SSP1840

SSP1840 内置时钟单相多功能免校准计量电路 一、概述 SI PR 二、特点 O IN SSP1840 是一颗内置时钟免校准电能计量芯片，适用于单相多功能电能表、智能插座、 智能家电、电动自行车充电桩等应用，具有较高的性价比。 SSP1840 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。 SSP1840 能够测量电流、电压有效值、有功功率、有功电能量等参数，可输出快速电 流有效值（用于漏电监控或过流保护），以及温度检测，波形输出等功能，通过 UART/SPI 接口输出数据，能够充分满足智能插座、智能家电、单相多功能电能表、电动自行车充电 桩及用电信息大数据采集等领域的需要。 SSP1840 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。  两路独立的 Sigma-Delta ADC，一路电流和一路电压。  电流有效值范围（10mA~35A）@1mohm  有功电能（1w~7700w）@1mohm@220V  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  批次出厂增益误差小于 1%，外围元件满足一定条件下可以免校准  电流通道具备漏电/过流监控功能，监控阈值及响应时间可设置  电压过零信号输出  内置波形寄存器，可输出波形数据用于负载类型分析  集成温度传感器，满足产品本身过温监控、大电流节点预设温度报警、室温测量 等需求  集成 SPI（最快速率支持 900KHz）/UART（4800Bps）通信方式  电源掉电监测，低于 2.7V 时，芯片进入复位状态  内置 1.218V 参考电压源  内置振荡电路，时钟约 4MHz  芯片单工作电源 3.3V，低功耗 10mW（典型值）  TSSOP14 封装 SSP1840 内置时钟单相多功能免校准电能计量电路 三、系统框图 VDD SSP1840 IP1 IN1 PGA LDO Internal Clock Power On/Reset SDM UART /SPI DSP PGA ZX CF REG SDM Reference Voltage 1.2V Temperature Sensor VT GND OTP IN VP VN SEL SCLK RX/SDI TX/SDO VPP O 图 1 内部框图 SI PR 四、引脚特征 VDD 1 14 VPP VT 2 13 TX/SDO IP1 3 12 RX/SDI IN1 4 11 SCLK VP 5 10 SEL VN 6 9 CF GND 7 8 ZX SSP1840 图 2 TSSOP14 管脚号 符号 说明 1 VDD 电源（+3.3V） 2 VT 外部温度传感器信号输入 3，4 IP1,IN1 5,6 VP,VN 7 GND 芯片地 8 ZX 电压过零指示 9 CF 电能脉冲输出，复用功能见 MODE 寄存器说明 10 SEL UART/SPI 通信模式选择（0：UART 1：SPI） ，内部有下拉电阻， 悬空即为 0 电平（UART） ，管脚直接接到 VDD 即为高电平（SPI） 11 SCLK SPI 方式时钟输入；UART 通信模式时，悬空即可 12 RX/SDI UART/SPI 复用管脚，UART RX/SPI DIN 13 TX/SDO UART/SPI 复用管脚，UART TX/SPI DOUT，需要外部上拉电阻 14 VPP 电流通道的模拟输入，管脚的最大差分电压±50mV(35mV rms) 电压信号输入端，最大差分电压±100mV(70mV rms) 保留，悬空即可 2 / 21 SSP1840 内置时钟单相多功能免校准电能计量电路 五、电气特性 （VDD =3.3V，GND＝0V，片上基准电压源，内置晶振，25℃，电能通过 CF 输出进行测量） 测量项目 符号 电源 VDD VDD 功耗 Iop 测量条件 最小 典型 3.0 VDD=3.3V 最大 单位 3.6 V 3 mA 4000:1 输入动态范围 有功电能测量精度 （大信号） 35A~100mA 输入@ 1mohm 采样电阻 0.2 % 有功电能测量精度 （小信号） 100mA~50mA 输入@ 1mohm 采样电阻 0.4 % 有功电能测量精度 （微小信号） 50mA~10mA 输入@ 1mohm 采样电阻 0.6 % 有效值测量精度 （大信号） 35A~100mA 输入@ 1mohm 采样电阻 0.2 % 有效值测量精度 （小信号） 100mA~50mA 输入@ 