Tx
ADE7953
SPI接口
串行外设接口(SPI)使用全部四个通信引脚：CS、SCLK、
该字节的最高有效位设为1时表示读操作，设为0时表示写
MOSI和MISO。SPI通信以从机模式工作，因此必须在
操作。第三个字节传输完毕后，寄存器数据便从ADE7953
SCLK引脚上提供时钟(MOSI为输入，MISO为输出)。该时
通过MISO引脚送出(读操作)，或者由外部微控制器写入
钟同步所有通信，工作速率最高可达5 MHz。有关通信时序
ADE7953 MOSI引脚(写操作)。所有数据都以MSB优先方式
要求的更多信息，参见SPI接口时序部分。
发送或接收。数据传输的长度取决于所访问寄存器的宽
MOSI引脚是ADE7953的输入端；数据在SCLK下降沿移
度。寄存器可能为8、16、24或32位长。
入 ， 在 上 升 沿 由 ADE7953进 行 采 样 。 MOSO引 脚 是
图68和图69分别显示了SPI读操作和SPI写操作的数据传输
ADE7953的输出端；数据在SCLK下降沿移出，在上升沿由
序列。如图所示，CS(片选)输入必须变为低电平才能开始
外部微控制器进行采样。
通信，通信结束时必须变为高电平。数据传输完成之前拉
SPI通信数据包包括两个初始字节，表示要读取或写入的
高CS输入会结束通信。这样，CS输入就能通过SPI通信执
寄存器地址。该地址应以MSB优先方式传输。第三个字节
行复位功能。CS输入支持在同一微控制器SPI端口上与多
个器件通信。
决定操作是读操作还是写操作。
CS
SCLK
MOSI
1 0
REGISTER ADDRESS
1 0 0 0 0 0 0 0
31 30
MISO
1 0
REGISTER VALUE
09320-062
15 14
图68. SPI读操作
CS
SCLK
1 0
REGISTER ADDRESS
31 30
0 0 0 0 0 0 0 0
图69. SPI写操作
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1 0
REGISTER VALUE
09320-063
15 14
MOSI
ADE7953
I2C接口
I2C写操作
ADE7953支持全面授权的I2C接口。I2C接口以从机模式工
当主机发出一个包括从机地址和读/写位的起始条件时，即
作，使用两个共享引脚：SDA和SCL。SDA引脚为双向输
启动对ADE7953的写操作。起始条件之后是target寄存器的
入/输出引脚，SCL引脚为串行时钟。I C接口与SPI和UART
16位地址。每接收到一个字节，ADE7953就会向主机发出
接口共享这两个引脚。I C接口支持的最高串行时钟频率为
一个应答(ACK)。
2
2
400 kHz。
16为地址通信完成后，主机便开始以MSB优先方式发送寄
引脚SDA和SCL用于数据传输，通过对这两个引脚进行“线
存器数据。数据的长度可以是8位、16位、24位或32位。每
与”配置，可以在多主机系统中进行仲裁。
接收到寄存器数据的一个字节，ADE7953就会发出一个应
I2C接口的通信由主机产生一个起始条件来启动，起始条件
答(ACK)。最后一个字节传输完成后，主机发出停止条
指主机发送一个包含从机地址和操作性质(读或写)的字
件，总线返回空闲状态。I2C写操作的原理如图70所示。
节。
ADE7953的地址是0111000X。地址中的位7表示操作的性
质：0表示写操作，1表示读操作。通信按照以下部分所述
15
8
7
0
23
16
15
8
7
0
7
STOP
START
继续进行，直到主机发出停止条件，总线返回空闲状态。
0
P
A
C
K
MSB OF REGISTER ADDRESS
A
C
K
LSB OF REGISTER ADDRESS
A
C
K
BYTE 3 (MSB) OF REGISTER
A
C
K
BYTE 2 OF REGISTER
ACK GENERATED BY
ADE7953
图70. I 2C写操作
Rev. 0 | Page 52 of 68
A
C
K
BYTE 1 OF REGISTER
A
C
K
BYTE 0 (LSB) OF REGISTER
A
C
K
09320-059
SLAVE ADDRESS
READ/WRITE
S 0 1 1 1 0 0 0 0
ADE7953
I2C读操作
读操作的第二阶段从主机产生一个新的起始条件开始。该
I C读操作分两个阶段进行。第一阶段设置要访问的寄存器
起始条件包括相同的从机地址，但LSB置1，表示发出的是
地址的指针，第二阶段读取寄存器的内容。
读 取 指 令 。 接 收 到 该 字 节 后 ， ADE7953发 出 一 个 应 答
如图71所示，当主机发出一个包括从机地址和读/写位的起
(ACK)。然后，ADE7953向主机发送寄存器内容，主机每
2
接收到一个字节，也会发出应答。所有字节都以MSB优先
始条件时，第一阶段启动。由于第一步要设置地址的指
方式发送。寄存器内容可能为8位、16位、24位或32位长。
针，因此起始字节的LSB应置0(写)。起始条件之后是目标
接收到寄存器数据的最后一个字节后，主机发出的不是应
寄存器的16位地址。每接收到一个字节，ADE7953就会向
答，而是停止条件，表示通信已完成。I2C读操作的原理如
START
主机发出一个应答(ACK)。
15
1
1
1
0
0
0
SLAVE ADDRESS
7
0
0
A
A
A
C MSB OF REGISTER ADDRESS C LSB OF REGISTER ADDRESS C
