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CS5460A 单相双向功率/电能 IC 特性概述 l 电能数据线性度：在1000 ：1 动态范围内线性度为 ±0.1% l 片内功能：可以测量电能（有功），I *V，IRMS 和 VRMS ，具有电能-脉冲转换功能 l 可以从串行EEPROM 智能“自引导”，不需要微控制器 l AC 或DC 系统校准 l 具有机械计度器/步进电机驱动器 l 符合IEC687/1036 ，JIS 工业标准 l 功耗<12mW l 优化的分流器接口 l V对I的相位补偿 l 单电源地参考信号 l 片内2.5V 参考电压（最大温漂60ppm/℃） l 简单的三线数字串行接口 l 看门狗定时器 l 内带电源监视器 l 电源配置 VA+ = +5 V; VA- = 0V; VD+ = +3.3V～+5 V CS5460A 是一个包含两个ΔΣ模-数转换器（ADC）、高速电能计算功能和一个串行接口的高度集成的ΔΣ 模-数转换器。它可以精确测量和计算有功电能、瞬时功率、IRMS 和VRMS ，用于研制开发单相2 线或3 线电表。CS5460A 可以使用低成本的分流器或互感器测量电流，使用分压电阻或电压互感器测量电压。CS5460A 具有与微控制器通讯的双向串口，芯片的脉冲输出频率与有功能量成正比。CS5460A 具有方便的片上AC/DC 系统校准功能。 “自引导”的特点使CS5460A 能独自工作，在系统上电后自动初始化。在自引导模式中， CS5460A 从一个外部EEPROM 中读取校准数据和启动指令。使用该模式时，CS5460A 工作时不需要外加微控制器，因此当电表用于大批量住宅电能测量时，可降低电表的成本。订货信息： CS5460A-BS -40℃～＋85℃ 24 引脚 SSOP Cirrus Logic Distribution Sales channel: Shanghai benhong Electronics Technologies Co.,Ltd Contactee: Zhoubenhong Addr: Rm1101,No 47,Lane 1111,Lianhua South Rd,Shanghai China, P.R.China. 201100 Tel: 021-54385846, 54996731; Fax:021-54996731; MP: 13818593177 Email: zhoubenhong@hobos.com.cn; zhoubenhong@126.com QQ: 511937505; Skype: zhoubenhong; MSN: zhoubh888@hotmail.com Website: http://www.hobos.com.cn DS284PP4 1

CS5460A 目录 1．特性与规格说明..................................................................................................................................... 4 模拟特性 .............................................................................................................................................. 5 模拟特性（续） ................................................................................................................................... 6 5V 数字特性........................................................................................................................................ 7 3.3V 数字特性..................................................................................................................................... 7 绝对最大额定值 ................................................................................................................................... 8 开关特性 .............................................................................................................................................. 9 2．综述 ..................................................................................................................................................... 12 2.1 操作原理 ..................................................................................................................................... 12 2.1.1 ÄÓ 调制器 .......................................................................................................................... 12 2.1.2 高速数字低通滤波器......................................................................................................... 12 2.1.3 数字补偿滤波器 ................................................................................................................ 12 2.1.4 数字高通滤波器 ................................................................................................................ 12 2.1.5 总的滤波器响应 ................................................................................................................ 12 2.1.6 增益及 DC 偏移量调整 ..................................................................................................... 12 2.1.7 有功能量及有效值计算 ..................................................................................................... 13 2.2 执行测量 ..................................................................................................................................... 13 2.2.1 CS5460A 线性性能 ........................................................................................................... 14 2.2.2 单计算周期（C=0 ） ....................................................................................................... 14 2.2.3 连续计算周期（C=1 ）.................................................................................................... 15 2.3 基本应用电路结构....................................................................................................................... 15 3．串口综述.............................................................................................................................................. 15 3.1 命令字（只写） .......................................................................................................................... 15 3.1.1 启动转换 ........................................................................................................................... 