ATT7022B的硬件電路抗干擾設(shè)計

陜西中醫(yī)學(xué)院 竇 群

ATT7022B是珠海炬力集成電路設(shè)計有限公司生產(chǎn)的一款精度高且功能強的多功能防竊電基波諧波三相電能專用計量芯片。它集成了七路二階sigma-delta ADC，其中三路用于三相電壓采樣，三路用于三相電流采樣，還有一路可用于零線電流或其他防竊電參數(shù)的采樣，輸出采樣數(shù)據(jù)和有效值。ATT7022B能夠測量各相以及合相的有功功率、無功功率、視在功率、有功能量以及無功能量，同時還能測量各相電流、電壓有效值、功率因數(shù)、相角、頻率等參數(shù)，充分滿足三相復(fù)費率多功能電能表的需求，因此該芯片得到了廣泛的應(yīng)用[1]。

圖1 芯片管腳定義

圖2 典型設(shè)計圖

圖3 電流電壓采樣設(shè)計圖

ATT7022B封裝為44腳QFP形式，外圍硬件電路主要包括電源，電壓及電流模擬輸入、脈沖輸出及SPI通信接口等電路。首先介紹芯片管腳定義及管腳外圍電路元器件的選擇。圖1所示，管腳12、18、34、41為電源引腳，正常工作電源電壓應(yīng)保持在5V±5%；管腳33、39為內(nèi)核電源3V輸出引腳。以上6個管腳在設(shè)計時都應(yīng)外接10μF電容并聯(lián)0.1μF電容進行去耦。管腳5為基準電壓2.4V引腳，可以外接。為保證測量精度，此管腳外接10μF電容并聯(lián)0.1μF電容時應(yīng)盡量靠近管腳處，走線粗短，遠離其它信號線，且兩個電容均不可省去，電容的接地點應(yīng)與采樣信號的地線盡可能短的連在一起。管腳8,15為模擬電路（即ADC和基準源）的接地參考點AGND引腳；管腳23、44為數(shù)字地GND引腳。以上4個管腳在PCB布線時應(yīng)將他們就近接大面積地，不要區(qū)分GND和AGND，更不要在GND和AGND之間接電感、電阻和磁珠等元器件[2]。管腳27、28為有功電能脈沖輸出及無功電能脈沖輸出引腳。以上2個管腳在使用時應(yīng)串聯(lián)510Ω電阻，同時并聯(lián)0.01μF電容進行去耦。管腳35、36、37、38為SPI通信引腳，SPI通訊連線應(yīng)盡可能短，并且周圍用地線包起來，否則，SPI傳輸信號線可能受到干擾。可以在SPI信號線上串聯(lián)一個10Ω電阻并在信號輸入端加一個去耦電容，這個電阻靠近IC的輸入端并與所接去耦電容結(jié)合起來可構(gòu)成一個低通濾波器，從而可以消除接受信號的高頻干擾。在保證SPI通訊速率正常的情況下，去耦電容可適當選大，以增強抗干擾能力。需注意的是35、36、37管腳所串電阻和所并電容要盡量靠近芯片，38管腳所串電阻和所并電容要靠近單片機。管腳2為SIG握手信號引腳，此管腳應(yīng)外接0.01μF的去耦電容，并盡量靠近單片機，增強其抗干擾能力。管腳1為芯片復(fù)位引腳，此管腳應(yīng)外接0.1μF的去耦電容，增強其抗干擾能力[4]。圖2為典型設(shè)計圖。

其次，管腳3、4、6、7、9、10分別為三相電流A/B/C信道正，負模擬輸入引腳；管腳13、14、16、17、19、20分別為三相電壓A/B/C信道的正、負模擬輸入引腳。管腳21、22為第七路ADC的正、負模擬輸入引腳。電壓通道可采用電阻分壓模式及互感器隔離模式進行采樣，但在進行設(shè)計時注意，最好采用電壓互感器方式或者先將電壓轉(zhuǎn)換為電流，通過電流互感器，再將電流轉(zhuǎn)換成電壓，這兩種方式采用了互感器，將芯片與電網(wǎng)進行了隔離，從而可以獲得良好的抗干擾性能。這點在實際應(yīng)用中特別重要，現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜多變，測量電壓經(jīng)常會發(fā)生較大幅值的變化，若采用電阻分壓模式采樣，芯片與電網(wǎng)沒有進行隔離，不但抗干擾能力減弱，還會產(chǎn)生安全隱患，因此一定要采用互感器隔離模式進行設(shè)計。電流通道都是通過電流互感器完成采樣。管腳所接輸入電路中電阻1.2K和電容0.01μF構(gòu)成了抗混疊濾波器，其結(jié)構(gòu)和參數(shù)要講究對稱，并要求采用溫度性能較好的元器件，從而保證產(chǎn)品獲得良好的溫度特性[3]。如圖3所示。

最后，在PCB布板時，一定要考慮強弱電的分開，鋪地時要區(qū)分強弱電，整個地要盡可能保證完整及低阻抗。電源濾波電容要靠近芯片管腳，使信號先接濾波電容再接芯片電源引腳，且走線不要過細。脈沖輸出一般走線比較長，因此管腳所串電阻應(yīng)盡量靠近芯片。晶振信號線附件應(yīng)布大面積地，不要有其他信號線從中穿過，并且晶體外殼要良好接地，以保證其震蕩不易受干擾，從而保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定。

總結(jié)，ATT7022B是一款應(yīng)用廣泛的電能測量芯片，前端采樣電路及控制電路都很簡單。在實際使用中，只有做好硬件電路的抗干擾設(shè)計，再結(jié)合單片機軟件的使用，才可實現(xiàn)儀表高精度的三相電參數(shù)測量功能。

[1]炬力集成.ATT7022B用戶手冊[S].2005(3).

[2]炬力集成.ATT7022B應(yīng)用筆記.

[3]狄國偉,王福源.基于ATT7022在線寬量程電能測量儀的設(shè)計[J].電子設(shè)計應(yīng)用,2006(7).

[4]韋文祥,朱志杰.基于SPI總線的電能計量芯片ATT7022及其在配電監(jiān)測終端的應(yīng)用[J].國外電子元器件,2006(1).