HLW3070规格书.docx
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HLW3070规格书
HLW3070用户手册
24-bitSigma-DeltaADC
Rev1.3
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版本日期
REV1.0
初始版本
2013-8-17
目录
版本历史2
目录3
1芯片功能说明5
1.1芯片主要功能特性5
1.2芯片应用场合5
1.3芯片基本结构功能描述6
1.4芯片绝对最大极限值7
1.5HLW3070数字逻辑特性7
1.6HLW3070电气特性8
1.7芯片引脚9
2芯片功能模块描述10
2.1模拟输入前端10
2.2温度传感器10
2.3低噪声PGA放大器11
2.4时钟信号源12
2.5复位和断电（POR&powerdown）12
2.6SPI串口通信13
2.6.1建立时间13
2.6.2ADC数据输出速率14
2.6.3数据格式14
2.6.4数据准备/数据输入输出（
）14
2.6.5串行时钟输入（SCLK）14
2.6.6数据发送15
2.6.7功能配置16
2.6.7.1SPI命令字16
2.6.7.2SPI寄存器17
2.6.8Powerdown模式18
3芯片的封装19
图目录
图1HLW3070原理框图6
图2HLW3070芯片引脚图9
图3模拟输入结构图10
图4PGA结构图11
图5HLW3070数据建立过程113
图6HLW3070数据建立过程213
图7HLW3070读取数据时序图115
图8HLW3070读取数据时序图215
图9功能配置时序图16
图10HLW3070PowerDown模式示意图18
图11芯片SOP8封装尺寸信息19
表目录
表1HLW3070极限值7
表2HLW3070数字逻辑特性7
表3HLW3070电气特性（VDD=5V、3.3V）8
表4HLW3070电源电气特性（VDD=5V）8
表5HLW3070电源电气特性（VDD=3.3V）8
表6PIN脚说明9
表7输出速率设置14
表8理想输出码和输入信号
（1）14
表9读取数据时序表15
表10HLW3070命令字说明表16
表11Config寄存器说明表17
1芯片功能说明
HLW3070是一款高精度、低功耗模数转换芯片，一路差分输入通道，内置温度传感器和高精度振荡器。
HLW3070的PGA可选：
1、2、64、128，默认为128。
HLW3070正常模式下的ADC数据输出速率可选：
10Hz、40Hz、640Hz、1.28kHz，默认为10Hz；
MCU可以通过2线的SPI接口SCLK、
与HLW3070进行通信，对其进行配置，例如通道选择、PGA选择、输出速率选择等。
HLW3070是一款高精度、低功耗的模数转换芯片，
1.1芯片主要功能特性
●内置晶振
●集成温度传感器
●带Powerdown功能
●2线SPI接口，最快速率为1.1MHz
●工作电压范围：
2.6V~5.5V
ADC功能特性：
●24位无失码
●PGA放大倍数可选：
1、2、64、128
●1路24位无失码的差分输入，在PGA=128时ENOB为20位（5V）\19.5位（3.3V）
●P-P噪声：
PGA=128、10Hz：
180nV；
●INL小于0.0015%
●输出速率可选：
10Hz、40Hz、640Hz、1.28kHz
●带内短功能
1.2芯片应用场合
●工业过程控制
●电子秤
●液体/气体化学分析
●血液计
●智能变换器
●便携式设备
1.3芯片基本结构功能描述
HLW3070是一款高精度、低功耗Sigma-Delta模数转换芯片，内置一路Sigma-DeltaADC，一路差分输入通道和一路温度传感器，ADC采用两阶sigmadelta调制器，通过低噪声仪用放大器结构实现PGA放大，放大倍数可选：
1、2、64、128。
在PGA=128时，有效分辨率可达20位（工作在5V）。