18 3.1.2 SYNC0 命令 ..................................................................................................................... 18 3.1.3 SYNC1 命令 ..................................................................................................................... 18 3.1.4 上电/暂停命令................................................................................................................... 18 3.1.5 掉电控制 ........................................................................................................................... 18 3.1.6 校准控制 ........................................................................................................................... 19 3.1.7 寄存器读/写命令 ............................................................................................................... 20 3.2 串行口接口.................................................................................................................................. 21 3.3 串口读/写 .................................................................................................................................... 21 3.3.1 寄存器写 ........................................................................................................................... 21 3.3.2 寄存器读 ........................................................................................................................... 21 3.4 系统初始化.................................................................................................................................. 21 3.5 串口初始化.................................................................................................................................. 22 3.6 CS5460A 上电状态...................................................................................................................... 22 4．功能描述.............................................................................................................................................. 22 4.1 脉冲-速率输出............................................................................................................................. 22 4.2 常规模式、步进电机模式和机械计度器模式的脉冲输出 ............................................................ 23 4.2.1 常规模式 ........................................................................................................................... 23 4.2.2 机械计度器模式 ................................................................................................................ 24 4.2.3 步进电机模式.................................................................................................................... 24 4.3 使用 EEPROM 的自引导模式 .................................................................................................... 25 4.3.1 自引导结构 ....................................................................................................................... 25 4.3.2 EEPROM 的自引导数据.................................................................................................... 25 4.3.3 可用的 EEPROM ............................................................................................................ 25 4.4 中断和看门狗 .............................................................................................................................. 26 2 DS284PP4

CS5460A 4.4.1 中断 .................................................................................................................................. 26 4.4.1.1 清除状态寄存器 ............................................................................................................. 26 4.4.1.2 INT 引脚的典型应用..................................................................................................... 27 4.4.1.3 INT 引脚的有效状态..................................................................................................... 27 4.4.1.4 异常 ............................................................................................................................... 27 4.4.2 看门狗定时器.................................................................................................................... 27 4.5 晶体振荡器特性 .......................................................................................................................... 28 4.6 模拟输入 ..................................................................................................................................... 28 4.7 参考电压 ..................................................................................................................................... 