圖 2-1 展示了基于 MSPM0G3507 和 AMC131M03 的三相電能測量應用方框圖。
在每個相位(或線路)上都會直接測量相電壓以及每條線路(3 相)的電流和通過 N(中性)引線的電流;因此默認情況下支持 3 相 3 引線 (3P3W) 或 3 相 4 引線及中性線 (3P4W) 配置。由于未使用某些相位,此參考設計還可用于分相型(相位 C 保持斷開)或單相(相位 B 和 C 保持斷開)配置。在 TIDA-010244 方框圖中,分流傳感器分別連接到 3 個相位,同時使用簡單的分壓器來對每條線路的相應電壓進行分壓,從而進行電流測量。分流器的選擇基于電能測量所需的電流范圍,同時確保在大電流下盡可能降低分流器內的功率耗散。假設要測量的每相最大電流為 100A 或 120A,則 150μΩ 至 200μΩ 之間的數值較為常見。
在此設計中,四個 AMC131M03 或 AMC131M02 器件通過以下方式與 MSPM0+ MCU 交互:
- 三個不同的時鐘信號饋送到 4 通道輸出 LVCMOS 緩沖器 LMK1C1104,以獲取 4 個相同的同相時鐘信號 CLKIN1 至 CLKIN4,從而確保所有 ADC 運行和收集的數據樣本彼此同步。
- TI BAW 振蕩器 CDC6C 為 LMK1C1104 和 MSPM0G3507 器件提供 8.192MHz 的高精度時鐘信號(默認選項)。
- 一個外部 16.384MHz 晶體振蕩器 (XTAL) 為 MSPM0G3507 HFXIN 和 HFXOUT 引腳供電,并且通過一個 2 分頻的內部分壓器來創建 8.192MHz 的 M0_CLKOUT 信號(在未安裝 TI BAW 時)。隨后,M0_CLKOUT 連接到 LMK1C1104 時鐘緩沖器。
- 來自 MSPM0G3507 的 PWM 信號可提供給時鐘緩沖器,以實現評估方面的目的。為了啟用 PWM 信號,前述時鐘器件之一需要連接到 HFXIN 和 HFXOUT(可選)。
- LMK1C1104 的 4 個輸出饋送到從 CLKIN1 到 CLKIN4 的四個輸入引腳(每個 ADC 器件一個)。
- 在四個 AMC131M03 和 AMC131M02 器件中,每個器件均將 CLKIN 輸入進行 2 分頻,并將該值用作 Δ-Σ 調制時鐘。
- SPI_SCK(SPU 總線時鐘)信號(作為 SPI 控制器的 MCU 的輸出)輸入到第二個 4 通道輸出 LVCMOS 緩沖器 LMK1C1104,以便為 SPI 數據傳輸獲取四個相同的同相時鐘信號。
- 四條 SPI_SCK 線路(SCLK1 至 SCLK4)被饋送到每個 ADC 的 SCLK 輸入端,從而確保所有 ADC 都在共享 SPI 總線上同步運行。
- 使用了四條單獨的 CS 線路,這些線路由 MSPM0+ MCU 的 SPI 外設自動生成和控制。
- 當新的 ADC 樣本就緒時,每個 AMC131M03 都會將 DRDY 輸出引腳(DRDY1 至 DRDY4)置為有效,從而提醒 MCU 有新的數據樣本可用。
- 檢測到 DRDY 下降沿后,MSPM0+ MCU 使用 DMA 模塊中的一個 SPI 和兩個 DMA 通道,從各 AMC131M0X 器件讀入電壓和電流樣本。四個獨立 ADC 同時生成四個 DRDY 信號,但由于 ADC 共享同一個 SPI 總線,MCU 將按順序讀取 ADC。
- MCU 還通過電路板上 XDS110 調試程序的 USB Type-C 接口或外部 FTDI 連接器與 PC GUI 進行通信。
- 來自 MCU 的 ACT 和 REACT 輸出信號表示用于精確測量和校準的有功和無功電能脈沖。這兩個信號都是根據參考表校準電表所需的關鍵信號。
MSPM0+ MCU 具有內部上電復位 (POR) 以及 POR 和欠壓復位 (BOR) 電源監測器,該監測器具有四個可配置的閾值電壓。
此參考設計可通過 USB Type-C 連接器或標記的接頭施加 5V 電壓,或在指定接頭引腳上施加 3.3V 電壓。有關為電路板供電的正確跳線連接的詳細信息,請參閱 節 3.3.2。
USB Type-C 接口可用于對 MSPM0G3507 進行編程和調試。該接口為隔離式,可用于通過 USB 電源向系統提供 5V 供電。如果選擇 5V 選項,則 USB Type-C 接口的隔離不會生效。
此參考設計還提供了兩種通過藍牙傳輸計量參數數據的選項:一種是使用帶全無源器件(分立式實施)的 CC2340 藍牙低耗能子系統,另一種使用基于 CC2340 的藍牙模塊。