MAXIM 71M6541D, 71M6541F, 71M6541G, 71M6542F, 71M6542G User Manual

71M6541D/F/G

和 71M6542F/G

电表 IC

数据资料

MPU

RTC

TIMERS

IAP

VA IBP

XIN

XOUT

RX TX

TX RX

COM0...5

V3P3A V3P3SYS

VBAT

VBAT_RTC

SEG

GNDA GNDD

SEG/DIO

DIO

ICE

LINE

NEUTRAL

LOAD

8888.8888

PULSES,

DIO

AMR

POWER FAULT COMPARATOR

MODUL-

ATOR

SERIAL PORTS

OSCILLATOR/

PLL

MUX and ADC

LCD DRIVER

DIO, PULSES

COMPUTE

ENGINE

FLASH

MEMORY

RAM

32 kHz

REGULATOR

Shunt

POWER SUPPLY

TERIDIAN

71M6541D/F

TEMPERATURE

SENSOR

VREF

BATTERY

PWR MODE

CONTROL

WAKE-UP

NEUTRAL

I2C or µWire

EEPROM

IAN

IBN

RTC BATTERY

V3P3D

BATTERY MONITOR

SPI INTERFACE

HOST

LCD DISPLAY

Resistor Divider

Pulse Transformer

TERIDIAN

71M6xx1

Shunt

LINE

Note:

This system is referenced to LINE

11/5/2010

概述

71M6541D/71M6541F/71M6541G/71M6542F/71M6542G 是 Teridian

带有数字补偿的低功耗实时时钟(RTC)、闪存存储器和 LCD 驱动器。采用我们的单转换器技术(Single Converter Technology®)，内置一路 22 位偿、精密电压基准和 32 位计算引擎(CE)，只需少数外部元件即可支持各种电表设计。

71M6541/2 支持 Teridian 71M6x01 系列隔离传感器的接口选项，有效降低 BOM 成本、提高抗电磁干扰能力，进而增强系统可靠性。其它特性包括：SPI 接口、先进的电源管理、超低功耗有效工作和电池供电模式、3/5KB 公用 RAM 和 32/64/128KB 闪存存储器(电表工作期间可现场编程程序和/或数据)、每个 SEG 驱动端能够驱动六段 LCD。较高的处理和采样速率结合差分输入级，提供强大的计量功能，理想用于住宅表设计。

完整的软件开发工具、演示程序以及参考设计有助于加速计量产品的开发和认证，以满足 ANSI、IEC 等全球范围的电表计量标准。

Teridian和Single Converter Technology

注册商标。

MICROWIRE是National Semiconductor Corp.

Rev 2 1

的第 4 代高集成度单相电表 SoC，包括：8051 兼容 MPU、

Σ-Δ ADC 数字温度传感器、三路或四路模拟输入、数字温度补

分别是

Maxim Integrated Products, Inc.

的注册商标。

的商标和

特性

• 2000:1 电流范围内，精度高达 0.1%

•

优于 IEC 62053/ANSI C12.20 标准要求

• 两路电流传感器输入，可选择差分模式

•

一路电流输入可选择增益 1 或 8，支持分流器

•

高速 Wh/VARh 脉冲输出，可编程脉冲宽度

• 32KB 闪存、3KB RAM (71M6541D)

•

64KB 闪存、5KB RAM (71M6541F/42F) 128KB 闪存、5KB RAM (71M6541G/42G)

•

多达四路脉冲输出，带有脉冲计数

•

四象限表计

•

数字温度补偿：

- 计量补偿

- 高精度 RTC，用于晶振自动温度补偿的

TOU 功能，支持所有功率模式

独立 32 位计算引擎

•

46-64Hz 电网频率范围，采用相同校准

•

相位补偿(±10°)

• 三种备份电池供电模式：

掉电模式(BRN) LCD 模式(LCD)

休眠模式(SLP)

• 引脚事件唤醒和定时器唤醒

•

休眠模式电流损耗仅为 1μA

• 闪存加密

•

在系统编程

•

8 位 MPU (80515)，高达 5 MIPS

• 掉电模式下的全速 MPU 时钟

•

LCD 驱动器：

每引脚驱动 6 段/多达 56个引脚

• 5V LCD 驱动器，带有 DAC

•

多达 51 个多功能 DIO 引脚

• 硬件看门狗定时器(WDT)

• I

C/MICROWIRE® EEPROM 接口

•

SPI 接口，具有闪存编程能力

•

两个 UART 用于 IR和 AMR

• 带有调制功能的 IR LED 驱动器

•

工业级温度范围

•

64 引脚(71M6541D/F/G) 和 100 引脚 (71M6542F/G)无铅(Pb) LQFP 封装

71M6541D/F/G和 71M6542F/G 数据资料

1 引言 ..................................................................................................................................................... 10

2 硬件说明 .............................................................................................................................................. 11

2.1 硬件概述 ..................................................................................................................................... 11

2.2 模拟前端(AFE) ........................................................................................................................... 12

2.2.1 信号输入引脚 ................................................................................................................. 14

2.2.2 输入复用器 ..................................................................................................................... 15

2.2.3 延迟补偿 ......................................................................................................................... 19

2.2.4 ADC 前置放大器............................................................................................................. 20

2.2.5 A/D 转换器(ADC) ........................................................................................................... 20

2.2.6 FIR 滤波器 ...................................................................................................................... 20

2.2.7 电压基准 ......................................................................................................................... 20

2.2.8 71M6x01隔离传感器接口(远端传感器接口) .................................................................. 22

2.3 数字计算引擎(CE) ...................................................................................................................... 24

2.3.1 CE 程序存储器 ............................................................................................................... 24

2.3.2 CE 数据存储器 ............................................................................................................... 24

2.3.3 CE 与 MPU通信 ............................................................................................................. 25

2.3.4 电表公式 ......................................................................................................................... 25

2.3.5 实时监测器(RTM) ........................................................................................................... 25

2.3.6 脉冲发生器 ..................................................................................................................... 27

2.3.7 CE 功能概述 ................................................................................................................... 28

2.4 80515 MPU核 ............................................................................................................................ 31

2.4.1 存储器架构和寻址 .......................................................................................................... 31

2.4.2 特殊功能寄存器(SFR) .................................................................................................... 33

2.4.3 通用 80515 特殊功能寄存器 ........................................................................................... 34

2.4.4 指令集 ............................................................................................................................ 36

2.4.5 UART ............................................................................................................................. 36

2.4.6 定时器和计数器 .............................................................................................................. 39

2.4.7 WD 定时器(软件看门狗定时器) ...................................................................................... 40

2.4.8 中断 ................................................................................................................................ 40

2.5 片上资源 ..................................................................................................................................... 48

2.5.1 物理存储器 ..................................................................................................................... 48

2.5.2 振荡器 ............................................................................................................................ 50

2.5.3 PLL 和内部时钟 .............................................................................................................. 50

2.5.4 实时时钟(RTC) ............................................................................................................... 51

2.5.5 71M654x温度传感器 ..................................................................................................... 56

2.5.6 71M654x电池监测器 ..................................................................................................... 57

2.5.7 UART 和光接口 .............................................................................................................. 58

2.5.8 数字 I/O 和 LCD 段驱动器 .............................................................................................. 59

2.5.9 EEPROM 接口 ............................................................................................................... 70

2.5.10 SPI 从机端口 .................................................................................................................. 73

2.5.11 硬件看门狗定时器 .......................................................................................................... 78

2.5.12 测试端口(TMUXOUT 和 TMUX2OUT 引脚) ................................................................... 78

3 功能说明 .............................................................................................................................................. 80

3.1 工作原理 ..................................................................................................................................... 80

3.2 电池供电模式 ............................................................................................................................. 81

3.2.1 BRN 模式 ....................................................................................................................... 83

3.2.2 LCD 模式 ........................................................................................................................ 83

3.2.3 SLP 模式 ........................................................................................................................ 84

2 Rev 2

71M6541D/F/G和 1M6542F/G 数据资料

3.3 故障和复位操作 .......................................................................................................................... 85

3.3.1 掉电事件 ......................................................................................................................... 85

3.3.2 低电池电压下的 IC ......................................................................................................... 86

3.3.3 复位序列 ......................................................................................................................... 86

3.3.4 看门狗定时器复位 .......................................................................................................... 86

3.4 唤醒操作 ..................................................................................................................................... 87

3.4.1 硬件唤醒事件 ................................................................................................................. 87

3.4.2 定时器唤醒 ..................................................................................................................... 90

3.5 数据流和 MPU/CE 通信 .............................................................................................................. 91

4 应用信息 .............................................................................................................................................. 92

4.1 连接 5V 器件 ............................................................................................................................... 92

4.2 直接连接传感器 .......................................................................................................................... 92

4.3 使用本地传感器的 71M6541D/F/G ............................................................................................. 93

4.4 使用 71M6x01 和电流分流器的 71M6541D/F/G ........................................................................ 94

4.5 使用本地传感器的 71M6542F/G ................................................................................................ 95

4.6 使用 71M6x01 和电流分流器的 71M6542F/G ............................................................................ 96

4.7 计量温度补偿 ............................................................................................................................. 97

4.7.1 高精度电压基准 .............................................................................................................. 97

4.7.2 71M654x的温度系数 ..................................................................................................... 97

4.7.3 VREF 温度补偿，使用本地传感器 ................................................................................. 98

4.7.4 VREF 温度补偿，使用远端传感器 ................................................................................. 99

4.8 连接 I2C EEPROM ................................................................................................................... 100

4.9 连接 3 线 EEPROM .................................................................................................................. 101

4.10 UART0 (TX/RX) ....................................................................................................................... 101

4.11 光接口(UART1) ........................................................................................................................ 101

4.12 连接复位引脚 ........................................................................................................................... 102

4.13 连接仿真器端口 ........................................................................................................................ 102

4.14 闪存编程 ................................................................................................................................... 104

4.14.1 通过 ICE 端口编程闪存 ................................................................................................ 104

4.14.2 通过 SPI 端口编程闪存 ................................................................................................. 104

4.15 MPU 固件库 ............................................................................................................................. 104

4.16 晶振 .......................................................................................................................................... 104

4.17 电表校准 ................................................................................................................................... 104

5 固件接口 ............................................................................................................................................ 105

5.1 I/O RAM 映射—按功能排序 ...................................................................................................... 105

5.2 I/O RAM 映射—按字母排序 ...................................................................................................... 111

5.3 CE 接口说明 ............................................................................................................................. 125

5.3.1 CE 程序 ........................................................................................................................ 125

5.3.2 CE 数据格式 ................................................................................................................. 125

5.3.3 常量 .............................................................................................................................. 125

5.3.4 环境 .............................................................................................................................. 126

5.3.5 CE 计算 ........................................................................................................................ 126

5.3.6 CE 前端数据(原始数据) ................................................................................................ 127

5.3.7 FCE 状态和控制 ........................................................................................................... 127

5.3.8 CE 传递变量 ................................................................................................................. 129

5.3.9 脉冲发生器 ................................................................................................................... 132

5.3.10 其它 CE 参数 ................................................................................................................ 134

5.3.11 CE 校准参数 ................................................................................................................. 135

5.3.12 CE 流程图 .................................................................................................................... 136

6 电气规格 ............................................................................................................................................ 138