HLW3070内置RC振荡器，无需外置晶振。
HLW3070可以通过
和SCLK进行多种功能模式的配置，例如用作温度检测、PGA选择、ADC数据输出速率选择等等。
HLW3070具有Powerdown模式。
图1HLW3070原理框图
1.4芯片绝对最大极限值
表1HLW3070极限值
名称
符号
最小
最大
单位
电源电压
VDD
-0.3
6
V
电源瞬间电流
100
mA
电源恒定电流
10
mA
数字管脚输入电压
-0.3
DVDD+0.3
V
数字输出管脚电压
-0.3
DVDD+0.3
V
节温
150
℃
工作温度
-40
85
℃
储存温度
-60
150
℃
芯片管脚焊接温度
240
℃
1.5HLW3070数字逻辑特性
表2HLW3070数字逻辑特性
参数
最小
典型
最大
单位
条件说明
VIH
0.7×DVDD
DVDD+0.1
V
VIL
DGND
0.3×DVDD
V
VOH
DVDD-0.4
DVDD
V
Ioh=1mA
VOL
DGND
0.2×DVDD
V
IoL=1mA
IIH
10
μA
VI=DVDD
IIL
-10
μA
VI=DGND
串口时钟SCLK工作频率
1.1
MHz
1.6HLW3070电气特性
所有的参数测试在环境温度-40~85℃、内置基准的条件下测试，除非有其它注明。
表3HLW3070电气特性（VDD=5V、3.3V）
参数
条件
最小值
典型值
最大值
单位
模拟输入
满幅输入电压
（AINP-AINN）
±0.5VREF/PGA
V
共模输入电压
PGA=1，2
AGND-0.1
AVDD+0.1
V
PGA=64，128
AGND+0.75
AVDD-0.75
V
差分输入阻抗
PGA=1、2
190
MΩ
PGA=64、128
28
MΩ
系统性能
分辨率
无失码
24
Bits
AD速率
10
1280
Hz
建立时间
全建立
3：
ADC输出速率为10\40Hz、
4：
ADC输出速率为640\1280Hz
转换周期
P-P噪声
PGA=128、10Hz
180
nv
有效精度
PGA=128、10Hz
20（5V）
19.5（3.3V）
Bit
积分线性度
PGA=128
±15
ppm
失调误差
PGA=128
±1.4
μV
失调误差漂移
PGA=128
20
nv/℃
增益误差
PGA=128
±0.5
%
增益误差漂移
PGA=128
8
ppm/℃
参考电压输入
参考电压输入
REFIN
2.0
VDD
VDD+0.1
V
参考电压输出
参考电压输出
REFOUT
VDD
V
时钟
内部振荡器频率
5.2
MHz
内置时钟温漂
250
ppm/℃
温度传感器
温度测量误差
TempError
±3
℃
表4HLW3070电源电气特性（VDD=5V）
参数
条件
最小值
典型值
最大值
单位
电源电压
VDD
5
5.5
V
工作电流
正常模式
PGA=1、2
1.57
mA
PGA=64、128
2.34
mA
Powerdown
0.1
0.1
μA
表5HLW3070电源电气特性（VDD=3.3V）
参数
条件
最小值
典型值
最大值
单位
电源电压
VDD
2.6
3.3
V
工作电流
正常模式
PGA=1、2
1.26
mA
PGA=64、128
2.11
mA
Powerdown
0.1
μA
1.7芯片引脚
图2HLW3070芯片引脚图
表6PIN脚说明
序号
引脚名称
输入/输出
说明
1
REFIN
AI
基准源输入
2
GND
P
芯片地
3
AINN
AI
通道负输入
4
AINP
AI
通道正输入
5
SCLK
DI
SPI输入接口
6
DI/DO
SPI数据输入\输出接口
7
VDD
P
电源
8
REFOUT
AO
基准源输出
注：
REFOUT即是传感器激励源输出（输出值为VDD）。
2芯片功能模块描述
2.1模拟输入前端
HLW3070中有1路ADC，集成了1路差分输入，信号输入可以是差分输入信号AINP、AINN，也可以是温度传感器的输出信号，输入信号的切换由寄存器（ch_sel[1:
