ETC JM7755

JM7755 产品说明
1、电路概述
JM7755 是一种高准确度电能计量集成电路，支持 50Hz/60Hz IEC 687/1036 标准的准确度
要求。电路采用 16 位二阶∑-∆ 模数转换器，过采样速率达 900kHz。
JM7755 电路只有 ADC 和基准源两个部分使用模拟电路，所有其它信号处理（如相乘和
滤波）都使用数字电路，这使 MXT7755 在恶劣环境条件下仍能保持极高的准确度和长期稳定性。
引脚 F1 和 F2 以较低频率方式输出有功功率平均值。引脚 CF 以较高频率方式输出有功功率
瞬时值。
电流通道中的可编程增益放大器（PGA）使仪表能使用小阻值的分流电阻，内部还设有对
AVDD 电源监控电路。
内部具有相位校正电路，使电压和电流通道的相位始终是匹配的。内部的空载阈值特性保
证JM7755 在空载时没有潜动。
内部基准电压 2.5V±8%（温度系数典型值 30ppm/℃），并能为外部电路提供基准电压。
2、特点
＋5V 单电源、低功耗
高准确度
可编程增益（PGA）
适应恶劣环境下工作
宽动态范围，在 500：1 的动态范围内误差小于 0.1％。
电路有防空载潜动功能
成熟 CMOS 工艺
3、应用范围
F1、F2 用于驱动机电式计度器或驱动两相步进式电机，CF 用于仪表校验或驱动 MCU 接口。
4、功能框图
1
5、引脚功能说明 ：
管脚
符号
I/O 类型
1
DVDD
I
说明
数字电源引脚。该引脚提供数字电路的电源，正常工作电压应保
持在 5V±5%,该引脚应使用 10µF 电容并联 100nF 瓷介电容去耦。
高通滤波器 HPF 选择引脚。当该引脚输入高电平时，通道 1（电
2
AC/ DC
I
流通道）内的 HPF 被选通，该滤波器所涉及的相位响应在 45Hz
到 1kHz 范围内在片内已得到补偿。电能计量应用中应选通。
模拟电源引脚。该引脚提供模拟电路的电源，正常工作电压应保
3
AVDD
I
持在 5V±5%。为使电源的纹波和噪声减小到最低程度，该引脚
应使用 10µF 电容并联 100nF 瓷介电容去耦。
4,19
NC
空脚
通道 1 的正、负模拟输入引脚。完全差动输入方式，正常工作最
5,6
V1P,V1N
I
大信号电平为±470mV。通道 1 有一个 PGA,其增益见表Ⅰ。这两
个引脚相对 AGND 的最大信号电平位±1V。内部有 ESD 保护电
路能承受±6V 的过压而不造成永久性损坏。
通道 2 的正、负模拟输入引脚。完全差动输入方式，正常工作最
7,8
V2N,V2P
I
大信号电平为±660mV。这两个引脚相对 AGND 的最大信号电平
位±1V。内部有 ESD 保护电路能承受±6V 的过压而不造成永久性
损坏。
9
RESET
I
复位引脚。当为低电平时，ADC 和数字电路保持复位状态，在
下降沿时，芯片内部寄存器清零。
基准电压的输入、输出引脚。片内基准电压标称值为 2.5V±8%，
10
VREF
O
典型温度系数为 30ppm/℃。外部基准源可以直接连接到该引脚。
无论用内部还是外部基准源，该引脚都应使用 10µF 钽电容并联
100nF 瓷介电容对 AGND 去耦。
模拟电路接地参考点，该引脚应接到印刷电路板的模拟接地面。
11
AGND
I
12
SCF
I
校验频率选择。该引脚的逻辑输入电平确定 CF 引脚的输出频率。
13,14
S1,S0
I
这两个引脚的逻辑输入用来选择数字/频率转换系数。
15,16
G1,G0
I
这两个引脚的逻辑输入用来选择通道 1 的增益。见表 1。
模拟接地面使所有模拟电路的接地参考点。
外部时钟接入引脚。也可在 CLKIN 和 CLKOUT 之间接一石英
17
CLKIN
I
晶体为芯片提供频率为 3.579545MHz 的时钟源。晶体负载电容在
22pF～33pF 之间，应与门振荡电路一起使用。
18
CLKOUT
O
CLKIN 和 CLKOUT 之间接一石英晶体为芯片提供时钟源。当