Rev 2 3

71M6541D/F/G和 71M6542F/G 数据资料

6.1 绝对最大额定值 ........................................................................................................................ 138

6.2 推荐外部元件 ........................................................................................................................... 139

6.3 推荐工作条件 ........................................................................................................................... 139

6.4 性能指标 ................................................................................................................................... 140

6.4.1 输入逻辑电平 ............................................................................................................... 140

6.4.2 输出逻辑电平 ............................................................................................................... 140

6.4.3 电池监测器 ................................................................................................................... 141

6.4.4 温度监测器 ................................................................................................................... 141

6.4.5 电源电流 ....................................................................................................................... 142

6.4.6 V3P3D 开关 .................................................................................................................. 143

6.4.7 内部电源故障比较器 .................................................................................................... 143

6.4.8 2.5V 稳压器—系统电源 ................................................................................................ 143

6.4.9 2.5V 稳压器—电池供电 ................................................................................................ 144

6.4.10 晶振 .............................................................................................................................. 144

6.4.11 锁相环(PLL) ................................................................................................................. 144

6.4.12 LCD 驱动器 .................................................................................................................. 145

6.4.13 VLCD 发生器 ................................................................................................................ 146

6.4.14 VREF ........................................................................................................................... 148

6.4.15 ADC 转换器 .................................................................................................................. 149

6.4.16 IAP-IAN 前置放大器 ..................................................................................................... 150

6.5 时序规格 ................................................................................................................................... 151

6.5.1 闪存 .............................................................................................................................. 151

6.5.2 SPI 从机 ....................................................................................................................... 151

6.5.3 EEPROM 接口 ............................................................................................................. 151

6.5.4 RESET 引脚 ................................................................................................................. 152

6.5.5 RTC .............................................................................................................................. 152

6.6 封装图 ...................................................................................................................................... 153

6.6.1 64 引脚 LQFP 封装图 ................................................................................................... 153

6.6.2 100 引脚 LQFP 封装图 ................................................................................................. 154

6.7 封装标识 ................................................................................................................................... 155

6.8 引脚图 ...................................................................................................................................... 156

6.8.1 71M6541D/F/G LQFP-64封装引脚排列 ...................................................................... 156

6.8.2 71M6542F/G LQFP-100封装引脚排列 ........................................................................ 157

6.9 引脚说明 ................................................................................................................................... 158

6.9.1 电源和接地引脚 ............................................................................................................ 158

6.9.2 模拟电路引脚 ............................................................................................................... 159

6.9.3 数字电路引脚 ............................................................................................................... 160

6.9.4 I/O 等效电路 ................................................................................................................. 162

7 定购信息 ............................................................................................................................................ 163

7.1 71M6541D/F/G和 71M6542F/G .............................................................................................. 163

8 相关信息 ............................................................................................................................................ 163

9 联络信息 ............................................................................................................................................ 163

附录 A：缩写符号 ..................................................................................................................................... 164

附录 B：修订历史 ..................................................................................................................................... 165

4 Rev 2

71M6541D/F/G和 1M6542F/G 数据资料

图

图 1. IC 功能框图 ................................................................................................................................................... 9

图 2. 71M6541D/F/G AFE 方框图(本地传感器) ................................................................................................... 12

图 3. 71M6541D/F/G AFE 方框图(带 71M6x01) .................................................................................................. 13

图 4. 71M6542F/G AFE 方框图(本地传感器) ....................................................................................................... 13

图 5. 71M6542F/G AFE 方框图(带 71M6x01) ..................................................................................................... 14

图 6. 复用帧状态(MUX_DIV[3:0] = 3) .................................................................................................................. 17

图 7. 复用帧状态(MUX_DIV[3:0] = 4) .................................................................................................................. 17

图 8. 斩波放大器通用拓扑 ................................................................................................................................... 21

图 9. CROSS 信号，CHOP_E = 00 ..................................................................................................................... 21

图 10. RTM 时序 .................................................................................................................................................. 26

图 11. ADC MUX、CE 和 RTM 串行传输时序关系 .............................................................................................. 26

图 12. 脉冲发生器 FIFO 时序 ............................................................................................................................... 28

图 13. 累积间隔 ................................................................................................................................................... 29

图 14. 复用周期内采样(MUX_DIV[3:0] = 3) ......................................................................................................... 30

图 15. 复用周期内采样(MUX_DIV[3:0] = 4) ......................................................................................................... 30

图 16. 中断结构 ................................................................................................................................................... 47

图 17. 自动温度补偿 ............................................................................................................................................ 54

图 18. 光接口 ....................................................................................................................................................... 58

图 19. 光接口(UART1) ......................................................................................................................................... 59

图 20. 连接外部负载至 DIO 引脚 ......................................................................................................................... 60

图 21. LCD 波形 ................................................................................................................................................... 68

图 22. 3 线接口：写命令，HiZ=0 ........................................................................................................................ 72

图 23. 3 线接口：写命令，HiZ=1 ........................................................................................................................ 72

图 24. 3 线接口：读命令 ...................................................................................................................................... 72

图 25. 3 线接口：写命令，CNT=0 ....................................................................................................................... 73

图 26. 3 线接口：写命令，HiZ=1，WFR=1 ......................................................................................................... 73

图 27. PI 从机端口—典型的多字节读、写操作 .................................................................................................... 75

图 28. 电压、电流、瞬时能量和累积能量 ............................................................................................................ 80

图 29. Operation 工作模式状态图 ........................................................................................................................ 81

图 30. MPU/CE 数据流 ........................................................................................................................................ 91

图 31. 电阻分压(电压检测) ................................................................................................................................... 92

图 32. 单端输入 CT (电流检测) ............................................................................................................................ 92

图 33. 差分输入 CT (电流检测) ............................................................................................................................ 92

图 34. 差分输入锰铜分流器(电流检测) ................................................................................................................. 92

图 35. 71M6541D/F/G (本地传感器) .................................................................................................................... 93

图 36. 71M6541D/F/G (71M6x01 远端传感器) .................................................................................................... 94

图 37. 71M6542F/G (本地传感器) ....................................................................................................................... 95

图 38. 71M6542F/G (71M6x01 远端传感器) ........................................................................................................ 96

图 39. I

图 40. UART0 连接 ............................................................................................................................................ 101

图 41. 光元件连接 .............................................................................................................................................. 102

图 42. RESET 引脚外部电路：按钮(左侧)、生产电路(右侧) .............................................................................. 102

图 43. 仿真器接口的外部电路 ............................................................................................................................ 103

图 44. CE 数据流：复用器和 ADC ..................................................................................................................... 136

图 45. CE 数据流：缩放、增益控制、中间变量 ................................................................................................ 136

图 46. CE 数据流：平方、求和运算级 ............................................................................................................... 137

图 47. 64 引脚 LQFP 封装 ................................................................................................................................. 153

图 48. 100 引脚 LQFP 封装图 ............................................................................................................................ 154

图 49. 封装标识(示例) ........................................................................................................................................ 155

图 50. 71M6541D/F/G (LQFP-64 封装)引脚排列 ............................................................................................... 156

图 51. 71M6542F/G (LQFP-100 封装)引脚排列 ................................................................................................ 157

图 52. I/O 等效电路 ............................................................................................................................................ 162

C EEPROM 连接 .................................................................................................................................. 101

Rev 2 5

71M6541D/F/G和 71M6542F/G 数据资料

表

表 1. 本地传感器所要求的 CE 代码和设置 .................................................................................................. 15

表 2. CE 代码和设置(71M6x01 隔离传感器) ................................................................................................ 16

表 3. ADC 输入配置 .................................................................................................................................... 17

表 4. 复用器和 ADC 配置位 ........................................................................................................................ 19

表 5. RCMD[4:0]位 ...................................................................................................................................... 22

表 6. 远程接口读命令 ................................................................................................................................. 23

表 7. 用于远端传感器的 I/O RAM 控制位 .................................................................................................... 23

表 8. 复用器输入选择 .................................................................................................................................. 25

表 9. CKMPU 时钟频率 ............................................................................................................................... 31

表 10. 存储器映射 ........................................................................................................................................ 32

表 11. 内部数据存储器映射 ......................................................................................................................... 33

表 12. 特殊功能寄存器映射 ......................................................................................................................... 33

表 13. 通用 80515 SFR—地址和复位值 ...................................................................................................... 34

表 14. PSW 位功能(SFR 0xD0) ...................................................................................................................... 35

表 15. 端口寄存器(SEGDIO0-15) ................................................................................................................ 36

表 16. 展宽存储周期宽度 ............................................................................................................................ 36

表 17. 波特率发生器 ................................................................................................................................... 37

表 18. UART 模式 ........................................................................................................................................ 37

表 19. S0CON (UART0)寄存器(SFR 0x98) .................................................................................................. 38

表 20. S1CON (UART1)寄存器(SFR 0x9B) .................................................................................................. 38

表 21. PCON 寄存器位说明(SFR 0x87) ...................................................................................................... 39

表 22. 定时器/计数器模式说明 .................................................................................................................... 39

表 23. 定时器/计数器模式组合 ..................................................................................................................... 39

表 24. TMOD 寄存器位说明 (SFR 0x89) ...................................................................................................... 40

表 25. TCON 寄存器位功能(SFR 0x88) ....................................................................................................... 40

表 26. IEN0 位功能(SFR 0xA8) .................................................................................................................... 41

表 27. The IEN1 位功能 (SFR 0xB8) ........................................................................................................... 41

表 28. IEN2 位功能(SFR 0x9A) .................................................................................................................... 42

表 29. TCON 位功能(SFR 0x88) .................................................................................................................. 42

表 30. T2CON 位功能(SFR 0xC8) ............................................................................................................... 42

表 31. IRCON 位功能(SFR 0xC0) ................................................................................................................ 42

表 32. 外部 MPU 中断 .................................................................................................................................. 44

表 33. 中断使能和标识位 ............................................................................................................................ 44

表 34. 中断优先级组 .................................................................................................................................... 45

表 35. 中断优先级 ........................................................................................................................................ 45

表 36. 中断优先级寄存器(IP0 和 IP1) ........................................................................................................... 45

表 37. 中断轮询排序 .................................................................................................................................... 46

表 38. 中断向量 ........................................................................................................................................... 46

表 39. 闪存访问 ........................................................................................................................................... 48

表 40. 闪存加密 ........................................................................................................................................... 49

表 41. 时钟系统汇总 .................................................................................................................................... 51

表 42. RTC 控制寄存器 ............................................................................................................................... 52

表 43. 用于 RTC 温度补偿的 I/O RAM寄存器 ............................................................................................. 53

表 44. NV RAM 温度表结构 ......................................................................................................................... 54

表 45. 用于 RTC 中断的 I/O RAM 寄存器 .................................................................................................... 55

表 46. 用于温度和电池测量的 I/O RAM 寄存器 .......................................................................................... 56

表 47. 通过 DIO_Rn[2:0]位的能够选择的资源 ............................................................................................. 59

6 Rev 2

71M6541D/F/G和 1M6542F/G 数据资料

表 48. SEGDIO0 至 SEGDIO14 数据/方向寄存器(71M6541D/F/G) ............................................................ 61

表 49. SEGDIO19至 SEGDIO27数据/方向寄存器(71M6541D/F/G) .......................................................... 62

