PDF《如何使用 MAXQ3180 的低功耗测量模式与停止模式》

Maxim Integrated Products 2009-10-28

1 如何使用 MAXQ3180 的低功耗测量模式与停止模式 目录1.

MAXQ3180 的多种工作模式.2 2. MAXQ3180 的多种模式之间的相互转换:2 3. 运行模式(RUN)3 4. 停止模式(STOP)3 5. 低功耗测量子模式(LOWPM)3 5.1. 如何进入 LOWPM 子模式.3 5.2. 如何退出 LOWPM 子模式.4 6. SPI 通讯.4 7. 寄存器设置.4 8. 如何实现全失压状态的监测.4 9. 功耗实际测试结果.6 Maxim Integrated Products 2009-10-28

2 1. MAXQ3180 的多种工作模式 MAXQ3180 是一种低功耗的三相电能计量芯片,除了在正常工作模式下功耗低以外, 还能够提供更低功耗的测量模式以及停止模式. MAXQ3180 有2个基本工作模式,分别是运行模式(RUN)与和停止模式(STOP).而运 行模式又可以进一步划分为两个子模式, 分别是正常子模式与低功耗测量子模式(LOWPM). 初始化(Initial)模式是上电或者复位后的默认模式,它会在初始化完成后自动进入运行 模式而不会停留在该模式,所以这个模式用户不会感觉到的. 运行(RUN)模式是 MAXQ3180 的正常工作模式. 停止(STOP)模式使 MAXQ3180 进入节电状态,尽可能降低电流消耗.在停止模式 下,所有功能都被挂起,包括 ADC 以及电源电压测量和处理等. 2. MAXQ3180 的多种模式之间的相互转换: Maxim Integrated Products 2009-10-28

3 3. 运行模式(RUN) 该模式是MAXQ3180的正常工作模式.在这一模式下,MAXQ3180连续执行所有使能 的测量功能. 4. 停止模式(STOP) 该模式使MAXQ3180进入节电状态,尽可能降低电流消耗.在停止模式下,所有功能 都被挂起,包括ADC以及功率电压测量和处理等.在这一工作状态下,MAXQ3180不会响 应来自主处理器的任何命令. MAXQ3180只有在主处理器请求时才进入停止模式.要使其进入停止模式,主处理器 必须读取ENTER STOP (0xC02)寄存器.一旦读取该寄存器, MAXQ3180将在发送最后的 ACK字节之前,立即进入停止模式. 有三种方式使 MAXQ3180 退出停止模式. z 重上电.如果出现上电复位,MAXQ3180 自动退出停止模式.从停止模式退出后, 所有寄存器被清回到默认状态,MAXQ3180 转换到初始化模式. z 外部复位.如果驱动 RESET 为低电平,触发了外部复位,MAXQ3180 退出停止模 式.一旦 RESET 引脚被释放以返回至高电平状态,MAXQ3180 退出复位状态,进 入初始化模式.以这种方式退出停止模式时,所有寄存器被清回默认状态. z 外部中断.将SSEL 引脚驱动为低电平,导致 MAXQ3180 退出直接停止模式而不 需要经过复位周期.当以这种方式退出停止模式时,保持所有寄存器和配置设置, MAXQ3180 自动恢复电气测量功能和采样处理.请注意,当主机和 MAXQ3180 进 行通信时,SSEL 线通常在 SPI 命令开始时被驱动为低电平.这意味着如果主机在 MAXQ3180 进入停止模式后发送一个 SPI 命令, MAXQ3180 会自动退出停止模式, 接收命令. MAXQ3180 退出停止模式之后是回到进入停止模式之前的模式.例如,如果是从低功 耗测量子模式进入停止模式,退出停止模式后就直接进入低功耗模式. 只要供电电压始终大于 Vrst,MAXQ3180 在停止模式下就不会丢失设置. MAXQ3180 在停止模式下会关闭欠压复位检测(Brownout Reset)和低电压检测 (PFW) ,以最大限度地降低功耗,因此,主处理器有责任保证给 MAXQ3180 供电的电池 电压应维持在 Vrst 电压之上. 5. 低功耗测量子模式(LOWPM) 低功耗测量(LOWPM)子模式使 MAXQ3180 能够在低时钟速率下实现有限的功能, 以降低功耗.在这一模式下,MAXQ3180 将自己的系统时钟从高频外部晶振(或者外部时钟 源)切换到内部 RC 振荡器. 所采用的实际系统时钟频率是 RC 振荡器输出频率