1mohm 采样电阻 2 % 有效值测量精度 （微小信号） 50mA~10mA 输入@ 1mohm 采样电阻 6 % 60Hz O 50Hz 可设置为周波/半周波 10 40 mS 8.3 33 mS SI PR 快速有效值响应时间 IN 测量范围 过零信号输出延时 571 uS 通道间相角引起测量 误差（容性） PF08err 相位超前 37 （PF=0.8） 0.5 % 通道间相角引起测量 误差（感性） PF05err 相位滞后 60 （PF=0.5） 0.5 % AC 电源抑制 （输出频 率幅度变化） ACPSRR IP/N=100mV 0.1 % DC 电源抑制 （输出频 率幅度变化） DCPSRR VP/N=100mV 0.1 % 模拟输入电平（电流） 电流差分输入（峰值） 50 mV 模拟输入电平（电压） 电压差分输入（峰值） 200 mV 模拟输入阻抗 370 kΩ SEL 下拉电阻 SEL（下拉） 56.9 kΩ 模拟输入带宽 （-3dB） 3.5 kHz 1.218 V 内部电压基准 Vref 逻辑输入高电平 VDD=3.3V±5% 逻辑输入低电平 VDD=3.3V±5% 逻辑输出高电平 VDD=3.3V±5% IOH=5mA 逻辑输出低电平 VDD=3.3V±5% IOL=5mA 3 / 21 2.6 V 0.8 VDD-0.5 V V 0.5 V SSP1840 内置时钟单相多功能免校准电能计量电路 极限参数（T=25℃） VDD 相当于 GND 电压 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．． ．．．． ．．．． ．．．． ． ．． ．．．． ．．．-0.3V～+4V 模拟输入 IP1, VP 相当于 GND 电压．．． ．．． ． ．． ． ． ． ．． ．．． ．．． ．．． ．- 4V～+4V 数字输入 UART_SEL、RX/SDI 相当于 GND ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．． ．-0.3V～VDD+0.3V 数字输出 CF、TX/SDO 相当于 GND ． ． ．．．． ．． ．． ．．． ．． ．．．． ．．．-0.3V～VDD+0.3V 工作温度范围：工业级． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．． ．．．． ．．．． ．．．． ． ．．．．．． ．．．-40℃～+85℃ 存储温度范围 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．． ． ． ． ． ． ．． ．．．． ．．．． ．．．． ． ．．．．．． ．．．-55℃～+150℃ 六、内部寄存器说明 6.1 寄存器列表 名称 内部 读/ 写 位 宽 默认值 描述 IN 地址 外部 读/ 写 电参量寄存器（只读） IA_FAST_RM S R W 0x01 IA_WAVE R W 0x03 V_WAVE R W 0x04 IA_RMS R W V_RMS R A_WATT 0x08 0x0A 0x0C 0x0E 0x0F 0x000000 电流快速有效值寄存器，无符号 20 0x00000 电流波形寄存器，有符号 20 0x00000 电压波形寄存器，有符号 24 0x000000 电流有效值寄存器，无符号 W 24 0x000000 电压有效值寄存器，无符号 R W 24 0x000000 有功功率寄存器，有符号 CFA_CNT R W 24 0x000000 有功电能脉冲计数，无符号 A_CORNER R W 16 0x0000 电流电压波形相角寄存器 TPS1 R W 10 0x000 内部温度检测寄存器，无符号 TPS2 R W 10 0x000 外部温度检测寄存器，无符号 SI PR 0x06 24 O 0x00 用户操作寄存器（读写） IA_FAST_RM S_CTRL R/W R 16 0xFFFF 电流快速有效值控制寄存器 0x11 IA_CHOS R/W R 8 0x00 电流直流偏置校正 0x13 IA_RMSOS R/W R 8 0x00 电流有效值小信号校正寄存器 0x15 A_WATTOS R/W R 8 0x00 功率小信号校正寄存器 0x17 WA_CREEP R/W R 8 0x0B 有功功率防潜寄存器 0x18 MODE R/W R 16 0x0000 用户模式选择寄存器 0x19 SOFT_RESET R/W R 24 0x000000 写入 0x5A5A5A 时，用户区寄存器复位 0x1A USR_WRPROT R/W R 8 0x00 用户写保护设置寄存器。