K
K
K
READ/WRITE
ACK GENERATED BY
ADE7953
0
1
1
1
0
0
SLAVE ADDRESS
0
16
A
C 15
K
8
A
C
K
7
0
A
C
K
7
0
1
P
A
C
K
BYTE 3 (MSB)
OF REGISTER
BYTE 2 OF REGISTER
BYTE 1 OF REGISTER
BYTE 0 (LSB)
OF REGISTER
09320-060
S
23
STOP
ACK GENERATED BY
MASTER
READ/WRITE
0
8
START
S
图71所示。
ACK GENERATED BY
ADE7953
图71. I 2C读操作
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ADE7953
UART接口
表10. 组成UART数据包的帧
ADE7953具有一个简单的通用异步接收器/发射器(UART)
帧
F1
F2
F3
接口，允许仅利用两个单向引脚来访问ADE7953的全部功
能。UART接口只需两个低成本光耦合器，就能实现隔离
通信。UART接口以4800 bps的固定波特率工作，适合低速
功能
读/写
地址MSB
地址LSB
F1决定通信是读操作还是写操作，随后的两帧(F2和F3)选
设计。
择要访问的寄存器。每帧都包括8个数据位，如图72所
ADE7953的UART接口使用两个引脚：Tx引脚(引脚26)用于
示。如果向F1写入值0x35，则通信是读操作；如果向F1写
从ADE7953发送数据，Rx引脚(引脚27)用于接收来自微控
入值0xCA，则通信是写操作。任何其它值都被视为无效，
制器的数据。UART接口采用简单的主机/从机拓扑结构，
会导致与ADE7953的通信不成功。地址字节以MSB优先方
ADE7953充当从机。所有通信都是由主机(微控制器)向从
式发送，因此F2包含地址的最高有效部分，F3包含地址的
机(ADE7953)发送一个有效帧而启动。该帧的格式参见图
最低有效部分。各地址帧内的位以LSB优先方式发送。
72。
ADE7953 UART接口使用两个超时参数t1和t2来使通信同
如图72所示，各帧由10位组成。每位均以4800 bps的比特
步，并且防止通信中止。第一个超时参数t1是帧到帧延迟
率发送，因此帧时间为2.08 ms((1/4800) × 10)。从利用CS和
时间，具有固定值4 ms(最大值)。第二个超时参数t2是包到
SCLK引脚建立UART通信模式到发送第一帧，还应增加6
包延迟时间，具有固定值6 ms(最小值)。对于UART通信，
ms的等待时间。各帧之间至少应等待0.2 ms。所有帧数据都
这两个超时起到复位作用。有关超时实现的更多信息，参
以LSB优先方式发送。
见UART读操作部分和UART写操作部分。
UART接口的通信由主机发送一个包括三帧(参见表10)的数
UART通信是否成功，可以通过在微控制器中实现一个写/
据包来启动。
读/验证序列来验证。成功的通信也会记录在LAST_ADD、
LAST_RWDATA和LAST_OP寄存器中，更多信息参见通信
验证部分。
t2
SCLK
CS
D0
START
STOP
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
Rx
START
t1
图72. UART帧
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09320-141
FRAME
t1 = FRAME DELAY: 0.2ms (MIN), 4ms (MAX)
t2 = PACKET DELAY: 6ms (MIN)
ADE7953
UART读操作
UART写操作
ADE7953的UART接口读操作由主机发送一个包括三帧的
ADE7953的UART接口写操作由主机发送一个包括三帧的
数据包来启动。如果第一帧的值为0x35，则通信为读操
数据包来启动。如果第一帧的值为0xCA，则通信为写操
作。第二帧和第三帧包含要访问的寄存器地址。当
作。第二帧和第三帧包含要访问的寄存器地址。随后的两
ADE7953接收到一个有效数据包时，它会解码该命令(参见
帧包含要写入的数据。当ADE7953接收到一个有效数据包
图73)。
时，它会按照如下方式解码该命令：
帧时间为2.08 ms。最长4 ms的帧到帧延迟(t1)可在帧时间上
•
如果在初始包后获得的帧数与F2和F3指定的寄存器大
提供50%的缓冲时间，而不会不必要地延缓通信。读取包
小相同，则数据包有效，应向相应的寄存器写入数
被解码后，ADE7953将选定寄存器的数据通过Tx引脚送出
据。
•
(参见图73中的F4和F5)。这大约发生在接收到完整帧后0.1
如果帧数与指定寄存器的大小不相等，则命令无效，
ms。数据长度可能为1、2、3或4个字节，具体取决于所访
不会采取进一步动作。
问 的 寄 存 器 大 小 。 寄 存 器 数 据 以 LSB优 先 方 式 发 送 。
Rx引脚接收到最后一帧数据之后，必须等待t2时间才会将
ADE7953送出最后一帧的寄存器数据之后，必须等待至少
Rx引脚上的输入数据视作新数据包。写操作的原理如图74
6 ms的包到包延迟时间(t2)，才能接受通过Rx引脚输入的
所示。
数据。这一包到包超时时间可确保不会发生重叠。
t1
t1
F2
F3
F1
F2
READ/
WRITE
ADDRESS
ADDRESS
ADDRESS
MSB
LSB
