HLW3070规格书文档格式.docx
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HLW3070是一款高精度、低功耗Sigma-Delta模数转换芯片,内置一路Sigma-DeltaADC,一路差分输入通道和一路温度传感器,ADC采用两阶sigmadelta调制器,通过低噪声仪用放大器结构实现PGA放大,放大倍数可选:
1、2、64、128。
在PGA=128时,有效分辨率可达20位(工作在5V)。
HLW3070内置RC振荡器,无需外置晶振。
HLW3070可以通过
和SCLK进行多种功能模式的配置,例如用作温度检测、PGA选择、ADC数据输出速率选择等等。
HLW3070具有Powerdown模式。
图1HLW3070原理框图
1.4芯片绝对最大极限值
表1HLW3070极限值
名称
符号
最小
最大
单位
电源电压
VDD
-0.3
6
V
电源瞬间电流
100
mA
电源恒定电流
10
数字管脚输入电压
DVDD+0.3
数字输出管脚电压
节温
150
℃
工作温度
-40
85
储存温度
-60
℃
芯片管脚焊接温度
240
1.5HLW3070数字逻辑特性
表2HLW3070数字逻辑特性
参数
典型
条件说明
VIH
0.7×
DVDD
DVDD+0.1
VIL
DGND
0.3×
DVDD
VOH
DVDD-0.4
Ioh=1mA
VOL
0.2×
IoL=1mA
IIH
10
μA
VI=DVDD
IIL
-10
VI=DGND
串口时钟SCLK工作频率
1.1
MHz
1.6HLW3070电气特性
所有的参数测试在环境温度-40~85℃、内置基准的条件下测试,除非有其它注明。
表3HLW3070电气特性(VDD=5V、3.3V)
条件
最小值
典型值
最大值
模拟输入
满幅输入电压
(AINP-AINN)
±
0.5VREF/PGA
V
共模输入电压
PGA=1,2
AGND-0.1
AVDD+0.1
PGA=64,128
AGND+0.75
AVDD-0.75
差分输入阻抗
PGA=1、2
190
MΩ
PGA=64、128
28
系统性能
分辨率
无失码
24
Bits
AD速率
1280
Hz
建立时间
全建立
3:
ADC输出速率为10\40Hz、
4:
ADC输出速率为640\1280Hz
转换周期
P-P噪声
PGA=128、10Hz
180
nv
有效精度
20(5V)
19.5(3.3V)
Bit
积分线性度
PGA=128
15
ppm
失调误差
1.4
μV
失调误差漂移
20
nv/℃
增益误差
0.5
%
增益误差漂移
8
ppm/℃
参考电压输入
REFIN
2.0
VDD
VDD+0.1
参考电压输出
REFOUT
时钟
内部振荡器频率
5.2
内置时钟温漂
250
温度传感器
温度测量误差
TempError
3
表4HLW3070电源电气特性(VDD=5V)
5
5.5
工作电流
正常模式
1.57
mA
2.34
Powerdown
0.1
μA
表5HLW3070电源电气特性(VDD=3.3V)
2.6
3.3
1.26
2.11
1.7芯片引脚
图2HLW3070芯片引脚图
表6PIN脚说明
序号
引脚名称
输入/输出
说明
1
AI
基准源输入
2
GND
P
芯片地
AINN
通道负输入
4
AINP
通道正输入
SCLK
DI
SPI输入接口
DI/DO
SPI数据输入\输出接口
7
电源
AO
基准源输出
注:
REFOUT即是传感器激励源输出(输出值为VDD)。
2芯片功能模块描述
2.1模拟输入前端
HLW3070中有1路ADC,集成了1路差分输入,信号输入可以是差分输入信号AINP、AINN,也可以是温度传感器的输出信号,输入信号的切换由寄存器(ch_sel[1:
0])控制,其基本结构如下图所示:
图3模拟输入结构图
HLW3070的PGA可配:
1、2、64、128,由寄存器(pga_sel[1:
0])控制;
基准电压可以由外部输入也可是内部输出,如果要使用外部基准电压,要先关闭内部基准,内部基准控制由寄存器(refo_off)控制。
2.2温度传感器
芯片内部提供温度测量功能。
当ch_sel[1:
0]=2’b10时,ADC模拟信号输入接到内部温度传感器,其它的模拟输入信号无效。
ADC通过测量内部温度传感器输出的电压差来推导出实际的温度值。
0]=2’b10时,ADC只支持PGA=1。
温度传感器需要进行单点校正。
校正方法:
在某个温度点A下,使用温度传感器进行测量得到码值Ya。