写入 0x55 后， 用户操作寄存器可以写入；写入其他 值，用户操作寄存器区域不可写入 0x1B TPS_CTRL R/W R 16 0x07FF 温度模式控制寄存器 0x1C TPS2_A R/W R 8 0x0000 外部温度传感器增益系数校正寄存器 0x1D TPS2_B R/W R 8 0x0000 外部温度传感器偏移系数校正寄存器 0x10 4 / 21 SSP1840 内置时钟单相多功能免校准电能计量电路 6.2 特殊寄存器说明 用户模式选择寄存器 MODE No. name [1:0] 2~3 IA_F_SEL reserved [5:4] V_F_SEL 工作模式寄存器 default value 0b00 0b00 11：全波，交直流测量 电压波形选择通过滤波 器 0X：高通，交流测量 10：低通，直流测量 11：全波，交直流测量 0b0 有效值寄存器刷新时间 选择 0：400ms 0b0 交流电频率选择 reserved 0b00 8 RMS_UPDATE_SEL 9 AC_FREQ_SEL SI PR O 7 13~15 10：低通，直流测量 0：高通滤波器前输出 0b0 12 0X：高通，交流测量 快速有效值选择通过滤 波器 L_F_SEL 11 电流波形选择通过滤波 器 0b00 6 10 description IN 0x18 CNT_CF_CLR_SEL 0b0 有功电能脉冲计数寄存 器是否读后清零 Reserved 0b0 保留 CF_UNABLE 0b0 Reserved 3b000 CF 管脚输出功能选择 5 / 21 1：高通滤波器后输出 1：800ms 0：50Hz 1：60Hz 0：关闭 1：开启读后清零 0：保留 1：过流报警功能 TPS_CTRL[14] 配 置 有 效 SSP1840 内置时钟单相多功能免校准电能计量电路 温度模式控制寄存器 0x1B TPS_CTRL 温度模式控制寄存器 No. name default value description [15] 测温开关，默认 0b0, 开启测温 0：开启 1：关闭 0：温度报警开启 [14] 报警开关，默认 0b0, 1：电流通道过流/漏电 报警开启 00：自动测温 0x1B TPS_CTRL 0x07FF [13:12]测温选择，默认 0b00 自动测温 01：同 00 10：内部测温 11：外部测温 00：50ms 01：100ms IN [11:10]测温时间间隔选择， 默认 0b01 100ms 10：200ms 11：400ms O [ 9:0] 外部测温报警阀值设 置，默认设置 0x3FF,不报警 SI PR 七、工作原理说明 TPS2 寄存器值大于等 于报警值，产生报警 SSP1840 主要分为模拟信号处理和数字信号处理两块，模拟部分主要包括两通道 PGA、 两通道 Sigma-Delta ADC、内置时钟（internal clock） 、上下电监测（Power on/reset）、温度检 测（temperature sensor） 、LDO 等相关模拟模块，数字部分为数字信号处理模块（DSP） 。 7.1 电流电压瞬态波形计量 IA_F_SEL LPF IP1 IN1 VP PGA PGA ADC ADC SINC3 SINC3 HPF MUX IA_CHOS + MUX + LPF L_F_SEL V_CHOS HPF MUX + V_F_SEL 图4 6 / 21 IA_WAVE IA_WAVE_F V_WAVE SSP1840 内置时钟单相多功能免校准电能计量电路 如上图所示，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） 、可选高通滤波器 （HPF）或低通滤波器（LPF）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（IA_WAVE，V_WAVE） 。 两个通道可选通过 HPF 和 LPF，通过 HPF 为交流测量模式，通过 LPF 为直流测量模式， 两者都不通过为全波测量模式。通过用户模式寄存器 MODE[5:0]进行设置。 采集到的负载电流和电压波形数据以 7.8ksps 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(IA_WAVE,V_WAVE)，SPI 速率配置大于 375Kbps，可连续读 取一个通道的波形值。 