RN7302

三相多功能计量芯片 RN7302 RN7302 用户手册 V1.4 日期: 2014-09-22 深圳市锐能微科技有限公司 第1 页 版本 1.2 三相多功能计量芯片 RN7302 V1.0 说明 修订时间 修订点 修订说明 初建 2014-1-15 V1.1 修订说明 修订时间 修订点 修订说明 2014-4-3 增加通道切换功能 2014-4-3 改 1.4 典型应用示意图 见 3.6 通道切换寄存器说明章节。 对电压采样电流采样方式做了补充、修订和说明。 V1.2 修订说明 修订时间 修订点 修订说明 2014-5-20 1.3 管脚定义 修订 PIN32 REFV 引脚说明，删掉 ADCCFG.14 配置位 2014-5-20 3.4.12 功率相位校正寄存 器 强调说明了 Px_PHSL，Qx_PHSL 寄存器为 2 字节字 长， Px_PHSM，Px_PHSH，Qx_PHSM，Qx_PHSH 寄存器为 3 字节字长 V1.3 修订说明 修订时间 修订点 修订说明 2014-7-30 文字性错误修正 1、SPI_SDI 部分错误表述成输出，修正为输入。 2、CFCFG 寄存器 bit12-bit19,位错误修正。 3、Noload 寄存器地址文字错误修正。将 0x66 修正为 0x67. 4、EMUCFG_xxxMOD，三相、四相描述混乱。进行 统一修正。 V1.4 修订说明 修订时间 修订点 修订说明 2014-9-22 图 1-4 图 1-4 典型应用电路示意图 2，将 B 相作为公共参考 段，修正了部分连线错误。 2014-9-22 章节 3.4.12 增加 B0H~BBH 有功、无功功率分段相位校正寄存器 字节说明：B0H-BBH 分段相位校正寄存器，其高字节 bit[23:16]为无效位，但读写按 3 字节进行操作。 2014-9-22 章节 3.4.5 改一处错误：删除“且将 PRTH1H(0x07)PRTH2L(0X08)/PRTH2H(0X09) 清零” 。 增加：功率相位以 Px_PHSL、Qx_PHSL 作为各功率的 相位校正值。 2014-9-22 章节 3.4.17 EQADDMOD、EPADDMOD、ISUMMOD 位描述： MODSEL=0，即选择三相四线制时，该位可配置，默 认值为 0。 MODSEL=1，即选择三相三线制时，该位写无效，恒 为 0。 深圳市锐能微科技有限公司 第 2 页 版本 1.2 三相多功能计量芯片 RN7302 2014-9-22 章节 3.3 增加内部未开放寄存器 bank1-90H（ZXOTU） 、 bank1-92H（ZXOTCFG），电流过零阈值与电压过零/ 测频阈值可以分开设置。 2014-9-22 章节 3.4.25 对校验和寄存器 1 的说明进行更改，新增 bank1-90H 寄存器参与到校验和计算中去。 2014-9-22 章节 3.4.4 对过零阈值寄存器的说明进行更改，同时介绍 bank1-92H 过零计算配置及标志寄存器。 2014-9-22 章节 3.2.8 针对增加 bank1-90H 寄存器，对电压线频率寄存器的 说明进行更改 深圳市锐能微科技有限公司 第 3 页 版本 1.2 三相多功能计量芯片 RN7302 目录 1 芯片介绍.......................................................................................................................................... 5 1.1 芯片特性............................................................................................................................... 5 1.2 功能框图............................................................................................................................... 6 1.3 管脚定义............................................................................................................................... 7 1.4 典型应用............................................................................................................................... 9 2 系统功能........................................................................................................................................ 11 2.1 电源监测............................................................................................................................. 11 2.2 工作模式............................................................................................................................. 11 2.3 系统复位............................................................................................................................. 11 2.4 