CS5467
Four-channel Power/Energy IC
Features
& Description
• Energy Linearity: ±0.1% of Reading over 1000:1
Dynamic Range
• On-chip Functions:
-
-
-
-
-
-
-
-
Voltage and Current Measurement
Active, Reactive, and Apparent Power/Energy
RMS Voltage and Current Calculations
Current Fault and Voltage Sag Detection
Calibration
Phase Compensation
Temperature Sensor
Energy Pulse Outputs
Description
The CS5467 is a watt-hour meter on a chip. It
measures line voltage and current and calcu-
lates active, reactive, apparent power, energy,
power factor, and RMS voltage and current.
An internal RMS voltage reference can be used
if voltage measurement is disabled by
tampering.
Four
analog-to-digital converters are used to
measure two voltages and two currents. Option-
ally, voltage2 channel can be used for
temperature measurement.
The CS5467 is designed to interface to a variety
of voltage and current sensors.
Additional features include system-level calibra-
tion, voltage sag and current fault detection,
peak detection, phase compensation, and ener-
gy pulse outputs.
ORDERING INFORMATION
See
Page 45.
Meets Accuracy Spec for IEC, ANSI, & JIS
Low Power Consumption
Voltage Tamper Correction
Ground-referenced Inputs with Single Supply
On-chip 2.5 V Reference (40 ppm / °C typ.)
Power Supply Monitor Function
Three-wire Serial Interface to Microcontroller or
E
2
PROM
• Power Supply Configurations
GND: 0 V, VA+: +5 V, VD+: +3.3 V to +5 V
•
•
•
•
•
•
•
VA+
RESET
VD+
IIN1+
IIN1-
PGA
4th Order
Modulator
Digital
Filter
HPF
Option
MODE
CS
SDI
VIN1+
VIIN1-
x10
2nd Order
Modulator
Digital
Filter
HPF
Option
Power
Calculation
Engine
Serial
Interface
SDO
SCLK
INT
E1
E2
E3
IIN2+
IIN2-
PGA
4th Order
Modulator
Digital
Filter
HPF
Option
E-to-F
VIN2+
VIN2-
x10
2nd Order
Modulator
Digital
Filter
HPF
Option
Calibration
VREFIN
x1
Voltage
Reference
AGND
Power
Monitor
Temperature
Sensor
System
Clock
/K
Clock
Generator
VREFOUT
PFMON
XIN
XOUT CPUCLK
DGND
http://www.cirrus.com
Copyright
Cirrus Logic, Inc. 2011
(All Rights Reserved)
JAN ‘11
DS714F3
CS5467
TABLE OF CONTENTS
1. Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2. Pin Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Clock Generator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Control Pins and Serial Data I/O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Analog Inputs/Outputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Power Supply Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3. Characteristics & Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Recommended Operating Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Analog Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Accuracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Analog Inputs (All Inputs) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Analog Inputs (Current Inputs) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Analog Inputs (Voltage Inputs) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Power Supplies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Voltage Reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Reference Output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Reference Input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Digital Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Master Clock Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Filter Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Input/Output Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Switching Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Start-up . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Serial Port Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
SDI Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
SDO Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
E2PROM mode Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
E1, E2, and E3 Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Absolute Maximum Ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4. Signal Path Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1 Analog-to-Digital Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2 Decimation Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3 Phase Compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4 DC Offset and Gain Correction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5 High-pass Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.6 Low-Rate Calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.7 RMS Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.8 Power and Energy Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.9 Peak Voltage and Current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.10 Power Offset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5. Pin Descriptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1 Analog Pins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1.1 Voltage1 & Voltage2 Inputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1.2 Current1 & Current2 Inputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1.3 Power Fail Monitor Input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
13
14
14
14
14
15
15
15
15
16
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17
18
18
18
18
18
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CS5467
5.1.4 Voltage Reference Input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1.5 Voltage Reference Output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1.6 Crystal Oscillator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2 Digital Pins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.1 Reset Input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.2 CPU Clock Output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.3 Interrupt Output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.4 Energy Pulse Outputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.5 Serial Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6. Setting Up the CS5467 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.1 Clock Divider . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2 CPU Clock Inversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3 Interrupt Pin Behavior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.4 Current Input Gain Ranges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.5 High-pass Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.6 Cycle Count . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.7 Energy Pulse Outputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.8 No Load Threshold . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.9 Energy Pulse Width . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.10 Energy Pulse Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.11 Voltage Sag/Current Fault Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.12 Epsilon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.13 Temperature Measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7. Using the CS5467 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.1 Initialization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.2 Power-down States . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.3 Voltage Tamper Correction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.4 Command Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.5 Register Paging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.6 Commands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8. Register Descriptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.1 Page Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2 Page 0 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.3 Page 1 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.4 Page 2 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.5 Page 5 Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9. System Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.1 Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.1.1 Offset Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.1.1.1 DC Offset Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.1.1.2 AC Offset Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.1.2 Gain Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.1.2.1 AC Gain Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.1.2.2 DC Gain Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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18
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39
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40
40
40
40
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CS5467
9.1.3 Calibration Order . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.1.4 Temperature Sensor Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.1.4.1 Temperature Offset Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.1.4.2 Temperature Gain Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10. E2PROM Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.1 E
2
PROM Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.2 E
2
PROM Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.3 Which E
2
PROMs Can Be Used? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11. Basic Application Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12. Package Dimensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13. Ordering Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14. Environmental, Manufacturing, & Handling Information . . . . . . . . . . . . . . . . .