READ/
WRITE
t1
Tx
MSB
t1
F4
F5
DATA
DATA
LSB
MSB
09320-142
Rx
t1
F1
t2
图73. UART读操作
t1
Rx
t1
t1
t1
t1
F1
F2
F3
F4
F5
F1
F2
READ/
WRITE
ADDRESS
ADDRESS
DATA
DATA
ADDRESS
MSB
LSB
LSB
MSB
READ/
WRITE
MSB
t2
09320-143
Tx
图74. UART写操作
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ADE7953
通信验证和安全
ADE7953提供三种安全措施来增强通信的鲁棒性，并且防
通信验证
止意外更改内部寄存器。写保护、通信验证和校验和特性
ADE7953包括三个用于对SPI、I2C或UART通信进行验证的
可以同时使用，以便提高电表设计的鲁棒性和抗扰度。
寄存器：LAST_OP(地址0x0FD)、LAST_ADD(地址0x1FE)
写保护
和LAST_RWDATA，它们分别记录上一次成功通信的类
ADE7953通过一个简单的方法来防止内部寄存器受到意外
型、地址和数据。LAST_RWDATA寄存器具有四个不同的
写操作的影响。该特性有助于防止噪声或电磁干扰(EMC)
地址，具体地址要视成功通信的长度而定(参见表11)。提
改变所需的电表配置。写保护特性默认禁用，以便设计人
供多个地址位置的目的是防止不必要的长时间通信。
员 配 置 电 表 ； 写 入 8位 WRITE_PROTECT寄 存 器 ( 地 址
表11. LAST_RWDATA寄存器的地址
0x040)可以使能该特性。仅使用该寄存器的三个LSB。位0
寄存器地址
地址 0x0FF
地址 0x1FF
地址 0x2FF
地址 0x3FF
控制8位寄存器的保护，位1控制16位寄存器的保护，位2
控制24/32位寄存器的保护。默认情况下，所有位都置0以
禁用保护。任何一位置1将使能相应一组寄存器的写保
护。使能写保护后，任何利用SPI、I2C或UART接口的写操
读/写长度
8位
16位
24位
32位
作都会被忽略。要恢复对寄存器库的全权访问，须将
每次与ADE7953成功进行通信后，所访问的最后一个寄存
WRITE_ PROTECT各位复位为0。
器的地址就存储在16位LAST_ADD寄存器(地址0x1FE)中。
它是一个只读寄存器，下一个成功的读操作或写操作完成
后，它会更新所存储的值。
LAST_OP寄存器(地址0x0FD)存储通信类型，即表示所执
行的是读操作还是写操作。如果上一个操作是写操作，则
LAST_OP寄存器存储值0xCA。如果上一个操作是读操
作，则LAST_OP寄存器存储值0x35。
LAST_RWDATA寄存器存储写入或读出寄存器的数据。这
些寄存器不会反映不成功的读写操作。
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ADE7953
Ckecksum寄存器
电表配置完毕后，定期读取CRC寄存器(地址0x37F)的值，
ADE7953包括一个32位checksum寄存器CRC(地址0x37F)，
可以确保校验和所包括的寄存器不会被意外更改。如果连
如有重要的configuration、control或calibration寄存器被更
续的两次读数不一致，可以认为其中一个寄存器的值已发
改，它会提醒用户。Checksum寄存器有助于确保电表配置
生改变，因此ADE7953的配置已更改。推荐的响应措施是
在正常工作期间保持所需状态不变。表12列出了校验和所
发出硬件/软件复位命令，将ADE7953的所有寄存器(包括
包括的寄存器。
reserved寄存器)复位为默认值，然后利用设计特定的设置
校验和中还包括另外6个internal reserved寄存器。ADE7953
重新配置ADE7953。
根据标准IEEE 802.3计算循环冗余校验(CRC)结果。寄存器
初始配置完成后，如果CRC寄存器值发生改变，与校验和
的内容逐一导入linear feedback shift寄存器(LFSR)的发生
特性相关的中断可以在IRQ引脚上提供外部报警信号。该
器，从最低有效位开始。32位结果写入CRC寄存器。CRC
中 断 默 认 禁 用 ， 若 要 使 能 ， 须 将 IRQENA寄 存 器 ( 地 址
默认禁用，若要使能，须将CONFIG寄存器(地址0x102)的
0x22C和地址0x32C)的CRC位(位21)置1。使能后，如果
CRC_ENABLE位(位8)置1。如果此位置1，就会计算CRC。
CRC值发生改变，与使能时的值不同，就会发出外部中
由于CRC默认禁用，因此其默认值为0xFFFFFFFF。
断。
表12. 校验和所包括的寄存器
寄存器名称
LCYCMODE
PGA_V
PGA_IA
PGA_IB
CONFIG
CF1DEN
CF2DEN
CFMODE
PHCALA
PHCALB
ALT_OUTPUT
ACCMODE
IRQENA
IRQENB
Configuration和Control寄存器
地址
0x004
0x007
0x008
0x009
0x102
0x103
0x104
0x107
0x108
0x109
0x110
0x201和0x301
0x22C和0x32C
0x22F和0x32F
寄存器名称
AIGAIN
VGAIN
AWGAIN
AVARGAIN
AVAGAIN
AIOS
AIRMSOS
VOS
VRMSOS
