ATT7022B的硬件电路抗干扰设计

陕西中医学院 窦 群

ATT7022B是珠海炬力集成电路设计有限公司生产的一款精度高且功能强的多功能防窃电基波谐波三相电能专用计量芯片。它集成了七路二阶sigma-delta ADC，其中三路用于三相电压采样，三路用于三相电流采样，还有一路可用于零线电流或其他防窃电参数的采样，输出采样数据和有效值。ATT7022B能够测量各相以及合相的有功功率、无功功率、视在功率、有功能量以及无功能量，同时还能测量各相电流、电压有效值、功率因数、相角、频率等参数，充分满足三相复费率多功能电能表的需求，因此该芯片得到了广泛的应用[1]。

图1 芯片管脚定义

图2 典型设计图

图3 电流电压采样设计图

ATT7022B封装为44脚QFP形式，外围硬件电路主要包括电源，电压及电流模拟输入、脉冲输出及SPI通信接口等电路。首先介绍芯片管脚定义及管脚外围电路元器件的选择。图1所示，管脚12、18、34、41为电源引脚，正常工作电源电压应保持在5V±5%；管脚33、39为内核电源3V输出引脚。以上6个管脚在设计时都应外接10μF电容并联0.1μF电容进行去耦。管脚5为基准电压2.4V引脚，可以外接。为保证测量精度，此管脚外接10μF电容并联0.1μF电容时应尽量靠近管脚处，走线粗短，远离其它信号线，且两个电容均不可省去，电容的接地点应与采样信号的地线尽可能短的连在一起。管脚8,15为模拟电路（即ADC和基准源）的接地参考点AGND引脚；管脚23、44为数字地GND引脚。以上4个管脚在PCB布线时应将他们就近接大面积地，不要区分GND和AGND，更不要在GND和AGND之间接电感、电阻和磁珠等元器件[2]。管脚27、28为有功电能脉冲输出及无功电能脉冲输出引脚。以上2个管脚在使用时应串联510Ω电阻，同时并联0.01μF电容进行去耦。管脚35、36、37、38为SPI通信引脚，SPI通讯连线应尽可能短，并且周围用地线包起来，否则，SPI传输信号线可能受到干扰。可以在SPI信号线上串联一个10Ω电阻并在信号输入端加一个去耦电容，这个电阻靠近IC的输入端并与所接去耦电容结合起来可构成一个低通滤波器，从而可以消除接受信号的高频干扰。在保证SPI通讯速率正常的情况下，去耦电容可适当选大，以增强抗干扰能力。需注意的是35、36、37管脚所串电阻和所并电容要尽量靠近芯片，38管脚所串电阻和所并电容要靠近单片机。管脚2为SIG握手信号引脚，此管脚应外接0.01μF的去耦电容，并尽量靠近单片机，增强其抗干扰能力。管脚1为芯片复位引脚，此管脚应外接0.1μF的去耦电容，增强其抗干扰能力[4]。图2为典型设计图。

其次，管脚3、4、6、7、9、10分别为三相电流A/B/C信道正，负模拟输入引脚；管脚13、14、16、17、19、20分别为三相电压A/B/C信道的正、负模拟输入引脚。管脚21、22为第七路ADC的正、负模拟输入引脚。电压通道可采用电阻分压模式及互感器隔离模式进行采样，但在进行设计时注意，最好采用电压互感器方式或者先将电压转换为电流，通过电流互感器，再将电流转换成电压，这两种方式采用了互感器，将芯片与电网进行了隔离，从而可以获得良好的抗干扰性能。这点在实际应用中特别重要，现场环境复杂多变，测量电压经常会发生较大幅值的变化，若采用电阻分压模式采样，芯片与电网没有进行隔离，不但抗干扰能力减弱，还会产生安全隐患，因此一定要采用互感器隔离模式进行设计。电流通道都是通过电流互感器完成采样。管脚所接输入电路中电阻1.2K和电容0.01μF构成了抗混叠滤波器，其结构和参数要讲究对称，并要求采用温度性能较好的元器件，从而保证产品获得良好的温度特性[3]。如图3所示。

最后，在PCB布板时，一定要考虑强弱电的分开，铺地时要区分强弱电，整个地要尽可能保证完整及低阻抗。电源滤波电容要靠近芯片管脚，使信号先接滤波电容再接芯片电源引脚，且走线不要过细。脉冲输出一般走线比较长，因此管脚所串电阻应尽量靠近芯片。晶振信号线附件应布大面积地，不要有其他信号线从中穿过，并且晶体外壳要良好接地，以保证其震荡不易受干扰，从而保证整个系统的稳定。

总结，ATT7022B是一款应用广泛的电能测量芯片，前端采样电路及控制电路都很简单。在实际使用中，只有做好硬件电路的抗干扰设计，再结合单片机软件的使用，才可实现仪表高精度的三相电参数测量功能。

[1]炬力集成.ATT7022B用户手册[S].2005(3).

[2]炬力集成.ATT7022B应用笔记.

[3]狄国伟,王福源.基于ATT7022在线宽量程电能测量仪的设计[J].电子设计应用,2006(7).

[4]韦文祥,朱志杰.基于SPI总线的电能计量芯片ATT7022及其在配电监测终端的应用[J].国外电子元器件,2006(1).