28 4.8 校准............................................................................................................................................. 29 4.8.1 校准过程概述.................................................................................................................... 29 4.8.2 校准寄存器 ....................................................................................................................... 29 4.8.3 校准程序 ........................................................................................................................... 30 4.8.4 校准信号输入电平 ............................................................................................................ 30 4.8.5 校准信号频率.................................................................................................................... 30 4.8.6 校准的输入电路 ................................................................................................................ 30 4.8.7 校准算法 ........................................................................................................................... 30 4.8.7.1 交流偏移量校准 ............................................................................................................. 31 4.8.7.2 直流偏移量校准 ............................................................................................................. 31 4.8.7.3 交流增益校准................................................................................................................. 31 4.8.7.4 直流增益校准................................................................................................................. 31 4.8.8 校准所需时间.................................................................................................................... 31 4.8.9 必须要校准吗？ ................................................................................................................ 32 4.8.10 校准顺序 ......................................................................................................................... 33 4.8.11 校准提示 ......................................................................................................................... 33 4.9 相位补偿 ..................................................................................................................................... 33 4.10 时基校准寄存器 ........................................................................................................................ 33 4.11 功率偏移量寄存器..................................................................................................................... 34 4.12 输入保护 – 电流限制 ............................................................................................................... 34 4.13 输入滤波 ................................................................................................................................... 34 4.14 对高压和大电流纹波的保护 ...................................................................................................... 36 4.15 增强 RFI 抗扰性能 .................................................................................................................... 36 4.16 PCB 设计 .................................................................................................................................. 37 5．寄存器描述 .......................................................................................................................................... 37 5.1 配置寄存器.................................................................................................................................. 38 5.2 电流通道 DC 偏移量寄存器和电压通道 DC 偏移量寄存器 ....................................................... 39 5.3 电流通道增益寄存器和电压通道增益寄存器............................................................................... 39 5.4 周期计数寄存器 .......................................................................................................................... 39 5.5 脉冲-速率寄存器 ......................................................................................................................... 40 5.6 I ，V ，P ，E 带符号结果输出寄存器 ................................................................................... 40 5.7 IRMS ，VRMS 无符号结果输出寄存器 ..................................................................................... 40 5.8 时基校准寄存器 .......................................................................................................................... 40 5.9 功率偏移量寄存器....................................................................................................................... 40 5.10 AC 电流通道 AC 偏移量寄存器和电压通道 AC 偏移量寄存器 ................................................. 41 5.11 状态寄存器和屏蔽寄存器.......................................................................................................... 41 5.12 控制寄存器................................................................................................................................ 42 6．引脚描述.............................................................................................................................................. 43 7．封装尺寸.............................................................................................................................................. 44 DS284PP4 3