AWATTOS
AVAROS
AVAOS
BIGAIN
BWGAIN
BVARGAIN
BVAGAIN
BIOS
BIRMSOS
BWATTOS
BVAROS
BVAOS
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Calibration寄存器
地址
0x280和0x380
0x281和0x381
0x282和0x382
0x283和0x383
0x284和0x384
0x285和0x385
0x286和0x386
0x287和0x387
0x288和0x388
0x289和0x389
0x28A和0x38A
0x28B和0x38B
0x28C和0x38C
0x28E和0x38E
0x28F和0x38F
0x290和0x390
0x291和0x391
0x292和0x392
0x295和0x395
0x296和0x396
0x297和0x397
ADE7953
ADE7953寄存器
ADE7953包括8位、16位、24位和32位长的寄存器。除了PHCALA和PHCALB寄存器为符号幅度格式外，所有其它带符号
寄存器都是二进制补码格式。24位寄存器和32位寄存器包含相同的数据，但可以用两种不同的寄存器长度进行访问。24
位寄存器选项可提高通信速度，但当用长格式编码时，32位寄存器选项更为简单。访问32位寄存器时，只有较低的24位
包含有效数据(高8位是符号扩展位)。对24位寄存器的写操作会改变对应32位寄存器的值，反之亦然。因此，可以将每个
24/32位寄存器视为一个存储器位置，但可以通过两种不同途径进行访问。
表13. 8位寄存器
地址
0x000
0x001
0x004
0x007
0x008
0x009
0x040
0x0FD
寄存器名称
SAGCYC
DISNOLOAD
LCYCMODE
PGA_V
PGA_IA
PGA_IB
WRITE_PROTECT
LAST_OP
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R
默认值
0x00
0x00
0x40
0x00
0x00
0x00
0x00
0x00
类型
无符号
无符号
无符号
无符号
无符号
无符号
无符号
无符号
0x0FF
0x702
0x800
LAST_RWDATA
版本
EX_REF
R
R
R/W
0x00
N/A
0x00
无符号
无符号
无符号
寄存器描述
骤降线周期
空载检测禁用
线周期累计模式配置
电压通道增益配置(位[2:0])
电流通道A增益配置(位[2:0])
电流通道B增益配置(位[2:0])
写保护位(位[2:0])
包含上一次成功通信的类型(读或写)
(0x35 = 读，0xCA = 写)
包含上一次8位寄存器成功通信的数据
包含芯片版本号
基准电压输入配置：置0表示内部；置1表示外部。
表14. 16位寄存器
地址
0x100
0x101
0x102
0x103
0x104
0x107
0x108
寄存器名称
ZXTOUT
LINECYC
CONFIG
CF1DEN
CF2DEN
CFMODE
PHCALA
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
默认值
0xFFFF
0x0000
0x8004
0x003F
0x003F
0x0300
0x0000
类型
无符号
无符号
无符号
无符号
无符号
无符号
带符号
0x109
PHCALB
R/W
0x0000
带符号
0x10A
0x10B
0x10C
0x10D
0x10E
0x110
0x1FE
0x1FF
PFA
PFB
ANGLE_A
ANGLE_B
周期
ALT_OUTPUT
LAST_ADD
LAST_RWDATA
R
R
R
R
R
R/W
R
R
0x0000
0x0000
0x0000
0x0000
0x0000
0x0000
0x0000
0x0000
带符号
带符号
带符号
带符号
无符号
无符号
无符号
无符号
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寄存器描述
过零超时
线周期电能累计模式的半波周期数
配置寄存器
CF1分频器分母
CF2分频器分母
CF输出选择
相位校准寄存器(电流通道A)。
此寄存器为符号幅度格式。
相位校准寄存器(电流通道B)。
此寄存器为符号幅度格式。
功率因数(电流通道A)
功率因数(电流通道B)
电压输入与电流通道A输入之间的角度
电压输入与电流通道B输入之间的角度
周期 寄存器
替代输出功能
包含上一次成功通信的地址
包含上一次16位寄存器成功通信的数据
ADE7953
表15. 24/32位寄存器
24位
0x200
0x201
0x203
0x204
0x205
0x210
0x211
0x212
0x213
0x214
0x215
0x216
0x217
0x218
0x21A
0x21B
0x21C
0x21E
0x21F
0x220
0x221
0x222
0x223
0x224
0x225
0x226
0x227
0x228
0x229
0x22A
0x22B
0x22C
0x22D
0x22E
0x22F
0x230
0x231
N/A
0x280
0x281
0x282
0x283
0x284
0x285
0x286
0x287
0x288
0x289
0x28A
0x28B
地址
32位
0x300
0x301
0x303
0x304
0x305
0x310
0x311
0x312