8 分频, 得到 的系统时钟频率大约为 1MHz. 在LOWPM 模式下,MAXQ3180 可以提供下面的测量数据: z 电压 RMS z 电流 RMS z 安培小时累积 MAXQ3180 只有在外部主处理器要求的情况下才会进入低功耗测量模式. 5.1. 如何进入 LOWPM 子模式 有两种方式可以使 MAXQ3180 进入 LOWPM 模式.第一种方法是主处理器需要向 Maxim Integrated Products 2009-10-28

4 MAXQ3180 发出 ENTER LOWPM 命令,简而言之就是读取地址 0xc03.第二种方法是直接 将OPMODE1 寄存器的 LOWPM 位置 1. 5.2. 如何退出 LOWPM 子模式 与上面对应,MAXQ3180 可以通过

2 种方法退出 LOWPM 模式.第一种是通过主处 理器向 MAXQ3180 发出 EXIT LOWPM 命令, 简而言之就是读取地址 0xc04. 第二种方法是 直接将 OPMODE1 寄存器的 LOWPM 位清零. 另外,主处理器也可以通过 ENTER STOP 命令直接要求 MAXQ3180 从LOWPM 模式 进入 STOP 模式,这也是比较常见的做法. 6. SPI 通讯 SPI 的通讯是受限于 MAXQ3180 的系统频率的,在RUN 模式下正常全速运行时, MAXQ3180 可以接受 2MHz(缺省 8MHz 晶体时)的SPI 时钟,但是需要在字节之间保留 至少

400 个时钟周期的延时(50us) .而在 LOWPM 子模式下,系统时钟变成了大约 1MHz, 所有的有关时钟方面的操作都降低了大约

8 倍.所以,这时 MAXQ3180 可以达到的 SPI 时 钟频率降低到 250kHz,同时需要在字节之间保留大约 400us 的延时时间. 为保证可靠的通讯,强烈建议在 SPI 通讯中使能 CRC 校验.(OPMODE1 寄存器中的 CRCEN=1) 7. 寄存器设置 一般来说,结果的快速响应和测量数据的稳定性是相互矛盾的,需要设计者根据相应 的需求有所取舍.正常情况下,我们牺牲快速响应,使用长时间的滤波来实现稳定精确的测 量结果.但是,由于在低功耗测量模式下一般来说 MAXQ3180 是用电池供电,需要采用间 歇工作方式,快速采样,然后尽快的返回到停止模式,以节省功耗.所以,我们更关心测量 结果的快速响应,而不是测量值的稳定度.基于此种考虑,很多滤波器参数和配置都需要重 新调整. 另外,在这种模式下,由于时钟大幅度地被降低了,所以很多与时钟相关的参数也都 必须重新计算和设置. 由于 MAXQ3180 总是从 RUN 模式的正常子模式进入到 LOWPM 子模式 需要调整的寄存器如下: CYCNT:这个参数定义了 MAXQ3180 多长时间完成一次 V/I/E 运算,在正常状态下 是0x10,也就是大约 320ms 进行一次,这在需要快速响应的 LOWPM 模式下是不可以接受 的.为了快速得得到相应的测试数据,需要将其减少为 0x4(减少为小于

4 的话可能造成 DSP 没有足够时间运算) ,就可以将数据刷新速度减小到

4 个电网周期(80ms@50Hz) .当然,其负面影响是得到的测量结果没有足够时间的滤波,其跳动值可能会比较大,实际测试 的结果显示其误差可能达到 1%. 8. 如何实现全失压状态的监测 硬件: 1. MAXQ3180 应该有电池备份, 而且有电池与主电源的切换电路以保证在主电源消 失的情况下,依然能够使用备用电池进行工作. Maxim Integrated Products 2009-10-28

5 2. MAXQ3180 应能够输出/IRQ,使得 MCU 产生中断. 软件流程如下: Maxim Integrated Products 2009-10-28

6 9. 功耗实际测试结果 VDD=3.5V时,正常运行模式功耗11.3mA,运行低功耗测量模式3.5~3.6mA,停止模式