计量模式............................................................................................................................. 12 2.5 睡眠模式............................................................................................................................. 19 2.6 中断..................................................................................................................................... 19 3 寄存器............................................................................................................................................ 21 3.1 参数寄存器列表 ................................................................................................................. 21 3.2 参数寄存器说明 ................................................................................................................. 25 3.3 配置和状态寄存器列表 ..................................................................................................... 29 3.4 配置和状态寄存器说明 ..................................................................................................... 33 3.5 复位和模式切换 ................................................................................................................. 53 3.6 通道切换寄存器说明 ......................................................................................................... 54 3.7 写保护................................................................................................................................. 56 4 校表方法........................................................................................................................................ 57 4.1 概述..................................................................................................................................... 57 4.2 功率校表法......................................................................................................................... 57 4.3 功率校表法举例 ................................................................................................................. 61 4.4 脉冲校表法......................................................................................................................... 62 5 通信接口........................................................................................................................................ 64 5.1 SPI 地址空间描述 ............................................................................................................... 64 5.2 SPI 接口信号说明 ............................................................................................................... 64 5.3 SPI 帧格式 ........................................................................................................................... 64 5.4 SPI 写时序 ........................................................................................................................... 66 5.5 SPI 读时序 ........................................................................................................................... 66 5.6 SPI 接口可靠性设计 ........................................................................................................... 67 6 电气特性........................................................................................................................................ 68 7 芯片封装........................................................................................................................................ 70 深圳市锐能微科技有限公司 第 4 页 版本 1.2 三相多功能计量芯片 RN7302 1 芯片介绍 1.1 芯片特性  计量  提供全波、基波有功电能，5000:1 动态范围内，非线性误差 ZXOT（归一化值，下同），则以 UA 通道为相角测试基准；若 深圳市锐能微科技有限公司 第 28 页 版本 1.2 三相多功能计量芯片 RN7302 FUA ZXOT，则以 UB 通道为相角测试基准；若 FUA ZXOT，则以 UC 通道为相角测试基准；若 FUA， FUC 均小于 ZXOT，则各路相角为 0。 以 UA 通道为基准时，若 FUB、FUC、FIA、FIB、FIC、FIN 任一路UC。 如果需要完全由软件指定电压通道是否参与夹角计算，不由硬件做比较，可做如下设置： 1. Zxotcfg[4]=1，选择为 ZXOTU； 2. 将 ZXOTU 设置为最大值； 3. 软件根据需要设置 bit2~bit0，自由选择电压通道是否参与夹角计算以及选择哪个座 位夹角计算起点。 深圳市锐能微科技有限公司 第 34 页 版本 1.2 三相多功能计量芯片 RN7302 3.4.5 相位补偿区域设置寄存器 相位补偿区域设置寄存器 PRTHx 用于分段角差校正区域设置，共有两对相位分段校正电 流阈值 PRTH 寄存器，地址 0x06-0x09。 如图所示： PRTH1L（0x06）/ PRTH1H（0x07）和 PRTH2L（0x08）/ PRTH2H（0x09） 可配置 3 个相位校正区域的分段点，其中 Region1 以 PHSx_R1 为通道相位校正参数，以 Px_PHSL 为有功功率相位校正参数，以 Qx_PHSL 为无功功率相位校正参数；Region2 以 PHSx_R2 为通道相位校正参数，以 Px_PHSM 为有功功率相位校正参数，以 Qx_PHSM 为无 功功率相位校正参数；Region3 以 PHSx_R3 为通道相位校正参数，以 Px_PHSH 为有功功率相 位校正参数，以 Qx_PHSH 为无功功率相位校正参数。 在某相电流 Ix 增加方向，以 PRTH1H 为 Region1 和 Region2 的分段点，以 PRTH2H 为 Region2 和 Region3 的分段点；在某相电流 Ix 减小方向，以 PRTH1L 为 Region1 和 Region2 的分段点，以 PRTH2L 为 Region2 和 Region3 的分段点。 PRTH1H PRTH2H Region1 Region2 Region3 PHSx_R1 PHSx_R2 PHSx_R3 Ix增加方向 Ix减小方向 Region1 PHSx_R1 Region2 Region3 PHSx_R2 PRTH1L PHSx_R3 PRTH2L PRTHx 为 16 位无符号数，做比较时，将其与各相全波电流有效值 Ix（x=A，B，C 下同） bit27-bit12 进行比较，以作判断。 容错处理：对于①当写入 PRTH2x < PRTH1x，写入失败；②当写入 PRTH1HPRTH1H， 写入失败； ③当写入 PRTH2HPRTH2H， 写入失败。 当 PRTH1L 寄存器为 0 时，不启动分段相位校正。芯片电流通道以 PHSIx 寄存器的低 8 位做为各通道相位校正值，功率相位以 Px_PHSL、Qx_PHSL 作为各功率的相位校正值。 3.4.6 电流分段区域设置寄存器 Iregion3L（0x0A）和 Iregion3H（0x0B）未和相位校正寄存器关联，仅用来产生电流分段 标志和中断。 这两个寄存器均为 16 位无符号数，做比较时，将其与各相全波电流有效值 Ix（x=A，B， C）bit27-bit12 进行比较，以作判断。根据相电流和 Iregion3 阈值比较的结果，IregionS 状态 寄存器的相应标志位置位或清零。若 Iregion3x 中断使能，会产生中断。 容错处理：当写入 Iregion3HIregion3H，写入失败。 当 Iregion3L 寄存器为 0 时，不启动该功能。 深圳市锐能微科技有限公司 第 35 页 版本 1.2 三相多功能计量芯片 RN7302 3.4.7 通道相位校正寄存器 ADDR 0CH 0DH 0EH 0FH 10H 11H 12H REG PHSUA PHSUB PHSUC PHSIA PHSIB PHSIC PHSIN PHSUA、PHSUB、 PHSUC、PHSIN 用于 UA、UB、UC、IN 的相位校正。该寄存器均 为 8 位无符号数，默认值为 0x80。在 50HZ，fosc=8.192Mhz 下，1 LSB 代表 0.017578°/LSB 相 位校正。 