0x313
0x314
0x315
0x316
0x317
0x318
0x31A
0x31B
0x31C
0x31E
0x31F
0x320
0x321
0x322
0x323
0x324
0x325
0x326
0x327
0x328
0x329
0x32A
0x32B
0x32C
0x32D
0x32E
0x32F
0x330
0x331
0x37F
0x380
0x381
0x382
0x383
0x384
0x385
0x386
0x387
0x388
0x389
0x38A
0x38B
寄存器名称
SAGLVL
ACCMODE
AP_NOLOAD
VAR_NOLOAD
VA_NOLOAD
AVA
BVA
AWATT
BWATT
AVAR
BVAR
IA
IB
V
IRMSA
IRMSB
VRMS
AENERGYA
AENERGYB
RENERGYA
RENERGYB
APENERGYA
APENERGYB
OVLVL
OILVL
VPEAK
RSTVPEAK
IAPEAK
RSTIAPEAK
IBPEAK
RSTIBPEAK
IRQENA
IRQSTATA
RSTIRQSTATA
IRQENB
IRQSTATB
RSTIRQSTATB
CRC
AIGAIN
VGAIN
AWGAIN
AVARGAIN
AVAGAIN
AIOS
AIRMSOS
VOS
VRMSOS
AWATTOS
AVAROS
AVAOS
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R/W
R/W
R
R
R
R
R
R
R/W
R
R
R/W
R
R
R
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
默认值
0x000000
0x000000
0x00E419
0x00E419
0x000000
0x000000
0x000000
0x000000
0x000000
0x000000
0x000000
0x000000
0x000000
0x000000
0x000000
0x000000
0x000000
0x000000
0x000000
0x000000
0x000000
0x000000
0x000000
0xFFFFFF
0xFFFFFF
0x000000
0x000000
0x000000
0x000000
0x000000
0x000000
0x100000
0x000000
0x000000
0x000000
0x000000
0x000000
0xFFFFFFFF
0x400000
0x400000
0x400000
0x400000
0x400000
0x000000
0x000000
0x000000
0x000000
0x000000
0x000000
0x000000
类型
无符号
无符号
无符号
无符号
无符号
带符号
带符号
带符号
带符号
带符号
带符号
带符号
带符号
带符号
无符号
无符号
无符号
带符号
带符号
带符号
带符号
带符号
带符号
无符号
无符号
无符号
无符号
无符号
无符号
无符号
无符号
无符号
无符号
无符号
无符号
无符号
无符号
无符号
无符号
无符号
无符号
无符号
无符号
带符号
带符号
带符号
带符号
带符号
带符号
带符号
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寄存器描述
骤降电平
累计模式
有功功率空载水平
无功功率空载水平
视在功率空载水平
瞬时视在功率(电流通道A)
瞬时视在功率(电流通道B)
瞬时有功功率(电流通道A)
瞬时有功功率(电流通道B)
瞬时无功功率(电流通道A)
瞬时无功功率(电流通道B)
瞬时电流(电流通道A)
瞬时电流(电流通道B)
瞬时电压(电压通道)
IRMS寄存器(电流通道A)
IRMS寄存器(电流通道B)
VRMS寄存器
有功电能(电流通道A)
有功电能(电流通道B)
无功电能(电流通道A)
无功电能(电流通道B)
视在电能(电流通道A)
视在电能(电流通道B)
过压水平
过流水平
电压通道峰值
读取电压峰值后复位
电流通道A峰值
读取电流通道A峰值后复位
电流通道B峰值
读取电流通道B峰值后复位
中断使能(电流通道A)
中断状态(电流通道A)
复位中断状态(电流通道A)
中断使能(电流通道B)
中断状态(电流通道B)
复位中断状态(电流通道B)
校验和
电流通道增益(电流通道A)
电压通道增益
有功功率增益(电流通道A)
无功功率增益(电流通道A)
视在功率增益(电流通道A)
电流通道失调(电流通道A)
IRMS失调(电流通道A)
电压通道失调
VRMS失调
有功功率失调校正(电流通道A)
无功功率失调校正(电流通道A)
视在功率失调校正(电流通道A)
ADE7953
地址
24位
0x28C
0x28E
0x28F
0x290
0x291
0x292
0x295
0x296
0x297
0x2FF
32位
0x38C
0x38E
0x38F
0x390
0x391
0x392
0x395
0x396
0x397
0x3FF
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R
寄存器名称
BIGAIN
BWGAIN
BVARGAIN
BVAGAIN
BIOS
BIRMSOS
BWATTOS
BVAROS
BVAOS
LAST_RWDATA
默认值
0x400000
0x400000
0x400000
0x400000