那么其他温度点B对应的温度=Yb*(273.15+A)/Ya-273.15
A温度单位是摄氏度。
Ya是A点对应温度码值。
Yb是B点对应温度码值。
2.3低噪声PGA放大器
HLW3070提供了一个低噪声,低漂移的PGA放大器与桥式传感器差分输出连接,其基本结构图如下图所示,前置抗EMI滤波器电路R=450Ω,C=18pF实现20M高频滤波。
低噪声PGA放大器通过RF1,R1,RF2实现64倍放大,并和后级开关电容PGA组成64和128的PGA放大。
通过pga_sel[1:
0]来配置1、2、64、128等不同的PGA。
当使用PGA=1,2时,64倍低噪声PGA放大器会被关断以节省功耗。
当使用低噪声PGA放大器时,输入范围在GND+0.75V到VDD-0.75V之间,超出这个范围,会导致实际性能下降。
在CAP端口处接一个内置45pF电容,与内置2k电阻RINT组成一个低通滤波,用作低噪声PGA放大器的输出信号的高频滤波,同时该低通滤波器也可以作为ADC的抗混叠滤波器。
图4PGA结构图
HLW3070内置Buffer,当PGA=1,2时,HLW3070使用Buffer来减少由于ADC差分输入阻抗低带来的问题,例如建立时间不足,增益误差偏大等等,当PGA=64,128时,HLW3070也使用Buffer来减少由于低噪声PGA经过RINT=2K,CINT=0.1μF的低通滤波后带来的建立误差,增益误差以及内码漂移的现象。
2.4时钟信号源
HLW3070使用内置晶振来提供系统所需要的时钟频率,典型值为5.2MHz。
2.5复位和断电(POR&
powerdown)
当芯片上电时,内置上电复位电路会产生复位信号,使芯片自动复位。
当SCLK从低电平变高电平并保持在高电平超过100µ
s,HLW3070即进入PowerDwon模式,此时功耗低于0.1μA。
当SCLK重新回到低电平时,芯片会重新进入正常工作状态。
当系统由Powerdown重新进入正常工作模式时,此时所有功能配置为PowerDown之前的状态,不需要进行功能配置。
2.6SPI串口通信
HLW3070中采用2线SPI串行通信,通过SCLK和
可以实现数据的接收以及功能配置。
2.6.1建立时间
在ADC数据输出速率为10Hz或40Hz时,数字部分需要有3个数据转换周期满足模拟输入信号的建立和滤波器的建立时间要求;
ADC数据输出速率为640Hz或1280Hz时,数字部分需要有4个数据转换周期满足模拟输入信号的建立和滤波器的建立时间要求。
HLW3070整个建立过程如下图所示:
图5HLW3070数据建立过程1
图6HLW3070数据建立过程2
描述
(1)
t1
电源上电\PowerDown恢复\通道切换之后模拟所需的建立时间
ms
t3
PGA切换\速率切换之后模拟所需的建立时间
0.8
μs
t2
建立时间(
保持高电平)
10\40Hz
300\75
640\1280Hz
6.25\3.125
2.6.2ADC数据输出速率
HLW3070数据输出速率可以通过寄存器speed_sel[1:
0]配置。
表7输出速率设置
SPEED_SEL[1:
0]
ADC输出速率(Hz)
00
01
40
640
11
2.6.3数据格式
HLW3070输出的数据为24位的2进制补码,最高位(MSB)最先输出。
最小有效位(LSB)为(0.5VREF/Gain)/(223-1)。
正值满幅输出码为7FFFFFH,负值满幅输出码为800000H。
下表为不同模拟输入信号对应的理想输出码。
表8理想输出码和输入信号
(1)
输入信号VIN(AINP-AINN)
理想输出
≥+0.5VREF/Gain
7FFFFFH
(+0.5VREF/Gain)/(223-1)
000001H
000000H
(-0.5VREF/Gain)/(223-1)
FFFFFFH
≤+0.5VREF/Gain
800000H
(1)不考虑噪声,INL,失调误差和增益误差的影响
2.6.4数据准备/数据输入输出(
)
引脚有4个用途。
第一,当输出为低时,表示新的数据已经转换完成;
第二,作为数据输出引脚,当数据准备好后,在第1个SCLK的上升沿后,
输出转换数据的最高位(MSB)。
在每一个SCLK的上升沿,数据会自动移1位。
在24个SCLK后将所有的24位数据读出,如果这时暂停SCLK的发送,
会保持着最后一位的数据,直到下一个数据准备好之前拉高,此后当
被再次拉低,表示新的数据已经转换完成,可进行下一个数据读取;
第三,在第25、26个SCLK时,输出寄存器状态更新标志;