表 50. SEGDIO36-39至 SEGDIO44-45 数据/方向寄存器(71M6541D/F/G) ............................................... 62

表 51. SEGDIO51和 SEGDIO55数据/方向寄存器(71M6541D/F/G) .......................................................... 62

表 52. SEGDIO0 至 SEGDIO15 数据/方向寄存器(71M6542F/G) ................................................................ 63

表 53. SEGDIO16至 SEGDIO31数据/方向寄存器(71M6542F/G) .............................................................. 64

表 54. SEGDIO32至 SEGDIO45数据/方向寄存器(71M6542F/G) .............................................................. 64

表 55. SEGDIO51至 SEGDIO55数据/方向寄存器(71M6542F/G) .............................................................. 64

表 56. LCD_VMODE[1:0]配置 .................................................................................................................... 65

表 57. LCD 配置 .......................................................................................................................................... 67

表 58. SEG46 至 SEG50 的 71M6541D/F/G LCD数据寄存器 .................................................................... 69

表 59. SEG46 至 SEG50 的 71M6542F/G LCD 数据寄存器 ....................................................................... 70

表 60. 2 线接口对应的 EECTRL 位 ............................................................................................................... 71

表 61. 3 线接口对应的 EECTRL 位 ............................................................................................................... 71

表 62. SPI 操作字段 ..................................................................................................................................... 74

表 63. SPI 命令时序 ..................................................................................................................................... 75

表 64. SPI 寄存器 ........................................................................................................................................ 76

表 65. TMUX[5:0]选择 ................................................................................................................................. 79

表 66. TMUX2[4:0]选择 ............................................................................................................................... 79

表 67. 电路功能 ........................................................................................................................................... 82

表 68. VSTAT[2:0] (SFR 0xF9[2:0]) .............................................................................................................. 85

表 69. 唤醒使能和标识位 ............................................................................................................................. 87

表 70. 唤醒位 ............................................................................................................................................... 89

表 71. WAKE 标识清除事件 ......................................................................................................................... 90

表 72. GAIN_ADJn 补偿通道 ....................................................................................................................... 98

表 73. GAIN_ADJn 补偿通道 ..................................................................................................................... 100

表 74. I/O RAM 映射—按功能排序，基本配置 .......................................................................................... 105

表 75. I/O RAM 映射—按功能排序 ............................................................................................................ 107

表 76. I/O RAM 映射—按功能排序 ............................................................................................................ 111

表 77. 标准 CE 代码 ................................................................................................................................... 125

表 78. CE EQU 公式和单元输入映射 ......................................................................................................... 126

表 79. CE 原始数据访问地址 ..................................................................................................................... 127

表 80. CESTATUS 寄存器 ........................................................................................................................... 127

表 81. CESTATUS (CE RAM 0x80)位定义 .................................................................................................... 128

表 82. CECONFIG 寄存器 .......................................................................................................................... 128

表 83. CECONFIG (CE RAM 0x20)位定义................................................................................................... 128

表 84. 跌落门限和增益调节控制 ................................................................................................................ 129

表 85. CE 传递变量(本地传感器) ............................................................................................................... 130

表 86. CE 传递变量(隔离传感器) ............................................................................................................... 130

表 87: CE 能量测量变量(使用本地传感器)................................................................................................. 131

表 88. CE 能量测量变量(隔离传感器) ........................................................................................................ 131

表 89. 其它传递变量 .................................................................................................................................. 132

表 90. CE 脉冲发生参数 ............................................................................................................................ 133

表 91. 用于噪声抑制和代码版本的 CE 参数 .............................................................................................. 134

表 92. CE 校准参数 .................................................................................................................................... 135

表 93. 绝对最大额定值 .............................................................................................................................. 138

表 94. 推荐外部元件 .................................................................................................................................. 139

表 95. 推荐工作条件 .................................................................................................................................. 139

Rev 2 7

71M6541D/F/G和 71M6542F/G 数据资料

表 96. 输入逻辑电平 .................................................................................................................................. 140

表 97. 输出逻辑电平 .................................................................................................................................. 140

表 98. 电池监测器技术指标(TEMP_BAT= 1) .............................................................................................. 141

表 99. 温度监测器 ..................................................................................................................................... 141

表 100. 电源电流指标 ................................................................................................................................ 142

表 101. V3P3D 开关技术指标 .................................................................................................................... 143

表 102. 内部电源故障比较器技术指标 ...................................................................................................... 143

表 103. 2.5V 稳压器技术指标 .................................................................................................................... 143

表 104. 低功耗稳压器技术指标 .................................................................................................................. 144

表 105. 晶振指标 ....................................................................................................................................... 144

表 106. PLL 技术指标 ................................................................................................................................ 144

表 107. LCD 驱动器技术指标 .................................................................................................................... 145

表 108. LCD 驱动器技术指标 .................................................................................................................... 146

表 109. VREF 技术指标 ............................................................................................................................. 148

表 110. ADC 转换器技术指标 .................................................................................................................... 149

表 111. 前置放大器技术指标 ..................................................................................................................... 150

表 112. 闪存时序指标 ................................................................................................................................ 151

表 113. SPI 从机指标 ................................................................................................................................. 151

表 114. EEPROM 接口时序 ....................................................................................................................... 151

表 115. RESET 引脚时序 .......................................................................................................................... 152

表 116. RTC 的日期范围 ........................................................................................................................... 152

表 117. 71M6541 封装标识 ....................................................................................................................... 155

表 118. 71M6542 封装标识 ....................................................................................................................... 155

表 119. 电源和接地引脚 ............................................................................................................................ 158

表 120. 模拟电路引脚 ................................................................................................................................ 159

表 121. 数字电路引脚 ................................................................................................................................ 160

表 122. 定购信息 ....................................................................................................................................... 163

8 Rev 2

71M6541D/F/G和 1M6542F/G 数据资料

IAP

MUX

and

PREAMP

XIN

XOUT

VREF

CKADC

32-bit Compute

Engine

MPU

(80515)

CE CONTROL

OPT_RX/

SEGDIO55

OPT_TX/

SEGDIO51/

WPULSE/

VARPULSE

RESET

VBIAS

EMULATOR

PORT

CE_BUSY

OPTICAL

INTERFACE

UART0

XFER BUSY

COM0..5

VLC2

LCD DRIVER

CEDATA

0x000...0x2FF

PROG

0x000...0x3FF

DATA

0x0000...0xFFFF

PROGRAM

0x0000...0xFFFF

0x0000…

0xFFFF

DIGITAL I/O

CONFIGURATION

RAM

(I/O RAM)

0x2000...0x20FF

I/O RAM

MEMORY SHARE

0x0000...0x13FF

RTCLK

RTCLK (32KHz)

MUX_SYNC CKCE

CKMPU

CK32

POWER FAULT

DETECTION

4.9 MHZ

< 4.9MHz

4.9 MHz

GNDD

V3P3A

V3P3D

VBAT

Voltage

Regulator

2.5V to logic

VDD

32KHz

MPU_RSTZ

FAULTZ

WAKE

CONFIGURATION PARAMETERS

GNDA

VBIAS

10/11/2011

CROSS

CLOCK GEN

Oscillator

32 KHz

CK32

MCK

PLL

VREF

DIV

ADC

MUX CTRL

STRT

MUX

CKFIR

RTM

SEGDIO Pins

WPULSE VARPULSE

WPULSE

VARPULSE

TEST

MODE

VLC1 VLC0

< 4.9MHz

CKMPU_2x

SDCK

SDOUT

SDIN

E_RXTX/SEG48

E_TCLK/SEG49

E_RST/SEG50

FLASH

32/64/128 KB

V3P3A

FIR

EEPROM

INTERFACE

CK_4X

LCD_GEN

RTC

VBIAS

MEMORY

E_RXTX E_TCLK E_RST

ICE_E

∆ Σ

AD CONVERTER

VREF

V3P3SYS

TEST MUX

VLCD

Voltage

Boost

MPU RAM

3/5 KB

SPI

VSTAT

VBAT_RTC

IAN IBP IBN

VA VB*

SEG Pins

TEST MUX

Non-Volatile

CONFIGURATION

RAM

BAT

TEST

TEMP

SENSOR

RTM

* 71M6542F/G only

Rev 2 9

图 1. IC 功能框图

71M6541D/F/G和 71M6542F/G 数据资料

1 引言

本数据资料介绍了 71M6541D (32KB)、71M6541F (64KB)、71M6541G (128KB)、71M6542F (64KB)和 71M6542G (128KB)第四代 Teridian 单相计量 SoC。以下讨论适用于全部的器件特性或性能时，我们将用 “71M654x”表示；讨论内容仅适用于特定型号的特性或性能时，将标明相应型号。本数据资料还介绍了配套的 71M6x01 隔离电流传感器器件的基本信息。关于 71M6x01 传感器的更多完整内容，请参见 71M6xxx的数据资料。

本文介绍了使用本地电流传感器以及配合 71M6x01 隔离电流传感器时，71M654x 的使用方法。利用 71M654x 和 71M6x01 芯片组，可以使用非隔离传感器和隔离分流器构建低成本的单相和两相电能表(使用分流器)，获得这类传感器技术前所未及的性能。71M654x SoC 还支持一个本地连接分流器与一个本地连接电流变压器(CT)配置，或者是双 CT 配置。

为方便阅读，通常采用超级链接，链接到本文相关的参考图、表格和章节。本文中的所有超级链接均以蓝

色突出显示。本文使用了大量的超级链接，提供详细的参考章节，以增强每一部分的细节描述。为进一步

方便阅读，将文章制作成书签 PDF 格式。建议读者参考本文第 163 页第 8 章“相关信息”部分列出的文件。

10 Rev 2

71M6541D/F/G和 1M6542F/G 数据资料

2 硬件说明

2.1 硬件概述

Teridian 71M6541D/F/G和 71M6542F/G 单芯片计量 IC 集成了实现固态住宅电表所需的全部功能模块，包括：

• 模拟前端(AFE)，具有 22位二阶 Σ-Δ ADC

• 独立的 32 位 DSP 数字计算引擎(CE)，实现计量功能

• 8051 兼容微处理器(MPU)，每个时钟周期执行一条指令(80515)

• 精密电压基准(VREF)

• 用于数字温度补偿的温度传感器：

- 计量数字温度补偿(MPU)

- RTC自动数字温度补偿，在任意工作模式下均可使用

• LCD 驱动器

• RAM 和闪存

• 实时时钟(RTC)

• 多种 I/O 引脚

• 电源故障中断

• 过零中断

• 可选的电流传感器接口，用于本地连接传感器及远端传感器(即使用带有检流电阻的 71M6x01 配套 IC)

• 支持锰铜分流器和电流变压器

器件支持锰铜分流器和电流变压器(CT)电流传感器。锰铜分流器可直接连接至 71M654x 器件，或采用配套的 71M6x01 隔离 IC 进行隔离，以构成各种单相/分相(71M6541D/F/G)或两相(71M6542F/G)电表配置。采用低成本、小尺寸脉冲变压器隔离 71M6x01 远端传感器与 71M654x。71M654x 执行与 71M6x01 的双向数字通信，并通过隔离脉冲变压器为 71M6x01 供电。隔离(远端)分流传感器连接至 71M6x01 的差分输入。 71M6x01配套隔离器包括：