CLKIN 上接有外时钟时 CLKOUT 引脚能驱动一个 CMOS 负载。
相位检测引脚，检测到负功率时输出逻辑高电平，再次检测到正
20
REVP
I
功率时，该引脚的输出复位。该输出的逻辑状态随 CF 输出脉冲
同时变化。
21
DGND
I
数字电路接地参考点。该引脚应连接到印制电路板数字接地面。
22
CF
O
频率校验输出引脚。其输出频率反映瞬时有功功率的大小。
23,24
F2,F1
O
低频逻辑输出引脚，其输出频率反映平均有功功率的大小。这两
个逻辑输出可以直接驱动机电式计度器或两相步进式电机。
2
表 1 通道 1 的增益选择
G1
0
0
1
1
G0
0
1
0
1
增益
1
2
8
16
最大差动信号
±470mV
±235mV
±60mV
±30mV
6、技术指标
(AVDD=DVDD=5V±5%, AGND=DGND=0V, 使用片内基准源，CLKIN＝3.58MHz，温度范围:
－40～＋85℃)
参数
指标
单位
测试条件
精度
通道 1 的测量误差
通道 2 为满度输入(±660mV),＋25℃
G=1 (G 为 PGA 的增益)
0.1
％读数 typ
动态范围 500：1
G=2
0.1
％读数 typ
动态范围 500：1
G=8
0.1
％读数 typ
动态范围 500：1
G=16
0.1
％读数 typ
动态范围 500：1
两个通道间的相位误差
V1 超前 37°（PF＝0.8 容性） ±0.1
度(°)max
V1 滞后 60°（PF＝0.5 感性） ±0.1
度(°)max
交流电源抑制
输出频率变化（CF）
0.2
％读数 typ
线路频率 45Hz～65Hz
AC/ DC =0 和 AC/ DC =1
AC/ DC =0 和 AC/ DC =1
AC/ DC =1,S0=S1=1,G0=G1=0
V1=V2=100mV rms @ 50Hz
AVDD 加有 200mV rms @ 100Hz 纹波
AC/ DC =1,S0=S1=1,G0=G1=0
直流电源抑制
输出频率变化（CF）
±0.3
％读数 typ
V1 = V2 = 100mV rms
AVDD = DVDD = 5V±250mV
模拟输入
最大信号电平
±1
V max
V1P, V1N,V2N 和 V2P 对 AGND 电压
直流输入阻抗
390
kΩ min
CLKIN＝3.58MHz
－3dB 带宽
14
kHz typ
CLKIN/256,CLKIN=3.58MHz
ADC 失调误差
±25
mV max
G=1
增益误差
±7
％理想值
外基准源 2.5V，G=1
typ
V1=470mVdc,V2=660mVdc
％理想值
外基准源 2.5V
增益匹配误差
±0.2
typ
基准输入
2.7
V max
2.5V﹢8%
2.3
V min
2.5V﹣8%
输入阻抗
3.2
kΩ min
输入电容
10
pF max
VREF 输入电压范围
3
参数
指标
单位
基准电压误差
±200
mV max
温度系数
±30
ppm/℃ typ
测试条件
片内基准源
时钟输入
时钟输入频率
4
MHz
max
1
MHz
min
标称值：2.5V
注 意 ： 所 有 指 标 均 在 CLKIN 为
3.58MHz 条件下测量
逻辑输入
SCF,S0,S1,AC/DC
RESET,G0 和 G1
输入高电平，VINH
2.4
V min
DVDD=5V±5%
输入低电平，VINL
0.8
V max
DVDD=5V±5%
输入电流，IIN
±3
µA max
典型值 10nA,VIN =0V 至 DVDD
输入电容，CIN
10
pF max
输出高电平，VOH
4.5
V min
ISOURCE = 10mA, DVDD=5V
输出低电平，VOL
0.5
V max
ISINK = 10mA, DVDD=5V
逻辑输出
F1 和 F2
CF 和 REVP
输出高电平，VOH
4