15. Revision History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
41
41
41
41
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42
43
44
45
45
46
LIST OF FIGURES
Figure 1. CS5467 Read and Write Timing Diagrams ................................................................. 12
Figure 2. Timing Diagram for
E1
,
E2
, and
E3
.............................................................................. 13
Figure 3. Signal Flow for V1, I1, P1, Q1 Measurements ............................................................ 14
Figure 4. Signal Flow for V2, I2, P2, Q2 Measurements ............................................................ 14
Figure 5. Low-rate Calculations .................................................................................................. 16
Figure 6. Two-channel Power Summation.................................................................................. 16
Figure 7. Oscillator Connections................................................................................................. 18
Figure 8. Sag and Fault Detect................................................................................................... 22
Figure 9. Fixed RMS Voltage Selection...................................................................................... 23
Figure 10. Calibration Data Flow ................................................................................................ 40
Figure 11. System Calibration of Offset...................................................................................... 40
Figure 12. System Calibration of Gain........................................................................................ 41
Figure 13. Typical Interface of E
2
PROM to CS5467 .................................................................. 42
Figure 14. Typical Connection Diagram
..................................................................................... 43
LIST OF TABLES
Table 1. Interrupt Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Table 2. Current Input Gain Ranges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Table 3. High-pass Filter Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Table 4. E2 Pin Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Table 5. E3 Pin Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Table 6. E1 / E2 Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Table 7. E3 Pin with E1MODE enabled . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20
20
20
20
21
21
21
4
DS714F3
CS5467
1. OVERVIEW
The CS5467 is a CMOS power measurement integrated circuit utilizing four
analog-to-digital convert-
ers to measure two line voltages and two currents. Optionally, voltage2 channel can be used for temper-
ature measurement. It calculates active, reactive, and apparent power as well as RMS and peak voltage
and current. It handles other system-related functions, such as pulse output conversion, voltage sag, cur-
rent fault, voltage zero crossing, line frequency, and voltage tamper correction.
The CS5467 is optimized to interface to current transformers or shunt resistors for current measurement,
and to resistive dividers or voltage transformers for voltage measurement. Two full-scale ranges are pro-
vided on the current inputs to accommodate both types of current sensors. The CS5467’s four differential
inputs have a common-mode input range from analog ground (AGND) to the positive analog supply
(VA+).
An additional analog input (PFMON) is provided to allow the application to determine when a power failure
is in progress. By monitoring the unregulated power supply, the application can take any required action
when a power loss occurs.
An on-chip voltage reference (nominally 2.5 volts) is generated and provided at analog output, VREFOUT.
This reference can be supplied to the chip by connecting it to the reference voltage input, VREFIN. Alter-
natively, an external voltage reference can be supplied to the reference input.
Three digital outputs (E1, E2, E3) provide a variety of output signals and, depending on the mode select-
ed, provide energy pulses, power failure indication, or other choices.
The CS5467 includes a three-wire serial host interface to an external microcontroller or serial E
2
PROM.
Signals include serial data input (SDI), serial data output (SDO), serial clock (SCLK), and optionally a chip
select (CS), which allows the CS5467 to share the SDO signal with other devices. A MODE input is used
to control whether an E
2
PROM will be used instead of a host microcontroller.
DS714F3
5
京公网安备 11010802033920号
EEWORLD