0x000000
0x000000
0x000000
0x000000
0x000000
0x000000
类型
无符号
无符号
无符号
无符号
带符号
带符号
带符号
带符号
带符号
无符号
寄存器描述
电流通道增益(电流通道B)
有功功率增益(电流通道B)
无功功率增益(电流通道B)
视在功率增益(电流通道B)
电流通道失调(电流通道B)
IRMS失调(电流通道B)
有功功率失调校正(电流通道B)
无功功率失调校正(电流通道B)
视在功率失调校正(电流通道B)
包含上一次24/32位寄存器成功通信的数据
ADE7953寄存器描述
表16. DISNOLOAD寄存器(地址0x001)
位
0
1
2
位名称
DIS_APNLOAD
DIS_VARNLOAD
DIS_VANLOAD
默认值
0
0
0
描述
1 = 禁用电流通道A和电流通道B的有功功率空载特性
1 = 禁用电流通道A和电流通道B的无功功率空载特性
1 = 禁用电流通道A和电流通道B的视在功率空载特性
表17. LCYCMODE寄存器(地址0x004)
位
0
位名称
ALWATT
默认值
0
1
BLWATT
0
2
ALVAR
0
3
BLVAR
0
4
ALVA
0
5
BLVA
0
6
RSTREAD
1
描述
0 = 禁用电流通道A的有功电能线周期累计模式
1 = 使能电流通道A的有功电能线周期累计模式
0 = 禁用电流通道B的有功电能线周期累计模式
1 = 使能电流通道B的有功电能线周期累计模式
0 = 禁用电流通道A的无功电能线周期累计模式
1 = 使能电流通道A的无功电能线周期累计模式
0 = 禁用电流通道B的无功电能线周期累计模式
1 = 使能电流通道B的无功电能线周期累计模式
0 = 禁用电流通道A的视在电能线周期累计模式
1 = 使能电流通道A的视在电能线周期累计模式
0 = 禁用电流通道B的视在电能线周期累计模式
1 = 使能电流通道B的视在电能线周期累计模式
0 = 禁用所有寄存器的读取后复位特性
1 = 使能所有寄存器的读取后复位特性
表18. CONFIG寄存器(地址0x102)
位
0
1
2
3
位名称
INTENA
INTENB
HPFEN
PFMODE
默认值
0
0
1
0
4
REVP_CF
0
5
REVP_PULSE
0
6
ZXLPF
0
7
SWRST
0
描述
1 = 积分器使能(电流通道A)
1 = 积分器使能(电流通道B)
1 = HPF使能(所有通道)
0 = 功率因数基于瞬时功率
1 = 功率因数基于线周期累计模式电能
0 = REVP 在CF1上更新
1 = REVP 在CF2上更新
0 = REVP 在反向极性为真时处于高电平，在反向极性为假时处于低电平
1 = REVP 在反向极性为真时输出1 Hz脉冲，在反向极性为假时处于低电平
0 = ZX LPF使能
1 = ZX LPF禁用
此位置1将使能软件复位
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ADE7953
位
8
位名称
CRC_ENABLE
默认值
0
[10:9]
PWR_LPF_SEL
00
11
ZX_I
0
[13:12]
ZX_EDGE
00
14
15
保留
COMM_LOCK
0
1
描述
0 = CRC禁用
1 = CRC使能
低通滤波器选项
设置
滤波
00
~250 ms
01
~500 ms
10
~1 sec
11
~2 sec
0 = ZX_I基于电流通道A
1 = ZX_I基于电流通道B
过零中断边沿选择
设置
边沿选择
在趋正和趋负过零时均发出中断
00
在趋负过零时发出中断
01
在趋正过零时发出中断
10
在趋正和趋负过零时均发出中断
11
保留
0 = 通信锁定特性使能
1 = 通信锁定特性禁用
表19. CFMODE寄存器(地址0x107)
位
[3:0]
位名称
CF1SEL
默认值
0000
[7:4]
CF2SEL
0000
8
CF1DIS
1
9
CF2DIS
1
描述
CF1引脚上的输出信号配置
设置
CF1输出信号配置
0000
CF1与有功功率(电流通道A)成比例
0001
CF1与无功功率(电流通道A)成比例
0010
CF1与视在功率(电流通道A)成比例
CF1与IRMS(电流通道A)成比例
0011
CF1与有功功率(电流通道B)成比例
0100
CF1与无功功率(电流通道B)成比例
0101
CF1与视在功率(电流通道B)成比例
0110
CF1与IRMS(电流通道B)成比例
0111
CF1与IRMS(电流通道A)+ IRMS(电流通道B)成比例
1000
CF1与有功功率(电流通道A)+ 有功功率(电流通道B)成比例
1001
CF2引脚上的输出信号配置
设置
CF2输出信号配置
CF2与有功功率(电流通道A)成比例
0000
CF2与无功功率(电流通道A)成比例
0001
0010
CF2与视在功率(电流通道A)成比例
0011
CF2与IRMS(电流通道A)成比例
0100
CF2与有功功率(电流通道B)成比例
0101
CF2与无功功率(电流通道B)成比例
0110
CF2与视在功率(电流通道B)成比例
0111
CF2与IRMS(电流通道B)成比例
1000
CF2与IRMS(电流通道A)+ IRMS(电流通道B)成比例
1001
CF2与有功功率(电流通道A)+ 有功功率(电流通道B)成比例
0 = CF1输出使能
1 = CF1输出禁用
0 = CF2输出使能
1 = CF2输出禁用