CS5460A 例图图 1 CS5460A 读写时序图....................................................................................................................................10 图 2 CS5460A 自引导时序....................................................................................................................................11 图 3 数据流程图.....................................................................................................................................................13 图 4 电压输入滤波器特性.....................................................................................................................................14 图 5 电流输入滤波器特性.....................................................................................................................................14 图 6 典型连线图（单相 2 线、直接与电网连接）.............................................................................................16 图 7 典型连线图（单相 2 线、与电网隔离）.....................................................................................................16 图 8 典型连线图（单相 3 线）.............................................................................................................................17 图 9. 典型连线图（单相 3 线、无中性点）........................................................................................................17 图 10 典型脉冲串输出时序图（常规模式）.......................................................................................................24 图 11 机械计度器模式下的 EOUT 和 EDIR. .....................................................................................................24 图 12 步进电机驱动器模式下的 EOUT 和 ED ..................................................................................................24 图 13 EEPROM 和 CS5460A 的典型接口 ........................................................................................................25 图 14 自引导过程的时序图...................................................................................................................................26 图 15 CS5460A 自引导配置：掉电后自动重启动..............................................................................................27 图 16 晶体振荡器连接图.......................................................................................................................................28 图 17 CS5460A 的 VREFOUT 电压与温度特性.................................................................................................29 图 18 系统增益校准...............................................................................................................................................31 图 19 系统偏移量校准...........................................................................................................................................31 图 20 校准数据流程图...........................................................................................................................................31 图 21 交流增益校准实例.......................................................................................................................................32 图 22 另一个交流增益校准实例...........................................................................................................................32 图 23 直流增益校准实例.......................................................................................................................................32 图 24 单端输入电路的输入保护...........................................................................................................................37 图 25 CS5460A 寄存器图 .....................................................................................................................................37 表格表 1 差模输入电压与输出编码 .............................................................................................................................13 表 2 输出线性度为±0.1%的使用范围（增益/偏移量寄存器缺省设置） ........................................................14 表 3 复位后寄存器缺省值 .....................................................................................................................................22 4 DS284PP4