外部 内部 读/写 读/写 IA_WAVE R V_WAVE R 地址 名称 0x01 0x03 位宽 默认值 描述 W 20 0x00000 电流波形寄存器 W 20 0x00000 电压波形寄存器 IN 7.2 通道偏置校正 0x11 名称 外部 内部 读/写 读/写 R/W R 位宽 SI PR 地址 O SSP1840 包含一个 8 位的校正寄存器（IA_CHOS,） ，缺省值为 00H。它们以 2 的补码形 式的数据来分别消除电流通道和电压通道模数转换带来的偏差。这里的偏差可能是源于输入 以及模数转换电路本身产生的 offset。偏差校正可以使在无负载情况下波形 offset 为 0。 IA_CHOS 8 默认值 描述 0x00 电流通道直流偏置校正 这些寄存器用于直流测量模式，即 IA/V_LPF_SEL=1。 校正公式： WAVE 为校正后的波形值，WAVE0 为未校正的波形值； 对应的 RMS 值：RMS = RMS0 + RMS 为校正后的有效值，RMS0 为未校正的有效值； 7.3 有功功率 WA_CREEP RMS_UPDATE_SEL WATT ANTI-CREEP AVERAGE IA_WAVE × LPF_ WATT + V_WAVE A_WATT_t A_WATTOS 图5 7 / 21 A_WATT SSP1840 内置时钟单相多功能免校准电能计量电路 地址 名称 0x08 A_WATT 外部 内部 读/写 读/写 R W 有功功率计算公式：A_WATT 其中， 位宽 默认值 描述 24 0x000000 有功功率寄存器 = 为通道管脚输入信号的有效值(mV)， 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，Bit[23]为符号位，Bit[23]=0，当前功率为正 功，Bit[23]=1，当前功率为负功，补码形式。 IN 7.4 有功功率偏置校准 名称 0x15 A_WATTOS 外部 读/写 R/W 内部 读/写 R 位宽 默认值 描述 8 0x00 功率小信号校正寄存器 SI PR 地址 O SSP1840 包含了一个 8 位的有功功率校正寄存器（A_WATTOS），缺省值为 00H。以 2 的补码形式的数据来来消除电能计量时的有功功率的偏差。Bit[7]为符号位，这里的偏差可 能是源于板级噪声或串扰。偏差校正可以使在无负载情况下有功功率寄存器中的值接近 0。 WATT 是校正之后的有功功率，WATT0 是校正之前的有功功率。 7.5 有功功率的防潜动 SSP1840 具有专利功率防潜功能，保证无电流输入的时候板级噪声功率不会累积电量。 有功防潜动阈值寄存器（WA_CREEP） ，为 8bit 无符号数，缺省为 0BH。该值与有功 功率寄存器值对应关系见下面公式，当输入有功功率信号绝对值小于这个值时，输出有功功 率设为零。这可以使在无负载情况下，即使有小的噪声信号，输出到有功功率寄存器中的值 为 0，电能不累积。 地址 名称 0x17 WA_CREEP 外部 内部 读/写 读/写 R/W R 位宽 默认值 描述 8 0x0B 有功功率防潜寄存器 可以根据功率寄存器 A_WATT 的值设置 WA_CREEP,他们的对应关系 WA_CREEP = 当前通道处于防潜状态时，该通道的有效值不测量，也切除到 0。 8 / 21 SSP1840 内置时钟单相多功能免校准电能计量电路 7.6 电能计量 SSP1840 提供电能脉冲计量，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，CFA_CNT 寄存器保存输出电能脉冲 CF 的个数，具体如下图所 示。 CFA_CLR ∫ A_WATT_t counter CFA_CNT IN CF 图6 No. name 工作模式寄存器 O MODE default value SI PR 0x18 10 CNT_CF_CLR_SEL 0b0 description 有功电能脉冲计数寄存器 是否读后清零 0：关闭 1：开启 设置 MODE[10]的读后清零位，每次对有功电能脉冲计数寄存器的读操作都将导致该寄 存器读后清零。 地址 名称 0x0A CFA_CNT 外部 内部 读/写 读/写 R W 位宽 默认值 描述 24 0x000000 有功电能脉冲计数，无符号 有功电能脉冲计数对应用电量，也可通过 I/O 中断从 CF 引脚直接对脉冲个数进行计数， CF 的周期小于 180ms 时，为 50%占空比的脉冲，大于等于 180ms 时，高电平固定脉宽 90ms。 注意：CFA_CNT 寄存器是电能脉冲代数和累积方式，即正功加，负功减。 