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ADE7953
表20. ALT_OUTPUT寄存器(地址0x110)
位
[3:0]
位名称
ZX_ALT
默认值
0000
[7:4]
ZXI_ALT
0000
[11:8]
REVP_ALT
0000
描述
ZX引脚(引脚1)的配置
设置
ZX引脚配置
ZX检测通过引脚1输出(默认)
0000
骤减检测通过引脚1输出
0001
保留
0010
0011
保留
0100
保留
0101
有功功率空载检测(电流通道A)通过引脚1输出
0110
有功功率空载检测(电流通道B)通过引脚1输出
0111
无功功率空载检测(电流通道A)通过引脚1输出
1000
无功功率空载检测(电流通道B)通过引脚1输出
1001
未锁存波形采样信号通过引脚1输出
1010
IRQ 信号通过引脚1输出
ZX_I检测通过引脚1输出
1011
1100
REVP 检测通过引脚1输出
保留(设为默认值)
1101
保留(设为默认值)
111x
ZX_I引脚(引脚21)的配置
设置
ZX_I引脚配置
0000
ZX_I检测通过引脚21输出(默认)
0001
骤减检测通过引脚21输出
0010
保留
0011
保留
0100
保留
0101
有功功率空载检测(电流通道A)通过引脚21输出
0110
有功功率空载检测(电流通道B)通过引脚21输出
0111
无功功率空载检测(电流通道A)通过引脚21输出
1000
无功功率空载检测(电流通道B)通过引脚21输出
1001
未锁存波形采样信号通过引脚21输出
1010
IRQ 信号通过引脚21输出
ZX检测通过引脚21输出
1011
1100
REVP 检测通过引脚21输出
保留(设为默认值)
1101
保留(设为默认值)
111x
REVP引脚的配置(引脚20)
设置
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1010
1011
1100
1101
111x
REVP 引脚配置
REVP 检测通过引脚20输出(默认)
骤减检测通过引脚20输出
保留
保留
保留
有功功率空载检测(电流通道A)通过引脚20输出
有功功率空载检测(电流通道B)通过引脚20输出
无功功率空载检测(电流通道A)通过引脚20输出
无功功率空载检测(电流通道B)通过引脚20输出
未锁存波形采样信号通过引脚20输出
IRQ 信号通过引脚20输出
ZX检测通过引脚20输出
ZX_I检测通过引脚20输出
保留(设为默认值)
保留(设为默认值)
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ADE7953
表21. ACCMODE寄存器(地址0x201和地址0x301)
位
[1:0]
位名称
AWATTACC
默认值
00
描述
电流通道A有功电能累计模式
设置
有功电能累计模式(电流通道A)
正常模式
00
仅正值累计模式
01
绝对值累计模式
10
保留
11
[3:2]
BWATTACC
00
电流通道B有功电能累计模式
设置
有功电能累计模式(电流通道B)
正常模式
00
仅正值累计模式
01
绝对值累计模式
10
保留
11
[5:4]
AVARACC
00
[7:6]
BVARACC
00
8
AVAACC
0
9
BVAACC
0
10
APSIGN_A
0
11
APSIGN_B
0
12
VARSIGN_A
0
13
VARSIGN_B
0
[15:14]
16
保留
ACTNLOAD_A
00
0
17
VANLOAD_A
0
18
VARNLOAD_A
0
19
ACTNLOAD_B
0
20
VANLOAD_B
0
21
VARNLOAD_B
0
电流通道A无功电能累计模式
设置
无功电能累计模式(电流通道A)
正常模式
00
防窃电累计模式
01
绝对值累计模式
10
保留
11
电流通道B无功电能累计模式
设置
无功电能累计模式(电流通道B)
正常模式
00
防窃电累计模式
01
绝对值累计模式
10
保留
11
0 = 电流通道A视在电能累计处于正常模式
1 = 电流通道A视在电能累计基于IRMSA
0 = 电流通道B视在电能累计处于正常模式
1 = 电流通道B视在电能累计基于IRMSB
0 = 电流通道A有功功率为正
1 = 电流通道A有功功率为负
0 = 电流通道B有功功率为正
1 = 电流通道B有功功率为负
0 = 电流通道A无功功率为正
1 = 电流通道A无功功率为负
0 = 电流通道B无功功率为正
1 = 电流通道B无功功率为负
保留
0 = 电流通道A有功电能脱离空载状态
1 = 电流通道A有功电能处于空载状态
0 = 电流通道A视在电能脱离空载状态
1 = 电流通道A视在电能处于空载状态
0 = 电流通道A无功电能脱离空载状态
1 = 电流通道A无功电能处于空载状态
0 = 电流通道B有功电能脱离空载状态
1 = 电流通道B有功电能处于空载状态
0 = 电流通道B视在电能脱离空载状态
1 = 电流通道B视在电能处于空载状态
0 = 电流通道B无功电能脱离空载状态
1 = 电流通道B无功电能处于空载状态
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ADE7953
Interrupt Enable和Interrupt Status寄存器
Current Channel A和Voltage Channel寄存器