• 数字隔离通信接口

• 模拟前端(AFE)

• 精密电压基准(VREF)

• 温度传感器(用于数字温度补偿)

• 全差分分流传感器输入

• 前置放大器，用于优化分流传感器性能

• 隔离电源电路，从 71M654x 发送的脉冲获取直流电源

典型应用中，71M654x 的 32 位计算引擎(CE)顺序处理模拟输入引脚的电压输入，以及从外部 71M6x01 远端传感器获得的采样，并进行计算，测量有功能量(Wh)和无功能量(VARh)，以及四象限表计的 A 然后 MPU 存取这些测量值，进一步处理并通过 MPU 的外围器件输出。

除了高级测量功能外，时钟电路允许 71M6541D/F/G 和 71M6542F/G 分时计价(TOU)，用于多费率电表以及防时标窃电或其它篡改事件。测量信息可以显示在工作在低温环境的 3.3V LCD，片上电荷泵用于驱动 5V LCD。灵活的 LCD 段显示功能便于整合现有的定制 LCD。通过软件调节 LCD 段和 DIO 引脚，以满足各种不同需求。

除了带有温度微调的超高精度电压基准外，片上数字温度补偿机制还包括温度传感器和相关控制，用于修

正温度对测量值和 RTC 精度的影响，以满足 ANSI 和 IEC 标准的要求。与温度相关的外部元件，例如晶振、电阻分流器、电流变压器(CT)及其相应的信号调理电路，定义其温度特性并编程其修正因子，使得电表在整个工业温度范围内达到高精度计量的要求。

h 和 V2h。

Rev 2 11

71M6541D/F/G和 71M6542F/G 数据资料

∆Σ ADC

CONVERTER

VREF

MUX

VREF

VADC

FIR

IBP

IAP

VADC10 (VA)

IAN

IBN

71M6541D/F

CE RAM

*IN = Optional Neutral Current

Local

Shunt

IN*

LINE

11/5/2010

LINE

可利用两个内部 UART 其中之一支持红外 LED，提供内部驱动和检测配置，亦可作为标准 UART 使用。可选择 38kHz 调制输出。这种灵活性方便了利用 IR 接口实现 AMR 电表的设计，图 1 所示为 IC 方框图。

2.2 模拟前端(AFE)

AFE 作为数据采集系统，由 MPU 控制。使用本地连接的传感器时，如图 2 所示，模拟输入信号(IAP-IAN、 VA、IBP-IBN 和 VB)复用至 ADC 输入并进行采样，采样数据经 FIR 滤波后储存在 CE RAM 中，由 CE 进

行后续处理。MPU 也可以访问 CE 的 RAM 区。

图 6 所示为对应于图 2 的复用器时序，图 35 所示为对应于图 2 的电表配置。

图 2. 71M6541D/F/G AFE 方框图(本地传感器)

12 Rev 2

71M6541D/F/G和 1M6542F/G 数据资料

∆Σ ADC

CONVERTER

VREF

MUX

VREF

VADC

FIR

IBP

IAP

VADC10 (VA)

IAN

IBN

71M6541D/F

CE RAM

71M6x01

INP

INN

Remote

Shunt

IN*

Digital

Isolation

Interface

Local

Shunt

LINE

11/5/2010

* IN = Optional Neutral Current

∆Σ ADC

CONVERTER

VREF

MUX

VREF

VADC

FIR

IBP

IAP

VADC10 (VA)

IAN

IBN

71M6542F

CE RAM

Local

Shunt

11/5/2010

VADC9 (VB)

图 3 所示为 71M6541D/F/G 复用器接口，带有一个本地分流传感器和一个远端电阻分流传感器。如图 3 所

示，远端隔离分流传感器通过 71M6x01连接，该电流通道的采样不会切换至复用器，而是通过数字隔离接口直接传送至 71M6541D/F/G，并直接储存在 CE RAM。

图 6 所示为对应于图 3 的复用器时序；图 36 所示为对应于图 3 的电表配置。

图 3. 71M6541D/F/G AFE 方框图(带 71M6x01)

图 4 所示为连接了本地传感器的 71M6542F/G AFE。模式输入信号(IAP-IAN、VA、IBP-IBN 和 VB)复用至

ADC 输入并进行采样，采样数据经 FIR 滤波后储存在 CE RAM 中，由 CE 进行后续处理。MPU 也可以访问 CE 的 RAM 区。

图 7 所示为对应于图 4 的复用器时序；图 37 所示为对应于图 4 的电表配置。

图 5 所示为 71M6542F/G 复用器接口，带有一个本地传感器和一个远端电阻分流传感器。如图 5 所示，远

端隔离分流传感器通过 71M6x01 连接，该电流通道的采样不会切换至复用器，而是通过数字隔离接口直接传输至 71M6542F/G，并直接储存在 CE RAM。

Rev 2 13

图 4. 71M6542F/G AFE 方框图(本地传感器)

71M6541D/F/G和 71M6542F/G 数据资料

∆Σ ADC

CONVERTER

VREF

MUX

VREF

VADC

FIR

IBP

VADC9 (VB)

IAP

VADC10 (VA)

IAN

IBN

71M6542F

CE RAM

71M6x01

INP

INN

Remote

Shunt

Digital

Isolation

Interface

Local

Shunt

11/5/2010

图 6 所示为对应于图 5 的复用器时序；图 38 所示为对应于图 5 的电表配置。

图 5. 71M6542F/G AFE 方框图(带 71M6x01)

2.2.1 信号输入引脚

71M6541D/F/G具有 5 路 ADC 输入；71M6542F/G具有 6 路 ADC 输入。 IAP-IAN 和 IBP-IBN 用作电流传感器输入。这 4 路电流传感器输入可配置为 4 路单端输入，或者配对构成 2

路差分输入。为获得最佳性能，建议将电流传感器输入配置为差分输入(即：IAP-IAN 和 IBP-IBN)。第 1 路差分输入(IAP-IAN)具有前置放大器，增益可选择 1 或 8，用于直接连接分流电阻传感器，还可使用电流变压器(CT)。剩下的一路差分对(IBP-IBN)可用于 CT或连接远端 71M6x01 隔离电流传感器，使用低成本脉冲变压器为分流电阻传感器提供隔离。

71M6541D/F/G (VA)的其余输入为单端配置，在单相电表应用中按照式 0 或式 1 (见第 25 页 2.3.4 节表计公

式表计公式)检测电网电压。71M6542F/G 具有一路附加的单端电压检测输入(VB)，支持式 2 对应的 2 相应

用。这些单端输入以 V3P3A 引脚为参考。所有模拟信号均以电压方式测量。使用分流传感器时，通过测量分流器两端的电压降测量电流。参见图 3，

分流传感器直接连接至 71M654x (称为“本地”分流传感器)，或通过隔离 71M6x01 连接(称为“远端”分流传感器)。使用电流变压器(CT)时，通过连接至 CT 次级线圈的负载电阻的电压测量电流。同时，通过电阻分压检测电网电压。VA和 VB 引脚(VB 仅在 71M6542F/G 中提供)为单端，其公共回路为 V3P3A 引脚。

引脚 IAP-IAN 可独立设置为差分或单端，由 DIFFA_E (I/O RAM 0x210C[4])控制位决定。然而，对于大多数应用，IAP-IAN 配置为差分输入，结合外部相应的信号调整电路连接至 IAP-IAN (参见第 92 页的 4.2 直接连

接传感器)。

利用 I/O RAM 控制位 PRE_E (I/O RAM 0x2704[5])激活固定增益为 8 的前置放大器，可增强 IAP-IAN 引脚的性能。PRE_E = 1 时，IAP-IAN 配置为 8x 增益的前置放大器输入，放大器输出送至复用器。使用低灵敏度电流传感器时，例如锰铜分流器，8x 放大器非常有用。PRE_E 置位时，IAP-IAN 输入信号幅度峰值限制在

250/8 = 31.25mV。

14 Rev 2

71M6541D/F/G和 1M6542F/G 数据资料

助记符

位置

十六进制

71M6542F/G

(十六进制)

Eq. 0 or 1

Eq. 2

FIR_LEN[1:0]

210C[2:1] 1 1

ADC_DIV

2200[5] 1 1

PLL_FAST

2200[4] 1 1

MUX_DIV[3:0]

2100[7:4] 3 3

MUX0_SEL[3:0]

2105[3:0] 0 0

MUX1_SEL[3:0]

2105[7:4] A A

MUX2_SEL[3:0]

2104[3:0] 2 2

MUX3_SEL[3:0]

2104[7:4] 1 1

RMT_E

2709[3] 0 0

DIFFA_E

210C[4] 1 1

DIFFB_E

210C[5] 1 1

EQU[2:0]

0或1

CE41A01

CE41A04

注：

对于使用两个锰铜分流传感器的 71M654x (图 3)，通过置位 DIFFA_E 控制位，将 IAP-IAN 引脚配置成差分模式，连接至本地分流器。同时，通过置位 RMT_E 控制位(I/O RAM 0x2709[3])，将 IBP-IBN 引脚重新配置为数字平衡对，用于 Teridian 71M6x01 隔离传感器接口的通信。71M6x01 通过低成本脉冲变压器，利用双向数据流与 71M654x 进行数据交换。71M654x 还通过隔离变压器为 71M6x01 供电。本章末尾对这一类型的接口进行了更深入的说明(参见第 2.2.8 节 71M6x01隔离传感器接口(远端传感器接口))。

如图 2 所示，为了使用电流变压器(CT)，将 RMT_E 控制位复位，从而使 IBP-IBN 引脚配置成本地模拟输入。 IAP-IAN 引脚不能配置成远端传感器接口。

2.2.2 输入复用器

使用本地传感器工作时，输入复用器将来自模拟输入引脚的输入信号依次施加到 ADC 的输入(见图 2 和图

4)。一个完整的采样过程称为一个复用帧。71M6541D/F/G 复用器的每个复用帧可选择最多三路输入信号

(IAP-IAN、VA 和 IBP-IBN)，由 I/O RAM 控制字段 MUX_DIV[3:0] (I/O RAM 0x2100[7:4])控制(见图 6)。 71M6542F/G 复用器增加了 VB 信号，共支持四路输入(见图 7)。复用器总是从状态 1 开始，然后继续，直到转换完成 MUX_DIV[3:0]决定的所有状态。

71M6541D/F/G 和 71M6542F/G 均需要针对特定应用编写的 CE 代码。此外，每个 CE 代码都需要特定的 AFE 和 MUX 设置才能正常工作。表 1 列出了与图 2和图 4 中本地传感器配置相对应的 CE代码和设置。表

2 列出了与图 3 和图 5 中使用本地/71M6x01/远端传感器配置相对应的 CE 代码和设置。

表 1. 本地传感器所要求的 CE 代码和设置

I/O RAM

71M6541D/F/G

(

)

2106[7:5]

CE 代码

公式

电流传感器类型

对应电路图

TERIDIAN 定期更新 CE 代码。关于最新的 CE 代码和相关设置，请联系当地的 TERIDIAN 代表处。本表给出的配置由 MPU 示例代码在初始化期间设置。