每个 CF 脉冲的累积时间 tCF= 其中 ） 。 9 / 21 SSP1840 内置时钟单相多功能免校准电能计量电路 7.7 电流电压有效值 两个通道的有效值，如下图，经过平方电路（X2）、低通滤波器（LPF_RMS）、开根电 路（ROOT） ，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(A_RMS 和 V_RMS)。 IA_WAVE x² LPF_RMS + root AVERAGE A_RMS IA_RMSOS A_RMS_t RMS_UPDATE_SEL x² LPF_RMS + root AVERAGE V_RMS IN V_WAVE V_RMS_t V_RMSOS RMS_UPDATE_SEL O 图7 位宽 默认值 描述 W 24 0x000000 电流有效值寄存器，无符号 W 24 0x000000 电压有效值寄存器，无符号 外部 内部 读/写 读/写 IA_RMS R V_RMS R 名称 0x04 0x06 SI PR 地址 0x18 MODE No. name default value 8 RMS_UPDATE_SEL 0b0 工作模式寄存器 description 有效值寄存器刷新时间 设置 0：400ms 1：800ms 设置 MODE[8].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，该通道的有效值为零。 电流有效值转换公式：IA_RMS = 电压有效值转换公式：V_RMS = 是参考电压，典型值是 1.218V。 I(A)是 IP1，IN1 管脚间的输入信号（mV） ；V(V)是 VP 管脚的输入信号(mV)； 10 / 21 SSP1840 内置时钟单相多功能免校准电能计量电路 7.8 电流电压有效值偏置校准 SSP1840 包含一个 8 位有效值偏置寄存器（IA_RMSOS） ，它们的缺省值为 00H，它们 以 2 的补码形式的数据来有效值计算中出现的偏差。Bit[7]为符号位，这种偏差可能来源于 输入噪声，因为在计算有效值中有一步平方运算，这样可能引入由噪声产生的直流偏置。偏 差校正可以使在无负载情况下有效值寄存器中的值接近 0。 地址 名称 0x13 IA_RMSOS 外部 内部 读/写 读/写 R/W R 位宽 默认 值 描述 8 0x00 电流有效值小信号校正寄存器 校准公式： IN 这里 RMS0 为未进行校正之前有效值，RMS 是校正之后的有效值。 7.9 漏电/过流检测 SI PR O SSP1840 有快速有效值寄存器，可检测半周波或周波有效值。该功能可用于漏电或过 流检测。漏电波形 L_WAVE 的来源参见通道波形框图。 可选通过 HPF 和不通过 HPF，默认不通过 HPF，得到 IA_WAVE_F 取绝对值后进行半 周波或周波时间累加，由 FAST_RMS_CTRL[15]选择，默认选择周波累加，响应时间最长 40ms（50Hz）或 33mS（60Hz） ，注意半周波累加时 x_FAST_RMS 寄存器的跳动比较大。要 区分 50Hz 和 60Hz 的半周波时间（AC_FREQ_SEL） 。 AC_FREQ_SEL IA_WAVE_F FAST_RMS ∫ || >= flag_l [23:9] FAST_RMS_CTRL [15] FAST_RMS_CTRL [14:0] 图8 地址 名称 0x10 IA_FAST_RMS_CTRL 外部 内部 读/写 读/写 R/W R 位宽 默认值 描述 16 0xFFFF 电流快速有效值 控制寄存器 通过 IA_FAST_RMS_CTRL 快速有效值控制寄存器，可选择刷新时间为半周波或周波， 并设定快速有效值阈值（即漏电或过流阈值） 。 11 / 21 SSP1840 内置时钟单相多功能免校准电能计量电路 0x10 MODE No. name 0x10 快速有效值寄存器 default value IA_FAST_RMS_CTRL description 0：半周波 [15]电流快速有效值寄存器刷新 时间 0xFFFF 1：周波 [14:0]电流快速有效值阈值 0x18 MODE 工作模式寄存器 No. name default value 9 AC_FREQ_SEL 0b0 description 0：50Hz 交流电频率选择 1：60Hz 通过 MODE[9]设置交流电频率。 