V min
ISOURCE = 5mA, DVDD=5V
输出低电平，VOL
0.5
V max
ISINK= 5mA, DVDD=5V
电源
AVDD
在以下要求内达到规定指标
4.75
V min
5V－5％
5.25
V max
5V＋5％
4.75
V min
5V－5％
5.25
V max
5V＋5％
AIDD
3
mA max
典型值 2mA
DIDD
2.5
mA max
典型值 1.5mA
DVDD
7、时序特性
(AVDD=DVDD=5V±5%, AGND=DGND=0V,使用片内基准源，CLKIN＝3.58MHz，温度范围＝
－40～＋85℃)。
图 1 频率输出时序
4
参数
1
t1
t2
t3
t41,2
t5
t6
指标
单位
275
ms
s
见表 3
1/2t2
s
90
ms
注释
F1 和 F2 低电平脉宽
输出脉冲周期
F1 下降沿和 F2 下降沿之间的时间
CF 输出的高电平脉宽
见表 4
s
CF 输出脉冲周期
CLKIN/4
s
F1 和 F2 脉冲之间的最小时间
注：
1 在较高的输出频率时 F1、F2 和 CF 的脉宽不固定
2 在高频率方式下，CF 脉宽总是 18µs。
8、封装形式
JM7755 采用 SSOP－24L 缩小外形封装。
JMT7755
9、模拟输入
通道 V1（电流通道）
线路电流传感器的输出电压接到JM7755 的通道 V1，该通道采用完全差动输入，V1P 为
正输入端，V1N 为负输入端。
通道 1 的最大差动峰值电压应小于 470mV(纯正弦电压有效值 330mV)
图 2 通道 1 的最大信号电平（G＝1）
5
通道 V2（电压通道）
线路电压传感器的输出接到JM7755 的通道 V2，该通道的最大差动峰值电压为
±660mV,图 3 出示了允许连接到JM7755 通道 2 的最大信号电平。
图 3 通道 2 的最大信号电平
10、传递函数
频率输出 F1 和 F2
JM7755 通过计算通道 1 和通道 2 两个输入电压的乘积，然后对乘积进行低通滤波，获取
有功功率信息。再将这个有功功率信息进一步转换成频率，以低电平有效的脉冲从引脚 F1 和 F2
输出。输出频率与输入电压大小有关，由下式确定：
Freq=
8.06 × V1 × V2 × Gain × F1-4
2
VREF
式中：
F —— 引脚 F1，F2 输出的脉冲频率（Hz）
V1 ——通道 1 差动输入电压有效值（V）
V2 ——通道 2 差动输入电压有效值（V）
Gain—— 1，2，8，16，取决于 PGA 的增益，由 G0 和 G1 的逻辑输入确定
F1－4 ——由主时钟 CLKIN 分频获得，分频系数由 S0 和 S1 确定，见表 2
VREF ——基准电压（2.5V±8%）(V)
交流输入的最高输出频率总是直流输入的最高输出频率的一半，表 3 给出了所有可能的最
高输出频率。
表2
F1－4 频率选择（CLKIN＝3.58MHz）
S1
S0
F1－4(Hz)
分频系数
0
0
1.7
221
0
1
3.4
220
1
0
6.8
219
1
1
13.6
218
6
表3
F1 和 F2 最高输出频率
最高输出频率(Hz)
S1
S0
0
0
0.68
0.34
0
1
1.36
0.68
1
0
2.72
1.36
1
1
5.44
2.72
直流输入
交流输入
频率输出 CF
脉冲输出 CF 端主要用于仪表校验。CF 端输出的脉冲频率可高达 F1 和 F2 的输出脉冲频率
的 2048 倍。F1－4 频率选的越低，CF 的倍率越高（高频方式 SCF＝0，S1＝S0＝1 情况除外）。表
4 给出了两者之间的关系，它们取决于逻辑输入 S0，S1 和 SCF 的状态。因为 CF 输出的频率比
较高，因此它与瞬时有功功率成正比。与 F1 和 F2 一样，CF 输出频率也是在相乘后经低通滤波
器获得的。然而，因为输出频率较高，有功功率累计的时间非常短，因此在数字－频率转换过