-0 或 1 0 或 1

1 个分流器和 1 个

CT 或 2个 CT

图 2 图 4 图 4

1 个分流器和 1

个 CT 或 2 个

1 个分流器和 1

个 CT 或 2 个

Rev 2 15

71M6541D/F/G和 71M6542F/G 数据资料

I/O RAM

助记符

I/O RAM

位置

71M6541D/F/G

(十六进制)

71M6542F/G

(十六进制)

FIR_LEN[1:0]

210C[2:1] 1 1

ADC_DIV

2200[5] 1 1

PLL_FAST

2200[4] 1 1

MUX_DIV[3:0]

2100[7:4] 3 3

MUX0_SEL[3:0]

2105[3:0] 0 0

MUX1_SEL[3:0]

2105[7:4] A A

MUX2_SEL[3:0]1

2104[3:0] 1 9

MUX3_SEL[3:0]1

2104[7:4] 1 1

RMT_E

2709[3] 1 1

DIFFA_E

210C[4] 1 1

DIFFB_E

210C[5] 0 0

EQU[2:0]

2106[7:5]

CE41B0162012 CE41B0166013

0、1和2

注：

表 2. CE 代码和设置(71M6x01 隔离传感器)

0 或 1 0、1 或 2

CE 代码

公式

电流传感器类型

对应电路图

1. 尽管没有使用，须将其置为 1 (C E 将忽略采样数据)

2. 带 71M6201 远端传感器(200A)的 71M654x

3. 带 71M6601 远端传感器(60A)的 71M654x Teridian 定期更新 CE 代码。关于最新的 CE 代码和相关设置，请联系当地的 TERIDIAN 代表处。本表中给出的配置由 MPU 示例代码在初始化期间设置。

-- 0, 1

1 个本地分流器和

一个远端分离器

图 3 图 5

1 个本地分流器和

一个远端分离器

如果使用表 1 和表 2列出的 I/O RAM 助记符设置与对应的 CE 代码不匹配，则会产生负面影响， MPU 不会选中。请联系当地的 TERIDIAN 代表处获取与之对应的正确 CE 代码和 AFE/MUX 设置。

对于基本的单相电表，IAP-IAN 电流输入配置为差分模式，而 VA 引脚为单端输入，通常通过电阻分压器连接到相电压。IBP-IBN 差分输入可选择用于检测零线电流。这种配置意味着复用器将三路输入之和加至 ADC，复用器时序如图 6 所示。这种配置下，采样 IAP-IAN、IBP-IBN 和 VA，额外的转换时隙(即时隙 2) 为可选的零线电流，如果不需要，则可省略测量零线电流的电流传感器。

对于标准防窃电应用，零线电流回路需要安装电流传感器，两路电流输入可配置为差分模式，使用 IAP-

IAN 和 IBP-IBN 输入对。这意味着复用器将三路输入加至 ADC。在这类应用中，系统设计通过 IAP-IAN 和 IBP-IBN 使用两个本地电流传感器，如图 2 所示，配置为差分输入。或者，IAP-IAN 对配置为差分输入并连

接至本地电流分流器，配置 IBP-IBN 连接隔离的 71M6x01 远端传感器(即 RMT_E = 1)，如图 3 所示。VA 引脚通常通过电阻分压器连接至相电压。对于这种配置，复用帧如图 6 所示，时隙 2 不使用，并被 CE 忽略，因为对应于远端传感器(IBP-IBN)的采样不通过复用器，将直接储存在 CE RAM 中。在复用帧的后半部分对远端电流传感器采样，并且知道它与 VA 电压的准确采样间隔，以进行正确的延迟补偿。

71M6542F 支持第二相电压(加至 VB 引脚)的计量，非常适合具有两个电压和两个电流传感器的应用，例如，按照式 2 进行计量的 2 相电表(P = VA*IA+VB*IB)。图 7 所示为利用本地连接传感器处理四路输入(图 3)的复用器时序。使用一个本地和一个远端传感器(图 5)时，复用器时序与图 7相同。

16 Rev 2

71M6541D/F/G和 1M6542F/G 数据资料

CK32

MUX STATE

00 1 2

MUX_DIV[3:0] = 3 Conversions

Settle

Multiplexer Frame

CROSS

MUX_SYNC

11/5/2010

Fig. 2: IA VA IB Fig. 3: IA VA Not Used Fig. 5: IA VA VB

CK32

MUX STATE

0 1 2 3

MUX_DIV = 4 Conversions

Settle

Multiplexer Frame

CROSS

MUX_SYNC

11/5/2010

Fig. 4: IA VA IB VB

引脚

通道

所需设置

注释

ADC2 (CE

CE RAM

对于图 6 和图 7 所示复用器时序，帧持续时间为 13 个 CK32 周期(其中 CK32 = 32768Hz)，因此，采样率为 32768Hz / 13 = 2520.6Hz。

表 3 汇总了各种 AFE 输入配置。

图 6. 复用帧状态(MUX_DIV[3:0] = 3)

图 7. 复用帧状态(MUX_DIV[3:0] = 4)

ADC

IAP ADC0 IAN ADC1

IBP ADC2

IBN ADC3

DIFFA_E = 1

DIFFB_E = 1

RMT_E = 1

必须通过 DIFFA_E = 1 (I/O RA M 0x210 C[4])选择差分模式， ADC 结果储存在 CE RAM单元 ADC0 (CE RAM 0x0)，不会影

响 ADC1 (CE RAM 0x1)。对于本地连接的传感器(图 2 和图 4)，必须通过置位

DIFFB_E (I/O RAM 0x210C[5]启用差分输入。对于远端连接的分流器传感器(图 3 和图 5)，必须置位

RMT_E (I/O RAM 0x2709[3])。

无论何种情况，ADC 结果均储存在 CE RAM 单元

RAM 0x2)，不会影响 ADC3 (CE RAM 0x3)。

VA ADC10 --

VB ADC9 --

Rev 2 17

仅限单端模式。ADC 结果储存在 RAM 单元 ADC10 (

0xA)。

仅限单端模式(71M6542F)。ADC 结果储存在 RAM 单元

ADC9 (CE RAM 0x9)。

表 3. ADC 输入配置

71M6541D/F/G和 71M6542F/G 数据资料

复用器切换、FIR 启动以及选择 ADC 基准电压(使用内部 CROSS 信号，参见第 2.2.7 节电压基准)由内部 MUX_CTRL 电路控制。此外，MUX_CTRL 控制每次 CE 代码的执行。从概念上讲，MUX_CTRL 由 PLL 模块的 32768 Hz 时钟 CK32驱动。下面是 MUX_CTRL 电路管理寄存器：

• CHOP_E[1:0] (I/O RAM 0x2106[3:2])

• MUX_DIV[3:0] (I/O RAM 0x2100[7:4])

• FIR_LEN[1:0] (I/O RAM 0x210C[2:1])

• ADC_DIV (I/O RAM 0x2200[5])

每个复用器状态的持续时间取决于 FIR 处理的 ADC采样通道数量，由 FIR_LEN[1:0] (I/O RAM 0x210C[2:1] 控制字段决定。每个复用器状态从 32kHz 时钟 CK32 的上升沿开始。

建议在更改 ADC 配置时将 MUX_DIV[3:0] (I/O RAM 0x2200[2:0])设置为 0，虽然不是必须要求，这样做有助于将 ADC 输入之间瞬间短路引起的系统瞬变降至最小，特别是在更改 DIFFn_E 控制位(I/O RAM 0x210C[5:4])的情况下。设置该配置位后，MUX_DIV[3:0]应设置在所需要的数值。

此外，可将 ADC 配置为工作在½速率(32768*75 = 2.46MHz)。该模式下，ADC 放大器的偏置电流减小，总体系统功耗降低。ADC_DIV (I/O RAM 0x2200[5])位选择全速或半速运行。半速运行时，如果 FIR_LEN[1:0]设为 01 (288)，每次转换需要 4 个 XTAL 周期，MUX_DIV[3:0] = 3 时采样速率为 2520Hz。注意，为了工作在低功耗模式，需要采用相应的 CE 代码。

CK32 周期中每个时隙的持续时间取决于 FIR_LEN[1:0]

Time_Slot_Duration (PLL_FAST = 1) = (FIR_LEN[1:0]+1) * (ADC_DIV+1) Time_Slot_Duration (PLL_FAST = 0) = 3*(FIR_LEN[1:0]+1) * (ADC_DIV+1)

CK32 周期中复用帧的持续时间为：

MUX_Frame_Duration = 3-2*PLL_FAST + Time_Slot_Duration * MUX_DIV[3:0]

CK_FIR 周期中复用帧的持续时间为： MUX frame duration (CK_FIR cycles) =

[3-2*PLL_FAST + Time_Slot_Duration * MUX_DIV] * (48+PLL_FAST*102)

可通过 MUXx_SEL 控制字段(I/O RAM 0x210 0 至 0x2105)编程 ADC转换时序。如上所述，71M6541D/F/G 中有三个 ADC 时隙，71M6542F/G 中有四个 ADC 时隙，由 MUX_DIV[3:0] (I/O RAM 0x2100[7:4])设置。表达式 MUXx_SEL[3:0] = n 中，“x”指复用帧时隙数量，n 指相应的 ADC 输入编号或 ADC 序号(即 ADC0 至 ADC10，或简单的 0 至 10 十进制数)。由此，在 71M654x 器件共有 11 个有效的 ADC 序号。例如，如果 MUX0_SEL[3:0] = 0，那么 ADC0，对应于来自于 IAP-IAN 输入(配置为差分输入)的采样，定位在复用帧的时隙 0。关于相应的 MUXx_SEL[3:0]设置及适用于特定 CE 代码的其它设置，请参见表 1 和表 2

注意，启用远程传感器接口时，即使对应于远端传感器电流(IBP-IBN)的采样不通过复用器，也必须采用未使用的有效 ADC 序号写 MUX2_SEL[3:0]和 MUX3_SEL[3:0]控制字。通常情况下，采用 ADC1 (见表 2)。按照这种方式，71M6541D/F/G 或 71M6542F/G 中未使用的 ADC1 序号被作为复用帧中的占位符，以生成正确的复用帧时序和正确的采样率。储存在 CE RAM 0x1 中的结果数据未定义，CE 代码忽略。同时，数字隔离接口负责自动将远端接口电流(IBP-IBN)的采样储存在 CE RAM 0x2。

、

ADC_DIV和 PLL_FAST。

。

18 Rev 2

71M6541D/F/G和 1M6542F/G 数据资料

名称

位置

说明

delay

360360 ⋅⋅=⋅=

CE 代码中的延迟补偿和其它功能要求 MUX_DIV[3:0]、MUXx_SEL[3:0]、RMT_E、FIR_LEN[1:0] ADC_DIV 和 PLL_FAST 的设置对于给定的 CE 代码是固定的。关于 71M6541D/F/G 和

71M6542F/G的合理设置，请参见表 1 和表 2。

表 4 汇总了用于配置复用器、信号引脚和 ADC 的 I/O RAM 寄存器。所有列出的寄存器在复位及从电池模

式唤醒后清零，可进行读、写操作。

表 4. 复用器和 ADC 配置位

MUX0_SEL[3:0] MUX1_SEL[3:0] MUX2_SEL[3:0] MUX3_SEL[3:0] MUX4_SEL[3:0] MUX5_SEL[3:0] MUX6_SEL[3:0] MUX7_SEL[3:0] MUX8_SEL[3:0] MUX9_SEL[3:0]