名称 0x00 IA_FAST_RMS 外部 内部 读/写 读/写 R W 位宽 默认值 描述 24 0x000000 电流快速有效值，无 符号 IN 地址 MODE No. name 12 工作模式寄存器 default value SI PR 0x18 O 按照周波或者半周波刷新 24 位无符号快速有效值寄存器，取 FAST_RMS 寄存器的 Bit[23:9]与漏电/过流阀值 FAST_RMS_CTRL [14:0]比较，若大于等于设置的阀值，则漏电/ 过流报警输出指示管脚输出高电平。 漏电/过流报警输出指示引脚为 CF，需先设置 MODE[12]=1，再设置 TPS_CTRL[14]=1。 CF_UNABLE 0b0 0x1B TPS_CTRL No. name default value ALERT_CTRL 0b0 14 description CF 管脚输出选择 0：电能脉冲 MODE[11]配置有效 1：测温/漏电报警 TPS[14]配置有效 温度模式控制寄存器 报警开关 description 0：温度报警开启 1：过流/漏电报警开启 由于快速有效值是周波或半周波更新的，所以中断响应时间最长为 2 个周波或 2 个半周 波。 7.10 相角计算 SSP1840 可用于相角测量，电流分别与电压的相间角 CORNER_A 指示无功象限。计算 通过电流和电压的正向过零时间差得到，电流正向过零时更新到寄存器 CORNER_A，寄存 器是 16 位无符号数。 12 / 21 SSP1840 内置时钟单相多功能免校准电能计量电路 zx_pos_V CORNER A_CORNER[15:0] zx_pos_IA 图9 名称 0x0C A_CORNER 外部 内部 读/写 读/写 R W 位宽 默认值 描述 16 0x0000 电流电压波形相角寄存器 IN 地址 V_WAVE SI PR O I_WAVE 相角换算公式：2*pi*A_CORNER* 图 10 单位是弧度 其中, 是交流信号源的测量频率，默认是 50Hz, 13 / 21 是采样频率，典型值是 1MHz SSP1840 内置时钟单相多功能免校准电能计量电路 过零检测 7.11 SSP1840 提供电压过零检测，由引脚 ZX 直接输出过零信号，ZX 为零表示波形正半周， ZX 为 1 表示波形负半周。与实际输入信号的时延 570us 左右。 570us IN ZX 温度计量 7.12 O 图 11 SI PR SSP1840 提供内部测温和片外测温。 外部测温时，可选输出报警指示，当报警功能打开，CF 管脚选择输出报警信号，当 TPS2 大于等于报警阀值时，CF 管脚输出高电平，温度指示报警。当温度值低于报警值或者关闭 报警功能时退出报警指示。 0x1B TPS_CTRL No. name 温度模式控制寄存器 default value description [15] 测温开关，默认 0b0,开启测温 [14] 报警开关，默认 0b0, 0：开启 1：关闭 0：温度报警开启 1：电流通道过流/ 漏电报警开启 00：自动测温 0x1B TPS_CTRL 0x07FF [13:12]测温选择，默认 0b00 自动测温 01：同 00 10：内部测温 11：外部测温 00：50ms [11:10]测温时间间隔 选择，默认 0b01 100ms 01：100ms 10：200ms 11：400ms [ 9:0] 外部测温报警阀 值设置，默认设置 0x3FF 先设置 MODE[12]=1，再设置 TPS_CTRL[14]=0，可开启 CF 管脚输出外部温度报警指示。 14 / 21 SSP1840 内置时钟单相多功能免校准电能计量电路 0x18 MODE No. name 12 工作模式寄存器 default value CF_UNABLE description 0b0 CF 管脚输出选择 0：电能脉冲 MODE[11]配置有效 1：测温报警 TPS[14]配置有效 外部和内部测温读数分别存于 TPS1 和 TPS2 两个寄存器中。 外部 内部 读/写 读/写 TPS1 R TPS2 R 地址 名称 0x0E 0x0F 位宽 默认值 描述 W 10 0x0000 内部温度值寄存器，无符号 W 10 0x0000 外部温度值寄存器，无符号 内部 读/写 读/写 TPS2_A R/W R TPS2_B R/W 0x1C 0x1D 位宽 默认值 描述 8 0x00 外部温度传感器增益系数 A 校 正寄存器 R 8 0x00 外部温度传感器偏置系数 B 校 正寄存器 SI PR 名称 O 外部 地址 IN 内部测温公式：Tx=(170/448)(TB/2-32)-45 TB 是 TPS1 寄存器值。 