PHSIA-PHSIC 用于三个电流通道 3 个相位校正区域的分段校正，和相位补偿区域设置寄 存器 PRTHx 结合使用。这三个寄存器均为 24 位无符号数。以 PHSIA 为例，该寄存器 3 个字 节如下： {PHSIA_R3[23:16]， PHSIA_R2[15:8] ，PHSIA_R1[7:0]} 其中低 8 位 PHSIA_R1[7:0]代表区域 1 的相位校正值，中间 8 位 PHSIA_R2[15:8]代表区 域 2 的相位校正值，高 8 位 PHSIA_R3[23:16]代表区域 3 的相位校正值。默认值为 0x808080。 相位校正范围：50HZ 下，±2.259 o 或 4.518 o 相位补偿公式： ① 通过 0.5L 时有功误差校正， 若某相 0.5L 功率因数角为 60°时， Ib 点有功误差为 err ， 通道角差为  ，则   Arcsin  err 3 若功率因数角为 30°时，Ib 点有功误差为 err ，通道角差为  ，则   Arcsin( 3 * err ) 对 50HZ，PHSUA 和 PHSIA 寄存器均有 0.017578°/LSB 的关系。 若调整 PHSUA 寄存器， 则有： PHSUA = 0x80+INT(  /0.017578°) 若调整 PHSIA 寄存器且不考虑分段校正，则有：PHSIA_R1[7:0] = 0x80-INT(  /0.017578°) ② 以一个通道的输入为基准，从相角寄存器得知被校通道 1 和基准通道 2 的实际角差与 标准源或标准表的角差的差值为  ，若被校前该通道的相位寄存器是 PHS1，则 对 50HZ，则有校正通道的相位 PHS= PHS1+INT(  /0.017578°) 3.4.8 通道增益寄存器 ADDR 13H 14H 15H 16H 17H 18H 19H REG GSUA GSUB GSUC GSIA GSIB GSIC GSIN 通道增益寄存器可用于有效值、功率的增益校正。通道增益寄存器为 2 字节有符号数， 采用二进制补码形式，最高位为符号位，表示范围(-1，+1)。 校正公式：如果 RegGain>=215，则 Gain=(RegGain-216)/215；否则 Gain=RegGain/215；其 中 RegGain 为通道增益寄存器值。 以 IB 通道为例，假设校正之前 B 路电流有效值 IB，校正之后 IB’，两者关系为： 深圳市锐能微科技有限公司 第 36 页 版本 1.2 三相多功能计量芯片 RN7302 IB’=IB+IB*Gain 通道增益寄存器适用于功率法校表中的增益校正，功率法校表说明详见第 4 章校表方法 章节。 3.4.9 通道直流 OFFSET 校正寄存器 ADDR 1AH 1BH 1CH 1DH 1EH 1FH 20H REG DCOS_UA DCOS_UB DCOS_UC DCOS_IA DCOS_IB DCOS_IC DCOS_IN 通道直流 OFFSET 校正寄存器用于在测试直流量时替代高通滤波消除失调误差。直流 OFFSET 寄存器所表示的直流分量等效于直接在采样波形上叠加直流分量，所以在采样通路 高通关闭时，该寄存器起作用。 直流 OFFSET 校正寄存器均为两字节有符号数，采用二进制补码形式，最高位为符号位。 在采样通路高通关闭时，该寄存器会影响有效值、功率、能量等参数。 DCOS 寄存器对有效值的影响：以 IA 通道为例，假设 DCOS_IA 寄存器等于 0 时，IA 通道有效值为 IA；DCOS_IA 不等于 0 时，IA 通道有效值寄存器为 IA’则 IA’= Abs(IA±DCOS_IA*212) 其中±取决于 DCOS 符号和失调电压方向的一致性，当方向一致时为＋，方向不一致时 为－。 替代高通滤波消除失调误差时，用户可利用直流 OFFSET 自动校正功能得到 DCOS 寄存 器值，说明详见 3.4.42 直流 OFFSET 自动校正使能寄存器 章节。 3.4.10 有效值 OFFSET 校正寄存器 ADDR 21H 22H 23H 24H 25H 26H 27H REG UA_OS UB_OS UC_OS IA_OS IB_OS IC_OS IN_OS ADDR 3DH 3EH 3FH 40H 41H 42H REG FUA_OS FUB_OS FUC_OS FIA_OS FIB_OS FIC_OS 有效值 Offset 校正寄存器用于电压/电流/基波电压/基波电流有效值小信号精度的校正。 有效值 Offset 校正寄存器均为两字节有符号数，采用二进制补码形式，最高位为符号位。 校正公式：以 IA 通道为例，假设校正之前 A 相电流有效值寄存器 IA，校正之后为 IA’， 则有：IA’=Sqrt(Abs(IA2+IA_OS*214)) 3.4.11 功率增益寄存器 ADDR 28H 29H 2AH 2BH 2CH 2DH 2EH REG GPA GPB GPC GQA GQB GQC GSA ADDR 2FH 30H 43H 44H 45H 46H 47H REG GSB GSC GFPA GFPB GFPC GFQA GFQB ADDR 48H 49H 4AH 4BH REG GFQC GFSA GFSB GFSC 功率增益寄存器用于有功/无功/视在/基波有功/基波无功/基波视在功率的增益校正。功率 深圳市锐能微科技有限公司 第 37 页 版本 1.2 三相多功能计量芯片 RN7302 增益寄存器均为两字节有符号数，采用二进制补码形式，最高位为符号位。 校正公式为：P1=P0(1+GP) Q1=Q0(1+GQ) S1=S0(1+GS) 其中 P1、Q1、S1 为校正后的有功、无功、视在功率；P0、Q0、S0 为校正前的功率；GP、 GQ、GS 分别为有功、无功、视在功率增益校正寄存器的归一化值。 功率增益寄存器适用于传统的脉冲校表法功率增益校正，校正误差范围为-∞~50%，校正 方法以 A 相 PF=1.0 误差校正为例：假设 A 相 Ib 点输入时，标准表的有功误差读数为 err，则 A 相有功功率增益校正寄存器 GPA 的计算方法如下： Gain   Err 1  Err 如果 Gain>=0，则 GPA=INT[Gain*215]； 如果 Gain