MUX10_SEL[3:0]

ADC_DIV

MUX_DIV[3:0]

PLL_FAST

FIR_LEN[1:0]

DIFFA_E DIFFB_E

RMT_E

PRE_E

关于这些 I/O RAM 位置的详细信息，请参见从第 111 页开始的表 76。

2105[3:0] 2105[7:4] 2104[3:0] 2104[7:4] 2103[3:0] 2103[7:4] 2102[3:0] 2102[7:0] 2101[3:0] 2101[7:0] 2100[3:0]

2100[7:4]

2200[5]

2200[4] 210C[1] 210C[4] 210C[5]

2709[3] 2704[5]

选择在时隙 0 期间转换 ADC输入。选择在时隙 1 期间转换 ADC输入。选择在时隙 2 期间转换 ADC输入。选择在时隙 3 期间转换 ADC输入。选择在时隙 4 期间转换 ADC输入。选择在时隙 5 期间转换 ADC输入。选择在时隙 6 期间转换 ADC输入。选择在时隙 7 期间转换 ADC输入。选择在时隙 8 期间转换 ADC输入。选择在时隙 9 期间转换 ADC输入。选择在时隙 10 期间转换 ADC 输入。

控制 ADC 和 FIR 时钟速率。每个复用帧中 ADC 时隙的数量(最大 = 11)。控制 PLL 和 MCK 速率。决定 ADC 抽样 FIR 滤波器中的 ADC 周期数。使能模拟输入引脚 IAP-IAN 的差分配置。使能模拟输入引脚 IBP-IBN 的差分配置。使能远程传感器接口，将引脚 IBP-IBN 转换为数字平衡差分对，与

71M6x01传感器通信。使能 8x 前置放大器。

2.2.3 延迟补偿

、

测量单相能量(即 Wh 和 VARh)时，必须对该相电压和电流同步采样。否则，会产生相位差 Ф，进而引入误差。

式中，f 为输入信号的频率，T = 1/f，t 传统上，采样是通过控制每相的两个 A/D 转换器(一个用于电压，另一个用于电流)同时采样实现的。而

Teridian 的单转换器技术利用其 CE 的 32 位信号处理能力，实现了“固定延迟”全通滤波器。全通滤波器修正采用单路复用 A/D 转换器引起的电压和对应电流采样之间的转换时间差。

“固定延迟”全通滤波器提供 360° - θ 宽频带延迟，它与给定相的电压和电流之间的采样时间差精确匹配。该数字滤波器不影响信号幅值，但提供精确受控的相位响应。

Rev 2 19

y 为电流和电压之间的采样延迟。

dela

71M6541D/F/G和 71M6542F/G 数据资料

推荐 ADC 复用序列首先采样电流，随后采样对应相的电压，由此，电压比电流延迟一个相位角 Ф。CE 内执行的延迟补偿首先将电流采样延迟一个完整的采样间隔(即 360°)，然后使电压采样通过全通滤波器，由此将电压采样延迟 360 样本对齐。剩余相位误差可忽略不计，100Hz时，误差通常小于±1.5 毫度，所以不会引起能量测量误差。

使用远程传感器时，CE 执行与上述相同的延迟补偿，将每个电压采样与对应的电流采样对齐。即使远程电流采样不通过 71M654x 复用器，如果按照表 1 和表 2 对 MUXn_SEL[3:0]时隙分配字段编程，它与对应电压的定时关系也是固定且精确可知的。

- θ，造成电流与对应电压之间的相位误差为 θ – Ф，从而将电压样本与对应的电流

2.2.4 ADC前置放大器

ADC 前置放大器为低噪声差分放大器，固定增益 8 仅可用于 IAP-IAN 传感器输入引脚。通过置位 PRE_E = 1 (I/O RAM 0x2704[5])使能 8 倍增益。禁用时，前置放大器的电源电流< 10nA，增益为单位增益。正确设置

PRE_E 和 DIFF A_E (I/O RAM 0x210C [4])位，无论是否选择差分模式，均可使用前置放大器。为获得最佳性能，建议使用差分模式。为节约功率，根据 ADC_DIV 控制位(I/O RAM 0x2200[5])调节前置放大器和 ADC 的偏置电流。

2.2.5 A/D转换器(ADC)

利用 2 阶 Σ-Δ A/D 转换器量化输入电压和电流。ADC 分辨率(包括符号位)为 21 位(FIR_LEN[1:0] = 1，I/O RAM 0x210C[2:1])或 22 位(FIR_LEN[1:0] = 2)。ADC 时钟由 CKADC 驱动。

如上所述, 由 MUX_CTRL 内部电路控制每次 ADC 转换的启动。ADC 转换结束时，FIR 滤波器输出数据储存至 CE RAM，地址由复用器选项决定。该数据以 LSB 对齐并左移 9 位存储。

2.2.6 FIR滤波器

有限冲击响应滤波器是 ADC 的一部分，针对复用器进行优化，使 ADC 输出达到所要求的分辨率。每次 ADC 转换结束时，输出数据储存至固定的 CE RAM 地址，由表 1 和表 2 所示复用器选项决定地址。

2.2.7 电压基准

带隙基准为 ADC 提供基准电压，基准幅值为斩波稳定，可由 MPU 利用 I/O RAM 控制字段 CHOP_E[1:0] (I/O RAM 0x2106[3:2])使能或禁用斩波电路。CHOP_E[1:0]字段中的两位使能 MPU，将斩波电路置于标准模式或反相模式，或者自动切换模式(推荐)。斩波电路在复用周期之间切换时，VREF 的直流失调被自动调整为零，因此，斩波电路必须配置为其中一种自动切换模式。

电压基准(VREF)的后级放大器通常存在长期失调电压，通过斩波电路可以自动消除失调电压的影响，提供稳定的 VREF。71M654x 和 71M6x01 均具有斩波电路，用于各自的 VREF 电压基准。

斩波放大器的典型拓扑如图 8 所示。CROSS 信号为内部信号，不能通过引脚或寄存器进行直接操作。

20 Rev 2

71M6541D/F/G和 1M6542F/G 数据资料

inp

outp

outn

inn

CROSS

A B

图 8. 斩波放大器通用拓扑

假设在放大器正极输入上有一个偏移电压 Voff。由 CROSS (内部信号)控制所有开关处于 A 位置时，输出电压为：

Voutp – Voutn = G (Vinp + Voff – Vinn) = G (Vinp – V i nn) + G Voff

通过施加反相 CROSS 信号将所有开关处于 B 位置时，输出电压为：

Voutn – Voutp = G (Vinn – Vinp + Voff) = G (Vinn – Vinp) + G Voff，或者 Voutp – Voutn = G (Vinp – Vinn) - G Voff

因此，CROSS 切换时，例如每个复用周期之后，输出偏移表现为正、负交替，从而消除漂移，不受极性或幅值影响。

CROSS 为高电平时，放大器输入连接反转。维持放大器增益的总体极性，将输入失调反相。通过交替反转连接，对放大器失调取平均，结果为零。这样就消除了电压基准中常见的长期失调。CHOP_E[1:0] (I/O RAM 0x2106[3:2])控制字段使能 CROSS 功能。CROSS 信号反转电压基准中的放大器连接，以抵消失调的影响。在复用序列的最后一个转换状态之后的第一个 CK32 上升沿，复用器在开始新帧之前额外等待一个 CK32 周期。该周期开始时，根据 CHOP_E[1:0]字段更新 CROSS 数值。额外的 CK32 周期使斩波 VREF 有时间达到稳定。在此期间，MUXSYNC 保持为高电平。MUXSYNC 的前沿启动一次 CE 程序的运行，开始时读取四个 RTM 字。

CHOP_E[1:0]有四个状态：正极、反相，以及两种自动切换状态。正极状态下，CHOP_E[1:0] = 01， CROSS 保持为低电平；反相状态下，CHOP_E[1:0] = 10，CROSS保持为高电平。

图 9. CROSS 信号，CHOP_E = 00

图 9 所示为 CHOP_E[1:0] = 00 时两个累积间隔的 CROSS 信号。第一个间隔末尾，CROSS 为高电平；第

二个间隔末尾，CROSS 为低电平。CHOP_E[1:0] = 00 时,不需要 MPU 控制斩波器。在第二个自动切换状态，CHOP_E[1:0] = 11，CROSS 在累积间隔的最后一个复用周期结束时不切换。低功耗电压基准用于 LCD 驱动电路和控制进入、退出电池供电模式的比较器。

Rev 2 21

71M6541D/F/G和 71M6542F/G 数据资料

命令

相选择器

2.2.8 71M6x01隔离传感器接口(远端传感器接口)

2.2.8.1 概述

非隔离传感器，例如电阻分流器，可通过 71M6x01 和脉冲变压 (图 36 所示为该传感器接口的顶层方框图) 的组合连接至 71M654x。 71M6x01 通过脉冲变压器直接从 71M654x 取电，无需专用的供电电路。

71M6x01建立与 71M654x 的双向通信，通过串行数据流提供电流采样和辅助信息(例如：传感器温度)。 71M6541D/F/G 和 71M6542F/G 均支持 71M6x01 隔离传感器。使能该功能时，两个模拟电流输入引脚

IBP 和 IBN成为连接至远程传感器的数字平衡差分接口，详细信息请参考表 3。每个 71M6x01 远端传感器由以下模块组成：

• 电源，用于从 71M654x 接收的电源脉冲

• 数字通信接口

• 分流信号前置放大器

• Σ-Δ ADC 转换器，带有高精度带隙基准(斩波放大器)

• 温度传感器

• 熔丝器件，包含部件相关信息

在常规的复用周期内，71M654x 利用 MUX_DIV[3:0] (I/O RAM 0x2100[7:4])决定使能哪个通道。同时，对远端传感器的调制器输出进行采样。每个转换结果在 CE 操作时隙写入 CE RAM。关于采样信号的 CE RAM 地址，请参见表 3。

2.2.8.2 71M654x和 71M6x01 隔离传感器之间的通信 71M6x01的 ADC 定时时钟来自 71M654x 产生的脉冲信号。电源脉冲的产生，以及 71M654x 和 71M6x01

远端传感器之间的通信协议通过硬件自动完成，用户无需进行任何操作，本数据资料不作详细介绍。

2.2.8.3 71M6x01 隔离传感器的控制 71M654x可读、写每个 71M6x01远端传感器的特定字节信息。

读取数据由 RCMD[4:0]和 TMUXRn[2:0]组合选择。为执行对 71M6x01 器件的读操作，MPU 首先写 TMUXRn[2:0]字段(其中 n = 2、4、6，分别位于 I/O RAM 0x270A[2:0]

、

0x270A[6:4]和 0x2709[2:0])。接着，

MPU 根据所要求的命令和相选择写入 RCMD[4:0] (SFR 0xFC[4:0])。RCMD[4:2]位清零时，操作完成，请

求发送的数据位于 RMT_RD[15:0] (I/O RAM 0x2602[7:0]为 MSB，0x2603[7:0]为 LSB)。操作期间还更新读取奇偶校验位 PERR_RD (SFR 0xFC[6])。如果 MPU 在完成上次读操作之前写入 RCMD[4:0]，则忽略命令。因此，MPU 在继续发出下一条读命令之前必须判断 RCMD[4:2]是否清零。