程中完成的平均作用较小。由于对有功功率信号的平均作用较小，所以 CF 的输出对有功功率波
动的影响比较敏感。（CF 与 F1、F2 的关系参照表 4）
表4
CF 的最高输出频率（交流信号）
SCF
S1
S0
F1－4 (Hz)
CF 最高输出频率（Hz）
1
0
0
1.7
128×F1,F2=43.52
0
0
0
1.7
64×F1,F2=21.76
1
0
1
3.4
64×F1,F2=43.52
0
0
1
3.4
32×F1,F2=21.76
1
1
0
6.8
32×F1,F2=43.52
0
1
0
6.8
16×F1,F2=21.76
1
1
1
13.6
16×F1,F2=43.52
0
1
1
13.6
2048×F1,F2=5570
7
11、电表应用
典型应用图
JM7755
为电度表选择频率
用户可从表 2 给出的 4 个频率中选择一个，这个频率决定了 F1 和 F2 的最高输出频率，F1
和 F2 的输出用来驱动电能寄存器（机电式或其它形式）。由于仅有４个不同的频率能被选择，
所以这４个可选的频率是针对仪表常数为 100imp/kWhr(即每千瓦时对应 100 个计数脉冲)，最大
电流在 10Ａ到 120Ａ之间的情况优化设计的。表５给出了线路电压为 220Ｖ情况下，几种最大的
电流对应的输出频率，仪表常数均为 100imp/kWhr。
表5
F1 和 F2 输出频率（100imp/kWhr）
IMXA
F1 和 F2（Ｈz）
12.5A
0.076
25A
0.153
40A
0.244
60A
0.367
80A
0.489
120A
0.733
F1-4 的频率完全能满足上述 F1 和 F2 输出频率范围要求。在设计电度表时,通道 2 的标称电
8
压应设在半满度值,以便对仪表常数进行校验。电流通道在最大负载时也不应超过半满度值,这样
考虑能允许对过电流信号和高峰值因数信号进行累计。表 6 给出了两个模拟输入均为半满度值
时 F1 和 F2 的输出频率。表 6 列出的频率与表 5 给出的最大负载频率非常接近。
表 6 半满度交流输入时 F1 和 F2 输出频率
S0
S1
F1-4 (Hz)
F1 和 F2 输出频率（Hz）
0
0
1.7
0.085
0
1
3.4
0.17
1
0
6.8
0.34
1
1
13.6
0.68
在设计电度表时为了选择一个合适的 F1-4 频率，首先应从表 5 中找到与最大负载电流
IMXA（仪表常数为 100imp/kWhr）对应的频率，然后与表 6 第 4 列比较，从表中选择最接近的一
个频率，与之对应的 F1-4 就是最好的选择。例如，要设计一个最大电流为 25A 的电度表，线路
电压为 220V，仪表常数为 100imp/kWhr，从表 5 可查出 F1 和 F2 的输出频率为 0.153Hz ,再看表
6，与 0.153Hz 最接近的是 0.17Hz，于是 F1-4 可以确定为 3.4Hz。
12、空载阈值
JM7755 包含一个空载阈值和启动电流特性,它具有防潜动功能。 JM7755 设定了一个
最小输出频率,当负载产生的频率低于这个最小频率时,F1、F2 和 CF 将没有脉冲输出。这个最小
输 出 频 率 是 满 度 输 出 频 率 对 应 的 F1-4 的 0.0014%, 见 表 2 。 例 如 , 某 电 度 表 的 仪 表 常 数 为
100imp/kWhr,F1,F2 选用的 F1-4 为 3.4Hz ,那么,在 F1 或 F2 端的最小输出频率是 3.4Hz 的
0.0014%(4.76 ×10-5Hz),CF 端的最小输出频率是 3.05×10–3Hz(64×F1Hz)。在本例中,空载阈值等效
于 1.7W 负载，或在 220V 情况下 8mA 启动电流。这个值 IEC1036 规定的比较高，后者要求启
动电流≤0.4%Ib（基本电流），对于 Ib 为 5A 的电度表，0.4%Ib 是 20mA。
9