外部测试温度采用 SAR ADC，就是 VT 管脚最大输入信号为 VDD/2（V），满刻度 1024， 15 / 21 SSP1840 内置时钟单相多功能免校准电能计量电路 8 通讯接口 寄存器数据均按 3 字节（24bit）发送，不足 3 字节的寄存器数据，未使用位补 0，凑足 3 字 节发送。 8.1 SPI 通过管脚 UART_SEL 选择，与 UART 复用  从模式  半双工通讯，通讯率可配，最大通讯速率 900khz  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） 工作模式 O 8.1.1 IN  SI PR 主设备工作在 Mode1：CPOL=0，CPHA=1，即空闲态时，SCLK 处于低电平，数据发 送是在第 1 个边沿，也就是 SCLK 由低电平到高电平的跳变，所以数据采样是在下降沿，数 据发送是在上升沿。 图 12 16 / 21 SSP1840 内置时钟单相多功能免校准电能计量电路 帧结构 8.1.2 在通信模式下，先发送 8bit 识别字节(0x58) 或(0xA8)，(0x58)是读识别字节，(0xA8)是 写识别字节，然后再发送寄存器地址字节，决定访问寄存器的地址（请参见 SSP1840 寄存 器列表） 。下图分别示出读出和写入操作的数据传送顺序。一帧数据传送完成，SSP1840 重 新进入通信模式。每次读/写操作所需的 SCLK 的脉冲个数均为 48 位。 帧结构有两种，分别说明如下： 1） 写操作帧 写操作帧 0xA8 ADDR[7:0] DATA_H[7:0] DATA_M[7:0] DATA_L[7:0] CHECKSUM[7:0] 2） 读操作帧 0x58 ADDR[7:0] SI PR 读命令帧 O IN 其中校验和字节 CHECKSUM 为（（0xA8 + ADDR + DATA_H + DATA_M+ DATA_L）& 0xFF）再按位取反。 读数据帧 DATA_H[7:0] DATA_M[7:0] DATA_L[7:0] CHECKSUM[7:0] 其中校验和字节 CHECKSUM=（（0x58 + ADDR + DATA_H + DATA_M+ DATA_L）& 0xFF）再按位取反。 8.1.3 写入操作时序 串行写入顺序按下述方式进行。帧识别字节{0xA8}，表示数据传送操作时写入。MCU 将需要写入 SSP1840 的数据位在 SCLK 的下沿之前准备好，在 SCLK 的该时钟的下沿开始 移入寄存器数据。 寄存器数据的所有其余位也在该 SCLK 的下沿进行左移移位操作（图 13）。 SDI ADDR[7:0] SDO 图 13 17 / 21 DATA_H,M,L[7:0] CHECKSUM[7:0] SSP1840 内置时钟单相多功能免校准电能计量电路 读出操作时序 8.1.4 在对 SSP1840 进行数据读出操作期间，在 SCLK 的上升沿，SSP1840 将相应的数据位 移出到 DOUT 逻辑输出管脚，在接下来的 SCLK 为 1 的时间内，DOUT 数值保持不变，即 在下一个下降沿时，外部设备可以对 DOUT 值进行采样。同数据写入操作一样，在数据读 出操作之前 MCU 必须先发送识别字节和地址字节。 SDI ADDR[7:0] DATA_H,M,L[7:0] CHECKSUM[7:0] IN SDO 图 14 当 SSP1840 处于通信模式时，帧识别字节{0x58}，表示下一个数据传送操作是读出。 O 然后紧跟的字节是待读出目标寄存器的地址。SSP1840 在 SCLK 的上升沿开始移出寄存器中 的数据（图 14） 。寄存器数据的所有其余位在随后的 SCLK 上升沿被移出。因此，在下降沿， SI PR 外部设备可以对 SPI 的输出数据进行采样操作。一旦读出操作结束，串行接口便重新进入通 信模式。这时，DOUT 逻辑输出在最后一个 SCLK 信号的下降沿进入高阻状态。 8.1.5 SPI 接口的容错机制 SPI 接口的软复位功能，通过 SPI 接口下发 6 个字节的 0xFF，可单独对 SPI 接口进行复 位。 18 / 21 SSP1840 内置时钟单相多功能免校准电能计量电路 8.2 UART 8.2.1 概述 SSP1840 可采用 UART 通信方式。UART 接口仅需两个低速光耦，就能实现隔离通信。 固定波特率 4800bps，N，8，1.5，工作在从模式，半双工通信。 