RCMD[4:0]字段分为两个子域：COMMAND=RCMD[4:2]和 PHASE=RCMD[1:0]，如表 5 所示。

表 5. RCMD[4:0]位

RCMD[4:2]

无效

RCMD[1:0]

无效

TMUXRn

命令 1

保留无效

110

保留

1. 只有两个 RCMD[4:2] (SFR 0xFC[4:2]) 码与常规工作有关，为 RCMD[4:2] = 001 和 010。000 和 101 吗无效，如果使用，将被忽略。

其余编码为保留，不得使用。对于 RCMD[1:0]控制子域，编码01、10和11有效，00无效，不得使

22 Rev 2

71M6541D/F/G和 1M6542F/G 数据资料

读操作

TRIMT[7:0] VSENSE[7:0]

VERSION[7:0]

注：

名称

地址

默认值

读/写

说明

向由

RMT_RD[15:8]

2602[7:0] 2603[7:0]

用。

表 6 所示为所允许的 RCMD[4:2]和 TMUXRn[2:0]数值组合、71M6x01远端传感器返回的对应数据类型和格

式，并显示了数据如何储存至 RMT_RD[15:8]和 RMT_RD[7:0]。MPU 通过设置 RCMD[1:0]字段中的有效编码，选择读取三相电中的一相，如表 5 所示。

表 6. 远程接口读命令

RCMD[4:2] TMUXRn[2:0]

001 00X

010 00X

010 01X

010 10X

1. TRIMT[7:0]是用于全部 71M6x01 器件的 TRIMT 熔丝值。注意，TRIMT[7:0] 8 位数值由 RMT_RD[8]和 RMT_RD[7:1]组成。关于 TRIMT[7:0]的更多信息，请参见 71M6xxx 的数据资料。

2. 关于利用 71M6x01 读取的 STEMP[7:0]数值计算温度的公式，请参见 71M6xxx 的数据资料。

3. 关于利用 71M6x01 读取的 VSENSE[7:0]数值计算电压的公式，请参见 71M6xxx 的数据资料。

( 熔丝寄存器，适用于全部 71M6x01)

STEMP[10:0]

(检测的 71M6x01温度)

(检测的 71M6x01供电电压)

(芯片版本)

RMT_RD [15:8] RMT_RD [7:0]

TRIMT[7]=RMT_RD[8] TRIMT[6:0]=RMT_RD[7:1]

STEMP[10:8]=RMT_RD[10:8]

(RMT_RD[15:11]高位带符号部分)

全零

VERSION[7:0]

STEMP[7:0]

VSENSE[7:0]

全零

71M6541D/F/G 获取每个隔离传感器 71M6x01 的硬件和相关信息，MPU 根据 71M6x01 隔离传感器的温度特性实现电能测量的温度补偿。详情参见第 97 页第 4.7 节的计量温度补偿。

表 7 列出了用于控制外部 71M6x01隔离传感器的全部 I/O RAM 寄存器，详情参见 71M6xxx 数据资料。

表 7. 用于远端传感器的 I/O RAM 控制位

RST

WAKE

MPU 向 RCMD 写非零值时，71M654x

RCMD[4:0]

SFR

FC[4:0]

0 0 R/W

RCMD[1:0]选中的相应远端传感器发出一条命令。完成命令后，71M654x 清除 RCMD[4:2]。命令码本身位于 RCMD[4:2]。

PERR_RD

PERR_WR

SFR FC[6] SFR FC[5]

0 0 R/W

71M654x 将这些位置位，表示在远端传感器上检

测到奇偶校验错误。这些位一旦置位，则被记忆，

直到由 MPU 清除。

用于远端传感器的 CHOP。 00 – 自动斩波，每个复用帧变化。

CHOPR[1:0]

2709[7:6] 00 00 R/W

01 – 正 10 – 负 11 – 同 00

TMUXRB[2:0]

270A[2:0] 000 000 R/W TMUX 位，用于控制远端传感器。

RMT_RD[7:0]

0 0 R

用于 71M6x01 读操作的读缓冲器。控制 71M654x 驱动 71M6x01 电源脉冲的方式。置

RFLY_DIS

210C[3]

0 0 R/W

1，脉冲驱动为高或低电平；清 0，驱动至高电平，后接一个开路反激间隔。

RMTB_E

2709[3] 0 0 R/W

使能隔离远程传感器，重新将引脚 IBP-IBN 配置为平衡线对的数字远程接口。

关于这些 I/O RAM 地址的详细信息，请参见从第 111 页开始的表 76。

Rev 2 23

71M6541D/F/G和 71M6542F/G 数据资料

2.3 数字计算引擎(CE)

CE 是一个专用的 32 位数字信号处理器，用来执行电量计量所需的精确运算。CE 运算和处理包括：

• 每个电流采样值与其对应电压采样值相乘，以获得每次采样的电能(与固定的采样时间相乘)。

• 对四个通道的非同步采样所产生的延迟进行算法补偿(不受频率影响)。

• 90°相移(用于无功计算)。

• 脉冲发生器。

• 输入信号频率监测(用于频率和相位信息)。

• 输入信号幅值监测(用于电压跌落检测)。

• 根据校准参数对采样进行缩放处理。

• 根据温度补偿信息对采样进行缩放处理。

2.3.1 CE程序存储器

CE 程序存储在程序存储器(FLASH)。CE 和 MPU 对 FLASH 的公共访问由存储器公用电路控制。每个 CE 指令为 2 字节长度。为 CE 程序分配的闪存空间不得超过 4096 个 16 位字(8KB)。CE 程序在复用器状态 0 开始启动。执行到 HALT 指令时，程序结束。为确保 CE 的正确运行，程序必须在复用周期结束之前执行完毕。

CE 程序必须在 FLASH 地址以 1KB 为边界处开始。I/O RAM 控制字段 CE_LCTN[5:0] (I/O RAM 0x2109[5:0])定义哪个 1KB 边界为 CE 代码的起始地址。所以，第一条 CE 指令位于 1024*CE_LCTN[5:0]。

2.3.2 CE数据存储器

CE 和 MPU 共用数据存储器(XRAM)。CE 和 MPU 对 XRAM 的公共访问由存储器公用电路控制。CE 最多可访问 3KB 数据 RAM (XRAM)中的全部 3KB，即从 RAM 地址 0x0000至 0x0C00。

XRAM 可由 FIR 滤波器模块、RTM 电路、CE 和 MPU 访问。分别为 FIR 和 MPU 保留分配的时隙，以防止 CE 访问 XRAM 数据时发生总线冲突。

MPU 读、写 CE 和 MPU 之间共用的 XRAM 是两个处理器之间数据通信的主要途径。

表 3 列出了 XRAM 分配给 AFE 模拟输入的 CE 地址。

CE 通过支持硬件实现计量运算、脉冲计数和累加。通过 I/O RAM 控制字段 EQU[2:0]、计量公式选择字段

(I/O RAM 0x2106[7:5])、DIO_PV 位(I/O RAM 0x2457[6])、DIO_PW 位 (I/O RAM 0x24 57[7]) 、脉冲辅助位和 SUM_SAMPS[12:0]累积周期辅助位(I/O RAM 0x2107[4:0]和 0x2108[7:0])控制硬件。

SUM_SAMPS[12:0]是一种能量累积方案，在一个累积周期内累加 SUM_SAMPS[12:0] 能量输出的积分时间，比如 SUM_SAMPS[12:0]/2520.6 (MUX_DIV[3:0] = 011，I/O RAM 0x2100[7:4]和 FIR_LEN[1:0] = 10，I/O RAM 0x210C[2:1])。完成累积时，CE 触发硬件 XFER_BUSY 中断。

个

复用帧的能量。每个

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说明

有功和无功计量公式

推荐的复用器序列

单元0 单元

单元

2.3.3 CE与MPU通信

CE 向 MPU 输出 6 种中断信号：CE_BUSY、XFER_BUSY、XPULSE、YPULSE、WPULSE 和 VPULSE。这些信号在芯片内部已连接至 MPU 中断服务。CE_BUSY 表示 CE 正在处理数据，该信号每个复用帧出现一次。XFER_BUSY 表示 CE 正在更新 CE RAM 的输出区域，累积循环结束时产生中断。CE 执行 HALT 指令后，CE_BUSY 和 XFER_BUSY自动清零。

XPULSE、YPULSE、VPULSE 和 WPULSE 也可配置成中断，监测电网电压跌落故障、过零和脉冲事件中断。此外，这些信号也可直接输出至 DIO 引脚，CE 提供直接输出。这些信号对应的中断为上升沿触发(参见图 16 中的“外部”中断源 No. 2)。

2.3.4 电表公式

71M6541D/F/G 和 71M6542F/G 为 CE 提供辅助硬件，以支持不同的计量公式。辅助电路通过 I/O RAM 寄存器 EQU[2:0] (公式辅助)控制。利用 CE 固件配置执行表 8 所列公式，完全满足工业计量需求。同时 EQU[2:0]也含有计量公式及计量相数信息。

表 8. 复用器输入选择

EQU

0 1

2 †

单元 1，2W，1 电流检测

单元 1，3W，1 单元 2，3W，3

，带零线

∆

VA ∙ IA VA ∙ IB

N/A IA VA IB1

VA(IA-IB)/2 N/A N/A IA VA IB

VA ∙ IA VB ∙ IB N/A IA VA IB VB

注：

1. 可选，IB 可用于测量零线电流

† 仅限 71M6542F/G

2.3.5 实时监测器(RTM)

CE 含有一个实时监测器(RTM)，可设置为在全速采样速率下监测四个可选的 XRAM。四个被监测位置，由 I/O RAM 寄存器 RTM0[9:8]、RTM0[7:0]、RTM1[9:8]、RTM1[7:0]、RTM2[9:8]、RTM2[7:0]、RTM3[9:8]和

RTM3[7:0]选择，以上数据在每次 CE 执行之前串行输出至 TMUXOUT (多功能监测口)引脚。RTM 可由控制位 RTM_E (I/O RAM 0x2106[1])使能和禁用。RTM输出时钟为 CKTEST。每个 RTM 字需要 35 个 CKCE 周期(1 个 CKCE 周期等于 203ns)，含起始位，RTM 输出格式请参见图 10。RTM 未输出时，TMUXOUT 引脚为低电平。

图 11 为 MUX、CE_BUSY 和 RTM 时序关系图。本例中，MUX_DIV[3:0] = 4 (I/O RAM 0x2100[7:4])和

FIR_LEN[1:0] = 10 (I/O RAM 0x210C[1]) , (384)，4 个 ADC 转换帧结果。每个 ADC 转换帧占用整数个 CK32 周期。最后还需要一个 CK32 的存储周期。

图 11 中还显示，RTM 串行数据流在状态“S”起始位置开始输出。整个 RTM需要 140个 CKCE周期，总

是在下一次 CE 码执行开始之前结束。

Rev 2 25

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CK32

MUX STATE 0

MUX_DIV Conversions, MUX_DIV=4 is shown

Settle

ADC MUX Frame

ADC EXECUTION

MUX_SYNC

CE_EXECUTION

RTM

140

MAX CK COUNT

0 450

150

900 1350 1800

ADC0 ADC1 ADC2 ADC3

CK COUNT = CE_CYCLES + 1CK for e ach ADC transfer

NOTES:

1. ALL DIMENSIONS ARE 5 MHZ CK COUNTS.

2. THE PRECISE FREQUENCY OF CK IS 150*CRYSTAL FREQUENCY = 4.9152MHz.

3. XFER_BUSY OCCURS ONCE EVERY SUM_SAMPS CODE PASSES.

CE_BUSY

XFER_BUSY

INITIATED BY A CE OPCODE AT END OF SUM INTERVAL

ADC TIMING

CE TIMING

RTM TIMING

1 2 3

CKTEST

RTM

FLAG

RTM DATA0 (32 bits)

LSB

SIGN

LSB

SIGN

RTM DATA1 (32 bits)

LSB

SIGN

RTM DATA2 (32 bits) RTM DATA3 (32 bits)

0 1 30 31 0 1 30 31

0 1

30 31 0 1 30 31

FLAG FLAG FLAG

MUX_STATE S

MUX_SYNC

CK32

图 10. RTM 时序

图 11. ADC MUX、CE 和 RTM 串行传输时序关系

26 Rev 2

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2.3.6 脉冲发生器

71M6541D/F/G 和 71M6542F/G 支持四路脉冲发生器：VPULSE、WPULSE、XPULSE 和 YPULSE，其中 VPULSE 和 WPULSE 有相应的硬件脉冲发生器支持。脉冲发生器可以将 CE 状态、SAG 输出到对应的 IO 口。所有脉冲均可配置为 MPU 中断。

PLS_INV (I/O RAM 0x210C[0])可以控制脉冲的极性。该位置 1 时，脉冲为高电平有效。默认为 0，低电平有效。PLS_INV 会同时改变 4 路脉冲输出极性。

每个特定 CE 代码决定每个脉冲发生器的功能，MPU 必须配置 CE 寄存器实现脉冲输出功能。例如，在标准 CE 代码中 XPULSE 用来产生过零信号，YPULSE 用来产生 SAG 信号。

过零脉冲常用于产生一个中断，使软件能够修正实时时钟，以及针对晶振老化进行调节，前提是电网频率

足够精确和稳定。SAG 脉冲通常用在交流电源跌落时产生预警中断，MPU 即可在 V3P3SYS 电压下降之前将重要信息(比如电量)存入外部 EEPROM。

2.3.6.1 XPULSE和YPULSE CE 产生的脉冲可输出至 XPULSE 和 YPULSE 脉冲输出引脚，SEGDIO6 和 SEGDIO7 引脚分别用于这些

脉冲。一般而言，XPULSE和 YPULSE输出可在每个 CE 代码周期更新一次。详情参见第 125 页第 5.3 节 CE 接口说明。

2.3.6.2 VPULSE和WPULSE 参见图 12，每个 CE 代码周期，硬件将 WPULSE 和 VPULSE 输出符号位保存在一个 8 位 FIFO 中，并以

规定的间隔输出。这样 CE 代码就需要在其执行完之前计算 VPULSE 和 WPULSE 输出，并依靠硬件将其分配至复用帧。如图 12 所示，FIFO 在每个复用帧开始时复位。从图 12 还可以看出 I/O RAM 寄存器 PLS_INTERVAL[7:0] (I/O RAM 0x210B[7:0])控制到第一个脉冲更新之间的延迟，以及随后更新之间的间隔。 PLS_INTERVAL[7:0]寄存器的 LSB 等于 4 个 CK_FIR 周期(如果 PLL_FAST = 1 且 ADC_DIV = 0，CK_FIR 通常为 4.9152MHz，但也可能是其它 CK_FIR 频率；参见表 76 中的 ADC_DIV 定义)。如果 PLS_INTERVAL[7:0] = 0，FIFO禁用，脉冲输出由 CE 更新。

以 CK_FIR 时钟周期为单位的 MUX 帧持续时间由下式决定：如果 PLL_FAST=1：

MUX frame duration in CK_FIR cycles = [1 + (FIR_LEN+1) * (ADC_DIV+1) * (MUX_DIV)] * [150 / (ADC_DIV+1)]

如果 PLL_FAST=0：

MUX frame duration in CK_FIR cycles = [3 + 3*(FIR_LEN+1) * (ADC_DIV+1) * (MUX_DIV)] * [48 / (ADC_DIV+1)]

以 CK_FIR 时钟周期为单位的 PLS_INTERVAL[7:0]计算如下：

PLS_INTERVAL[7:0] = floor (Mux frame duration in CK_FIR cycles / CE pulse updates per Mu x f r ame / 4 )

由于 FIFO 在每个复用帧开始时复位，用户必须指定 PLS_INTERVAL[7:0]，CE 在复用帧结束之前完成脉冲更新。例如，71M654x CE代码在每个复用周期更新 6 次输出，如果复用间隔为 1950 个 CK_FIR 时钟周期长，适用于该间隔的理想值为 1950/6/4 = 81.25。然而，如果 PLS_INTERVAL[7:0] = 82，第 6 次输出太晚，将丢失数据。这种情况下，PLS_INTERVAL[7:0]的合理数值为 81 (即四舍五入结果)。

由于 PLS_INTERVAL[7:0] 间隔 T

为：

的

一个 LSB 等于 4 个 CK_FIR 时钟周期，以 CK_FIR 时钟周期为单位的脉冲时间

= 4*PLS_INTERVAL[7:0]

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CK32

MUX_DIV Conversions (MUX_DIV=4 is shown)

Settle

ADC MUX Frame

MUX_SYNC

150

WPULSE

CE CODE

RST

W_FIFO

4*PLS_INTERVAL

2. If WPULSE is low longer than (2*PLS_MAXWIDTH+1) updates, WPULSE will be raised until the next low-going pulse begins.

3. Only the WPULSE circuit is shown. The VARPULSE circuit behaves identically.

4. All dimensions are in CK_FIR cycles (4.92MHz).

5. If PLS_INTERVAL=0, FIFO does not perform delay.

4*PLS_INTERVAL

1. This example shows how the FIFO distributes 6 pulse generator updates over one MUX frame.

如果使能 FIFO(及 PLS_INTERVAL[7:0] ≠ 0，硬件也提供脉宽调整功能，由寄存器 PLS_MAXWIDTH[7:0] (I/O RAM 0x210A)

LED)。PLS_MAXWIDTH[7:0]决定以 CK_FIR 时钟周期为单位的最大负脉冲宽度 T

实现

。默认配置下，WPULSE 和 VPULSE 为负脉冲(即低电平脉冲，通过灌电流驱动

，取决于脉冲间隔 T

MAX

，

计算公式如下：

= (2 * PLS_MAXWIDTH[7:0] + 1) * TI

MAX

如果 PLS_MAXWIDTH = 255 或 PLS_INTERVAL = 0，则不执行脉宽检查，脉冲默认为 50%占空比。T

MAX

通

常设置为 10 ms，对于大多数校准系统工作良好。脉冲极性可用控制位 PLS_INV (I/O RAM 0x210C[0])反转。置位 PLS_INV 时，脉冲为高电平有效。PLS_INV

默认值为零，低电平有效。 WPULSE 和 VPULSE 脉冲分别输出连接至 SEGDIO0/WPULSE 和 SEGDIO1/VPULSE (引脚 45 和 44)引

脚。脉冲也可以从 OPT_TX 引脚 53 输出(详情参见 OPT_TXE[1:0] 、I/O RAM 0x2456[3:2])。

图 12. 脉冲发生器 FIFO 时序

2.3.7 CE功能概述

71M654x 通过一个 ADC 和复用器对模拟输入进行采样，如图 2 和图 3 所示。VA 和 VB 电压采用由直接连接在 71M654x 的电阻分压器组成，因此，始终使用 71M654x器件的 ADC 和复用器功能。而电流传感器也可以直接连接至 71M654x 或通过远端隔离器连接，71M6x01 远端传感器有其独立的 ADC 和电压基准。电流传感器通过远端传感器连接时，71M654x 将通过隔离接口(通过脉冲变压器)以数字方式接收采样数据。直接将其存入相应的 CE RAM，如图 3 所示。ADC (即 71M654x中的 ADC 和 71M6x01中的 ADC)处理其对应传感器通道，每个复用周期内对每个通道进行一次采样。

图 14 (71M6541D/F/G)和图 15 (71M6542F/G)所示为两个电流传感器(IA 和 IB) 均直接连接至

71M6541D/F/G 时(如图 2 所示)的采样时序。而 IB 通道为 71M6x01 远端传感器时，采样数据不通过 71M6541D/F/G 复用器，如图 3 所示。这种情况下，在复用周期的后半部分进行采样，数据直接储存到相

应的 CE RAM，如图 3 所示。远端电流传感器通道与其对应电压的时序关系被确定，因此 CE 可以精确补偿延迟。

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XFER_BUSY

Interrupt to MPU

20ms

833ms

参见图 15，71M6542F/G 具有一路附加的电压输入(VB)，支持 2 相电表设计。与 VA 相同，VB 通过电阻分压器直接连接至 71M6542F/G，使用 71M6542F/G 内的 ADC 和复用功能。MUX_DIV[3:0] = 4 配置复用器具有一个附加时隙，用来处理 VB 电压采样。和 71M6541D/F/G 一样，IA 采样从直接连接至

71M6542F/G 的电流传感器获得，而 IB 采样从连接的 CT 或通过 71M6x01 隔离器件远程连接(见图 2 和图

3)的分流器获得。

一个累积周期内处理的采样数量由 I/O RAM 寄存器 SUM_SAMPS[12:0] (I/O RAM 0x2107[4:0] 控制。每个能量输出的积分时间为：

SUM_SAMPS / 2520.6，其中 2520.6 为采样率，单位为 Hz

例如，SUM_SAMPS = 2100 时，每个累积周期建立 2100 个采样，持续时间为 833ms。完成累积周期后， XFER_BUSY 中断通知 MPU 有更新的累积数据。

每个复用周期结束时，都可以通过 CE_BUSY 中断通知 MPU 状态寄存器已更新，例如电压跌落数据和数字化的输入信号。

图 13 所示为 SUM_SAMPS = 2100 个累积周期，包括 2100 个样本，每个采样周期 397μs，随后是

XFER_BUSY 中断。本例为 50Hz 信号采样情况，具体的电网频率与 SUM_SAMPS 无关。此外，并非必须从电网电压过零点开始采样，累积周期也无需是信号周期的整数倍。

、

0x2108[7:0])

图 13. 累积间隔

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MUX STATE

CK32

(32768 Hz)

0 1 2

MUX_DIV[3:0] = 3 Conversions

Settle

Multiplexer Frame (13 x 30.518 µs = 396.7 µs -> 2520.6 Hz)

30.5 µs

122.07 µs

122.07 µs 122.07 µs

MUX STATE

CK32

(32768 Hz)

0 31 2

MUX_DIV[3:0] = 4 Conversions

Settle

Multiplexer Frame (13 x 30.518 µs = 396 µs à2520Hz)

30.5 µs

91.5 µs

91.5 µs 91.5 µs

91.5 µs

图 14. 复用周期内采样(MUX_DIV[3:0] = 3)

图 15. 复用周期内采样(MUX_DIV[3:0] = 4)

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