CS5460A 1．特性与规格说明模拟特性（TA= -40 ℃~+85 ℃；VA+,VD+=+5V ±10%；VREFIN=+2.5V ；VA- =AGND＝0V ；MCLK=4.096MHz ，K=1 ；N=4000 ==>OWR=4.0kHz ）（见注释1 ，2 ，3，4，5 ）参数符号最小值典型值最大值单位精度（两个通道）共模抑制比（DC,50,60Hz）偏移量漂移（无高通滤波器）模拟输入（电流通道）总谐波失真差模输入电压范围{(VIIN+)-(VIIN-)} （增益=10）（增益=50） IIN+或 IIN-上的共模加信号（增益=10 或 50）满量程输入时对电压通道的串扰（50，60Hz）输入电容（增益=10）（增益=50）等效输入阻抗（注释 6）（增益=10）（增益=50）噪声（参考输入）（增益=10）（增益=50）精度（电流通道）双极性偏移误差（注释 1）满量程误差（注释 1）模拟输入（电压通道）总谐波失真最大差模输入电压范围 {(VIN+)-(VIN-)} VIN+或 VIN-上的共模加信号满量程输入时对电流通道的串扰（50,60Hz）输入电容等效输入阻抗（注释 6）噪声（参考输入）精度（电压通道）双极性偏移误差（注释 1）满量程误差（注释 1）动态特性相位补偿范围（电压通道，60Hz）高速滤波器极频率点（两个通道）输入采样速率 DCLK=MCLK/K 满量程 DC 校准范围（注释 7）通道-通道延时误差（60Hz）（PC[6:0]设置为“0000000”）高通滤波器极点频率 -3dB 参考电压输出输出电压 VREFOUT 温度系数（注释 12）负载调节 (输出电流 1μ A 输入或输出) 参考电压输入输入电压范围输入电容输入 CVF 电流 CMRR THDI IIN Cin ZinI ZinI VOSI FSEI THDv VIN CinV ZinV VOSv FSE OWR FSCR REFOUT TVREFOUT △VR 80 - 74 - - -0.25 - - - - - - - - - 62 - -0.25 - - - - - - -2.4 - - 25 - +2.4 - - VREFIN +2.4 - - - 5 - ±250 ±50 - - 25 25 - 30 30 - - ±0.001 ±0.001 - ±250 - - 0.2 5 - ±0.01 ±0.01 - DDCLK/1024 DCLK/8 - 1.0 0.5 - 25 6 +2.5 4 25 - - - - - VA+ -115 - - - - - 20 4 - - - - VA+ -70 - - 250 - - +2.5 - - 100 - +2.6 - 10 +2.6 - - dB nV/℃ dB mV (dc) mV (dc) V dB pF pF kΩ kΩ μVRMS μVRMS %F.S. %F.S. dB mV (dc) V dB pF MΩ μVRMS %F.S. %F.S. ° Sps Sps %F.S. μs Hz V ppm/℃ mV V pF nA DS284PP4 5

CS5460A 模拟特性（续）参数符号最小值典型值最大值单位电源电源电流（有效状态） IA+ ID+(VD+=5V) ID+(VD+=3.3V) 功耗有效状态（VD+=5V）（注释 8）有效状态（VD+=3.3V）待机状态休眠状态电源抑制比（50，60Hz）电流通道（增益=10）（注释 9）（增益=50）电源抑制比（50，60Hz）电压通道（注释 9） PFMON 掉电检测阈值电压（注释 10） PFMON 上电检测阈值电压（注释 11） PSCA PSCD PSCD PC PSRR PSRR PSRR PMLO PMHI - - - - - - - 56 70 50 2.3 - 1.3 2.9 1.7 21 11.6 6.75 10 - - - 2.45 2.55 - - - 25 - - - - - - - 2.7 mA mA mA mW mW mW μW dB dB dB V V 注释：1. 进行了偏移量/增益系统校准程序后，芯片工作在“连续计算周期”数据采集模式时，电流和电压通道的双极性偏移量误差及全量程增益误差分别参照IRMS寄存器及VRMS寄存器的输出。这一规格不适用于瞬时电流/电压寄存器的输出。 2. 本说明有设计，描述和测试保证。 3. 若无其他说明，模拟信号以VA-为参考，数字信号以DGND 为参考。 4. 关于VA+=VD+=5V±10%的规定，需注意只要VA+>VD+,VA+和VD+允许相差±200mv。 5. Sps是“samples per second（每秒采样次数）”的缩写。FSCR 最小值受增益寄存器最大允许值限制。 6. 等效输入阻抗（ZinI ）由时钟频率（DCLK ）和输入电容（Cin ）决定，ZinI=1/（IC*DCLK/4 ），其中DCLK=MCLK/K 7. FSCR的最小值由增益寄存器的最大允许值限定。 8. 所有输出值都是加载情况下的输出。所有输入都是CMOS 电平。 9. PSRR定义：VREFIN与VREFOUT相连，VA+=VD+=5V,VA+和VD+引脚上的+5V电压上叠加一个峰值为150mV的正弦波（频率为60HZ）。两个输入通道的“＋”“－”输入引脚与VA－短接。CS5460A工作于“连续计算周期” 数据采集模式，测试时采集通道的输出数据。数字正弦输出信号的峰值是确定的，该值转换为加在通道输入端的正弦电压的峰值，从而产生同样的数字正弦输出信号。这一电压定义为Veq。PSRR因此定义为（单位dB）： PSSR = • 20 log V 150.0 eqV 10. PFMON电平下降且LSD位为0，则LSD位所对应的电压置为高电平。 11. 若LSD为已置1（由于PFMON电压跌至PMLO以下），则当PFMON电压开始回升时，PFMON引脚上的电平为 PMHI，但LSD位会永久性的复位为0（不会瞬间变回1）。若不满足这一条件，LSD的复位不会成功。该条件表明电压已恢复。典型地，如所给数据，PMHI约比PMLO电压高100mV。 12. VREFOUT温度系数规范见4.7节。 6 DS284PP4

CS5460A 5V 数字特性（TA= -40 ℃~+85 ℃；VA+，VD+=5V ±10%；VA-，DGND=0V ）（见注释3，4和13 ）参数符号最小值典型值最大值单位高电平输入电压除 XIN,SCLK 和 RESET 以外的所有引脚 XIN SCLK 和 RESET 低电平输入电压除 XIN,SCLK 和 RESET 以外的所有引脚 XIN SCLK 和 RESET 高电平输出电压（除 XOUT） Iout=+5mA 低电平输出电压（除 XOUT） Iout=-5mA 输入漏电流（注释 14）三态漏电流数字输出引脚电容 VIH VIL VOH VOL Iin Ioz Cout 0.6VD+ (VD+)-0.5 0.8VD+ - - - （VD+）-1.0 - - - - - - - - - - - - ±1 - 5 - - - 0.8 1.5 0.2VD+ - 0.4 ±10 ±10 - V V V V V V V V μA μA pF 注释：13. 5V特性由表示特性保证。只有更严格的3.3V数字特性在产品测试中进行过实际验证。 14. 适用于除XIN引脚（漏电流<50μA）和MODE引脚（漏电流<25μA）外的所有引脚。 3.3V 数字特性（TA= -40 ℃~+85 ℃；VA+ =5V ±10%；VD+ =3.3V ±10%；VA-，DGND=0V ）（见注释3，4和13 ）参数符号最小值典型值最大值单位高电平输入电压除 XIN,SCLK 和 RESET 以外的所有引脚 XIN SCLK 和 RESET 低电平输入电压除 XIN,SCLK 和 RESET 以外的所有引脚 XIN SCLK 和 RESET 高电平输出电压(除 XIN,XOUT 引脚) Iout=+5mA 低电平输出电压(除 XIN,XOUT 引脚) Iout=-5mA 输入漏电流（注释 14）三态漏电流数字输出引脚电容 0.6VD+ (VD+)-0.5 0.8VD+ - - - （VD+）-1.0 - - - - VIH VIL VOH VOL Iin Ioz Cout - - - - - - - - ±1 - 5 - - - 0.48 0.3 0.2VD+ - 0.4 ±10 ±10 - V V V V V V V V μA μA pF 注释：15. 所有的测量都是在静态条件下进行的。 16. 若VD+=3V且XIN输入由晶振产生，则XIN的频率必须保持在2.5M－5.0MHZ之间。若使用振荡器，整个XIN频率范围都可使用，见开关特性。 DS284PP4 7

CS5460A 绝对最大额定值（DGND=0 V ；见注释17 ）警告：在限制条件临界值下工作或超过限制条件工作可能造成芯片的永久性损坏。在这些极限情况下不保证芯片可靠工作。参数符号最小值典型值最大值单位直流电源（注释 18，19）正数字正模拟负模拟输入电流，除电源引脚除外任何引脚（注释 20,21,22）输出电流功耗（注释 23）模拟输入电压所有模拟引脚数字输入电压所有数字引脚工作环境温度存储温度 VD+ VA+ VA- IIN IOUT PD VINA VIND TA Tstg -0.3 -0.3 +0.3 - - - (VA-)-0.3 DGND-0.3 -40 -65 - - - - - - - - - - +6.0 +6.0 -6.0 ±10 ±25 500 (VA+)+0.3 (VD+)+0.3 85 150 V V V mA mA mW V V ℃ ℃ 注释：17. 所有电压都以地为参考。 18. VA+和VA-必须满足{(VA+)-(VA-)}≤+6.0V 。 19. VD+和VA-必须满足{(VD+)-(VA-)}≤+6.0V 。 20. 适用于所有引脚，包括在持续过压情况下的模拟输入引脚（AIN ）。 21. 100mA 以内的瞬间电流不会造成SCR （可控硅）死锁。 22.电源引脚的最大直流输入电流为±50mA 。 23. 总功耗，包括所有输入电流和输出电流。 8 DS284PP4

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