8.2.2 描述 UART 口设置：通信波特率为 4800bps，无校验，停止位 1.5； 每个字节格式 t1 Start Bit t2 D0 D1 D2 D3 D4 D5 O By te IN 8.2.3 D6 D7 t3 Stop Bit SI PR 起始位低电平持续时间 t1=208us; 有效数据位时间持续 t2=208*8=1664us 停止位高电平持续时间 t3=208us+104us 8.2.4 写入时序 主机 UART 写数据时序如下图所示，主机先发送命令字节(0xA8)，然后是写地址字节 （ADDR） ，接下来依次发送数据字节，最后校验和字节。 t0 RX 0xA8 ADDR[0:7] t1 DATA_L[0:7] t1 …… DATA_H[0:7] CHECKSUM[0:7] t1 (0xA8)为写操作的帧识别字节，ADDR 为写操作对应的 SSP1840 的内部寄存器地址。 CHECKSUM 字节为（ （0xA8+ADDR+Data_L+Data_M+Data_H）& 0xFF）再按位取反。 8.2.5 读取时序 主机 UART 读数据时序如下图所示，主机先发送命令字节(0x58)，然后发送需要读取的 地址字节（ADDR） ，接下来 SSP1840 依次发送数据字节，最后校验和字节。 (0x58)为读操作的帧识别字节，ADDR 为读操作对应的 SSP1840 的内部寄存器地址。 CHECKSUM 字节为（ （0x58+ADDR+Data_L+Data_M+Data_H）& 0xFF）再按位取反。 时序说明： 19 / 21 SSP1840 内置时钟单相多功能免校准电能计量电路 说明 Min t1 MCU 发送字节间的间隔时间 0 t2 帧间隔时间 0.5 t3 读操作时 MCU 发送寄存器地址结束到 SSP1840 发送字节的 间隔时间 72 uS t4 SSP1840 发送字节之间的间隔时间 116 uS Type Max Unit 20 mS uS 8.2.6 数据包发送模式 通过命令“(0x58) + 0xAA” ，SSP1840 会返回一个全电参数数据包。返回的数据包共 35 个字节，4800bps 用时 77ms。具体格式为：包头（1byte head）电流 A 快速有效值（3byte IN IA_FAST_RMS）电流 A 有效值（3byte IA_RMS）保留（3byte）电压有效值（3byte V_RMS）保留（3byte）A 通道功率值（3byte A_WATT）保留（3byte）A 通道脉冲 计数值（3byte CFA_CNT）保留（3byte）内部温度计量值（2byte TPS1 + 1byte 0）外 全电参数包格式： 字节序 号 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 内容 SI PR 名称 O 部温度计量值（2byte TPS2 + 1byte 0）校验和值（1byte CHECKSUM） 。 包头 IA_FAST_RMS IA_RMS 保留 V_RMS 保留 A_WATT 名称 Head（0x55） IA_FAST_RMS_l 保留 IA_FAST_RMS_m IA_FAST_RMS_h IA_RMS_l CFA_CNT IA_RMS_m IA_RMS_h 保留 保留 保留 保留 V_RMS_l TPS1 V_RMS_m V_RMS_h TPS2 保留 保留 checksum 保留 A_WATT_l A_WATT_m A_WATT_h 20 / 21 字节序 号 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 内容 保留 保留 保留 CFA_CNT_l CFA_CNT_m CFA_CNT_h 保留 保留 保留 TPS1_l TPS1_m 0x00 TPS2_l TPS2_m 0x00 checksum SSP1840 内置时钟单相多功能免校准电能计量电路 checksum=（ （0x58 + 0x55 + data1_l + data1_m + data1_h +…….）& 0xff） 再按位取反 8.2.7 UART 接口的保护机制 SSP1840 的 UART 通信提供超时保护机制，如果字节与字节之间的间隔时间超过 18.5mS，则 UART 接口自动复位。 如果帧识别字节错误或 CHECKSUM 字节错误，则该帧数据放弃。 UART 模块复位：RX 管脚低电平超过 6.65mS 后拉高，UART 模块复位。 TSSOP14 SI PR O 9.1 IN 九、封装 上海市翔殷路 128 号 1 号楼 C 座 2 楼 http://www.siproin.com 上海矽朋微电子有限公司 TEL：021-65106929 200433 FAX：021-65077897 21 / 21