表22. IRQENA寄存器(地址0x22C和地址0x32C)、IRQSTATA寄存器(地址0x22D和地址0x32D)和RSTIRQSTATA寄存器(地址
0x22E和地址0x32E)
位
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
位名称
AEHFA
VAREHFA
VAEHFA
AEOFA
VAREOFA
VAEOFA
AP_NOLOADA
VAR_NOLOADA
VA_NOLOADA
APSIGN_A
VARSIGN_A
ZXTO_IA
ZXIA
OIA
ZXTO
ZXV
OV
WSMP
CYCEND
Sag
Reset
CRC
描述
有功电能半满(电流通道A)
无功电能半满(电流通道A)
视在电能半满(电流通道A)
有功电能上溢或下溢(电流通道A)
无功电能上溢或下溢(电流通道A)
视在电能上溢或下溢(电流通道A)
电流通道A有功功率空载检测
电流通道A无功功率空载检测
电流通道A视在功率空载检测
有功电能符号已改变(电流通道A)
无功电能符号已改变(电流通道A)
表示在ZXTOUT寄存器指定的时间内，电流通道A上没有发生过零事件
电流通道A过零
电流通道A峰值已超过OILVL寄存器中设置的过流阈值
表示在ZXTOUT寄存器指定的时间内，电压通道上没有发生过零事件
电压通道过零
电压峰值已超过OVLVL寄存器中设置的过压阈值
采集到新波形数据
线周期累计时间结束
发生骤降事件
软件或硬件复位结束
校验和已改变
Current Channel B寄存器
表23. IRQENB寄存器(地址0x22F和地址0x32F)、IRQSTATB寄存器(地址0x230和地址0x330)和RSTIRQSTATB寄存器(地址0x231
和地址0x331)
位
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
位名称
AEHFB
VAREHFB
VAEHFB
AEOFB
VAREOFB
VAEOFB
AP_NOLOADB
VAR_NOLOADB
VA_NOLOADB
APSIGN_B
VARSIGN_B
ZXTO_IB
ZXIB
OIB
描述
有功电能半满(电流通道B)
无功电能半满(电流通道B)
视在电能半满(电流通道B)
有功电能上溢或下溢(电流通道B)
无功电能上溢或下溢(电流通道B)
视在电能上溢或下溢(电流通道B)
电流通道B有功功率空载检测
电流通道B无功功率空载检测
电流通道B视在功率空载检测
有功电能符号已改变(电流通道B)
无功电能符号已改变(电流通道B)
表示在ZXTOUT寄存器指定的时间内，电流通道B上没有发生过零事件
电流通道B过零
电流通道B峰值已超过OILVL寄存器中设置的过流阈值
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ADE7953
外形尺寸
0.50
BSC
1
21
EXPOSED
PAD
3.40
3.30 SQ
3.20
15
TOP VIEW
0.80
0.75
0.70
SEATING
PLANE
0.50
0.40
0.30
PIN 1
INDICATOR
28
22
7
14
8
BOTTOM VIEW
0.05 MAX
0.02 NOM
COPLANARITY
0.08
0.203 REF
FOR PROPER CONNECTION OF
THE EXPOSED PAD, REFER TO
THE PIN CONFIGURATION AND
FUNCTION DESCRIPTIONS
SECTION OF THIS DATA SHEET.
COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MO-220-WHHD-3.
120909-A
PIN 1
INDICATOR
0.30
0.25
0.20
5.10
5.00 SQ
4.90
图75. 28引脚LFCSP_WQ封装
5 mm x 5 mm超薄体
（CP-28-6）
尺寸单位：mm
订购指南
型号1
ADE7953ACPZ
ADE7953ACPZ-RL
EVAL-ADE7953EBZ
1
温度
−40°C至+85°
−40°C至+85°
封装描述
28引脚 LFCSP_WQ
28引脚 LFCSP_WQ，13"卷带和卷盘
评估板
Z = 符合RoHS标准的器件。
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封装选项
CP-28-6
CP-28-6
ADE7953
注释
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ADE7953
注释
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ADE7953
注释
I2C refers to a communications protocol originally developed by Philips Semiconductors (now NXP Semiconductors).
©2011 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and
registered trademarks are the property of their respective owners.
D09320-0-2/11(0)
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