第四,作为寄存器数据写入或读出引脚,当需要配置寄存器或读取寄存器值时,SPI需要发送46个SCLK,根据
输入的命令字,判断是写寄存器操作还是读寄存器操作。
2.6.5串行时钟输入(SCLK)
串行时钟输入SCLK是一个数字引脚。
这个信号应保证是一个干净的信号,毛刺或慢速的上升沿都会可能导致读取错误数据或误入错误状态。
因此,应保证SCLK的上升和下降时间都小于50ns。
2.6.6数据发送
HLW3070可以持续的转换模拟输入信号,当将
拉低后,表明数据已经准备好接受,输入的第一个SCLK来就可以将输出的最高位读出,在24个SCLK后将所有的24位数据读出,如果这时暂停SCLK的发送,
会保持着最后一位的数据,直到其被拉高,第25和26个SCLK输出配置寄存器是否有写操作标志,第25个SCLK对应的
为1时表明配置寄存器Config被写入了新的值,第26个SCLK对应的
为芯片扩展保留位,目前输出一直为0,通过第27个SCLK可以将
拉高,此后当
被再次拉低,表示新的数据已经准备好接受,进行下一个数据的转换。
其基本时序如图所示:
图7HLW3070读取数据时序图1
图8HLW3070读取数据时序图2
表9读取数据时序表
SYMBOL
DESCRIPTION
MIN
TYP
MAX
UNITS
t4
变低后到第一个SCLK上升沿
ns
t5
SCLK高电平或低电平脉宽
455
ns
t6
SCLK上升沿到新数据位有效(传输延迟)
455
t7
SCLK上升沿到旧数据位有效(保持时间)
227.5
t8
数据更新,不允许读之前的数据
26.13
μs
t9
转换时间(1/datarate)
10Hz
100
ms
40Hz
25
640Hz
1.5625
1280Hz
0.78125
2.6.7功能配置
HLW3070可以通过SCLK和
可以进行不同功能的配置,功能配置时序图如下图所示:
图9功能配置时序图
功能配置过程简述,在
由高变低之后:
1.第1个到第24个SCLK,读取ADC数据。
如果不需要配置寄存器或者读取寄存器,可以省略下面的步骤。
2.第25个到第26个SCLK,读取寄存器写操作状态。
3.第27个SCLK,把
输出拉高。
4.第28个到第29个SCLK,切换
为输入。
5.第30个到第36个SCLK,输入寄存器写或读命令字数据(高位先输入)。
6.第37个SCLK,切换
的方向(如果是写寄存器,
为输入;
如果是读寄存器,
为输出)。
7.第38个到第45个SCLK,输入寄存器配置数据或输出寄存器配置数据(高位先输入/输出)。
8.第46个SCLK,切换
为输出,并把
拉高。
update1/update2被置位或清零。
2.6.7.1SPI命令字
HLW3070有2个命令字,命令字的长度为7bits,命令字描述如下:
表10HLW3070命令字说明表
命令名称
命令字节
描述
写配置寄存器
0x65
写配置寄存器Config
读配置寄存器
0x56
读配置寄存器Config
2.6.7.2SPI寄存器
HLW3070有一组寄存器Config。
Config寄存器
寄存器
R/W
复位值
保留位
配置寄存器
0x0C
配置位
B7
B6
B5
B4
REF输出开关
ADC输出速率选择
B3
B2
B1
B0
PGA选择
通道选择
表11Config寄存器说明表
[7]
-
芯片保留使用位。
默认为0,写入时写0,不要写1
[6]
REFO_OFF
REF输出开关:
默认REF输出开启
1=关闭REF输出。
0=REF正常输出。
[5:
4]
SPEED_SEL
ADC输出速率选择:
默认为10Hz
ADC输出速率为10Hz
ADC输出速率为40Hz
ADC输出速率为640Hz
ADC输出速率为1280Hz
[3:
2]
PGA_SEL
PGA选择:
默认PGA为128,在测温模式下PGA_SEL=00
PGA_SEL[1:
64
128
[1:
CH_SEL[1:
通道选择:
默认通道为通道A
通道A
芯片保留使用位
温度
内短
2.6.8Powerdown模式
s,HLW3070即进入PowerDwon模式,这时会关掉芯片所有电路,功耗接近0。
图10HLW3070PowerDown模式示意图
symbol
t10
SCLK高电平保持时间
100μs
t11
SCLK下降之后低电平保持时间
10μs
3芯片的封装
HLW3070采用SOP8封装。
图11芯片SOP8封装尺寸信息
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