摘要：介绍sames公司推出的三相功率/电量测量专用集成电路芯片（asic）sa9904b的结构、功能及其串行通信接口的时序；介绍该芯片在电力参数远程测控系统中的应用。

关键词：电能测量芯片 电力参数测量 微控制器系统

引言

sa9904b芯片是sames公司推出的三相功率/电量测量专用集成电路芯片（asic），可直接测量单相、双相和三要输电线路的有功电能、无功电能、电压有效值和频率值。该芯片具有spi接口，外部微处理器可通过此接口读取原始值，再根据相应的计算公式进行计算，最后得到各项电力参数的测量值。

图1 sa9904b内部结构

此芯片的功能包括：

实时测量三相有功/无功能量；

电压有效值和频率的测量；

片内集成基准参考电压源；

具有spi（串行外围接口）总线接口；

芯片功耗低于60mw，具有静电保护功能，工作温度范围宽。

1 sa9904b内部结构及工作原理

sa9904b为混合模拟/数字信号的cmos集成电路，其内部结构如图1所示。

内部两个16位二阶的∑-δ模/数转换器，分别对电压和电流模拟信号进行数字化处理，得到的瞬时电压与瞬时电流直接相乘得到瞬时功率。瞬时功率进行低通滤波处理得到瞬时有功功率，而瞬时无功功率通过对电流信号进行移相90°处理后得到。瞬时有功功率和瞬时无功功率经过数字-频率转换器转换成正比的脉冲信号，这个信号被有功电能和无功电能计数器随着时间进行累加。芯片内部设有电压过零检测电路，电压每过零点产生一个宽度是1ms的脉冲，被频率寄存器累加起来。电压有效值是通过累加每个瞬时电压采样值并进行数字处理后得到的。

该芯片直接测量每相电路的四个参数：有功电能、无功电能、电压有效值和频率值。其余电力参数，如电流、功率等，需要通过微控制器根据相应的公式计算才能得到。

为了提高输入信号的测量精度，sa9904b的模数转换器采用了∑-δ调制技术，以提高其在基带内输入信号的信噪比。

2 sa9904b引脚及功能

sa9904b的引脚如图2所示。

gnd为模拟地。

vdd为电源的正极。当使用分流电阻检测电流时，接+2.5v电压；当使用电流互感器时，接+5v电压。

vss为电源负极。当使用分流电阻检测电流时，接-2.5v电压；当使用电流互感器时，接0v电压。

ivp1、ivp2、ivp3分别是1、2、3相的模拟电压输入端。当测量的电压为额定电压时，要保证输入到内部a/d转换器的电流有效值为14μa，需要通过一个分压电阻网来满足这一要求。

图3和图4

iip1、iin1、iip2、iin2、iip3、iin3分别是1、2、3相的模拟电流输入端。当测量的电流为额定电流时，要保证输入到芯片上的a/d转换器的电流有效值为16μa，需要通过一个分流电阻网来满足这一要求。

vref为参考电源的外接电阻端，通常需要接47kω电阻到地。

f50为电压过零脉冲输出端，输出的脉冲频率为交流电压的频率，脉冲宽度为1ms。

cs为芯片的片选信号输入端，高电平有效。

di、do为串行数据的输入、输出端。

sck为串行时钟信号输入端。

osc1、osc2为外部晶振的输入、输出端。

3 sa9904b的spi接口

微控制器通过spi端口实现对sa9904b内部数据的访问。spi接口由四根信号线组成：串行时钟输出端sck、片选信号输入端sc、串行数据输入端di、串行数据输出端do，时序如图3所示。