0]）控制，其基本结构如下图所示：
图3模拟输入结构图
HLW3070的PGA可配：
1、2、64、128，由寄存器（pga_sel[1:
0]）控制；
基准电压可以由外部输入也可是内部输出，如果要使用外部基准电压，要先关闭内部基准，内部基准控制由寄存器（refo_off）控制。
2.2温度传感器
芯片内部提供温度测量功能。
当ch_sel[1:
0]=2’b10时，ADC模拟信号输入接到内部温度传感器，其它的模拟输入信号无效。
ADC通过测量内部温度传感器输出的电压差来推导出实际的温度值。
当ch_sel[1:
0]=2’b10时，ADC只支持PGA=1。
温度传感器需要进行单点校正。
校正方法：
在某个温度点A下，使用温度传感器进行测量得到码值Ya。
那么其他温度点B对应的温度=Yb*（273.15+A）/Ya-273.15
A温度单位是摄氏度。
Ya是A点对应温度码值。
Yb是B点对应温度码值。
2.3低噪声PGA放大器
HLW3070提供了一个低噪声，低漂移的PGA放大器与桥式传感器差分输出连接，其基本结构图如下图所示，前置抗EMI滤波器电路R=450Ω，C=18pF实现20M高频滤波。
低噪声PGA放大器通过RF1，R1，RF2实现64倍放大，并和后级开关电容PGA组成64和128的PGA放大。
通过pga_sel[1:
0]来配置1、2、64、128等不同的PGA。
当使用PGA=1，2时，64倍低噪声PGA放大器会被关断以节省功耗。
当使用低噪声PGA放大器时，输入范围在GND+0.75V到VDD-0.75V之间，超出这个范围，会导致实际性能下降。
在CAP端口处接一个内置45pF电容，与内置2k电阻RINT组成一个低通滤波，用作低噪声PGA放大器的输出信号的高频滤波，同时该低通滤波器也可以作为ADC的抗混叠滤波器。
图4PGA结构图
HLW3070内置Buffer，当PGA=1，2时，HLW3070使用Buffer来减少由于ADC差分输入阻抗低带来的问题，例如建立时间不足，增益误差偏大等等，当PGA=64，128时，HLW3070也使用Buffer来减少由于低噪声PGA经过RINT=2K，CINT=0.1μF的低通滤波后带来的建立误差，增益误差以及内码漂移的现象。
2.4时钟信号源
HLW3070使用内置晶振来提供系统所需要的时钟频率，典型值为5.2MHz。
2.5复位和断电（POR&powerdown）
当芯片上电时，内置上电复位电路会产生复位信号，使芯片自动复位。
当SCLK从低电平变高电平并保持在高电平超过100µs，HLW3070即进入PowerDwon模式，此时功耗低于0.1μA。
当SCLK重新回到低电平时，芯片会重新进入正常工作状态。
当系统由Powerdown重新进入正常工作模式时，此时所有功能配置为PowerDown之前的状态，不需要进行功能配置。
2.6SPI串口通信
HLW3070中采用2线SPI串行通信，通过SCLK和
可以实现数据的接收以及功能配置。
2.6.1建立时间
在ADC数据输出速率为10Hz或40Hz时，数字部分需要有3个数据转换周期满足模拟输入信号的建立和滤波器的建立时间要求；ADC数据输出速率为640Hz或1280Hz时，数字部分需要有4个数据转换周期满足模拟输入信号的建立和滤波器的建立时间要求。
HLW3070整个建立过程如下图所示：
图5HLW3070数据建立过程1
图6HLW3070数据建立过程2
参数
描述
（1）
最小值
典型值
最大值
单位
t1
电源上电\PowerDown恢复\通道切换之后模拟所需的建立时间
2
ms
t3
PGA切换\速率切换之后模拟所需的建立时间
0.8
μs
t2
建立时间（
保持高电平）
10\40Hz
300\75
ms
640\1280Hz
6.25\3.125
ms
2.6.2ADC数据输出速率
HLW3070数据输出速率可以通过寄存器speed_sel[1:
0]配置。
表7输出速率设置
SPEED_SEL[1:
0]
ADC输出速率（Hz）
00
10
01
40
10
640
11
1280
2.6.3数据格式
HLW3070输出的数据为24位的2进制补码，最高位（MSB）最先输出。
最小有效位（LSB）为（0.5VREF/Gain）/（223-1）。
正值满幅输出码为7FFFFFH，负值满幅输出码为800000H。
下表为不同模拟输入信号对应的理想输出码。
表8理想输出码和输入信号
（1）
输入信号VIN（AINP-AINN）
理想输出
≥+0.5VREF/Gain
7FFFFFH
（+0.5VREF/Gain）/（223-1）
000001H
0
000000H
（-0.5VREF/Gain）/（223-1）
FFFFFFH
≤+0.5VREF/Gain
800000H
（1）不考虑噪声，INL，失调误差和增益误差的影响
2.6.4数据准备/数据输入输出（
）
引脚有4个用途。
第一，当输出为低时，表示新的数据已经转换完成；第二，作为数据输出引脚，当数据准备好后，在第1个SCLK的上升沿后，
输出转换数据的最高位（MSB）。
在每一个SCLK的上升沿，数据会自动移1位。
在24个SCLK后将所有的24位数据读出，如果这时暂停SCLK的发送，
会保持着最后一位的数据，直到下一个数据准备好之前拉高，此后当
被再次拉低，表示新的数据已经转换完成，可进行下一个数据读取；第三，在第25、26个SCLK时，输出寄存器状态更新标志；第四，作为寄存器数据写入或读出引脚，当需要配置寄存器或读取寄存器值时，SPI需要发送46个SCLK，根据
输入的命令字，判断是写寄存器操作还是读寄存器操作。
2.6.5串行时钟输入（SCLK）
串行时钟输入SCLK是一个数字引脚。
这个信号应保证是一个干净的信号，毛刺或慢速的上升沿都会可能导致读取错误数据或误入错误状态。
因此，应保证SCLK的上升和下降时间都小于50ns。
2.6.6数据发送
HLW3070可以持续的转换模拟输入信号，当将
拉低后，表明数据已经准备好接受，输入的第一个SCLK来就可以将输出的最高位读出，在24个SCLK后将所有的24位数据读出，如果这时暂停SCLK的发送，
会保持着最后一位的数据，直到其被拉高，第25和26个SCLK输出配置寄存器是否有写操作标志，第25个SCLK对应的
为1时表明配置寄存器Config被写入了新的值，第26个SCLK对应的
为芯片扩展保留位，目前输出一直为0，通过第27个SCLK可以将
拉高，此后当
被再次拉低，表示新的数据已经准备好接受，进行下一个数据的转换。
其基本时序如图所示：
图7HLW3070读取数据时序图1
图8HLW3070读取数据时序图2
表9读取数据时序表
SYMBOL
DESCRIPTION
MIN
TYP
MAX
UNITS
t4
变低后到第一个SCLK上升沿
0
ns
t5
SCLK高电平或低电平脉宽
455
ns
t6
SCLK上升沿到新数据位有效（传输延迟）
455
ns
t7
SCLK上升沿到旧数据位有效（保持时间）
227.5
455
ns
t8
数据更新，不允许读之前的数据
26.13
μs
t9
转换时间（1/datarate）
10Hz
100
ms
40Hz
25
ms
640Hz
1.5625
ms
1280Hz
0.78125
ms
2.6.7功能配置
HLW3070可以通过SCLK和
可以进行不同功能的配置，功能配置时序图如下图所示：
图9功能配置时序图
功能配置过程简述，在
由高变低之后：
1.第1个到第24个SCLK，读取ADC数据。
如果不需要配置寄存器或者读取寄存器，可以省略下面的步骤。
2.第25个到第26个SCLK，读取寄存器写操作状态。
3.第27个SCLK，把
输出拉高。
4.第28个到第29个SCLK，切换
为输入。
5.第30个到第36个SCLK，输入寄存器写或读命令字数据（高位先输入）。
6.第37个SCLK，切换
的方向（如果是写寄存器，
为输入；如果是读寄存器，
为输出）。
7.第38个到第45个SCLK，输入寄存器配置数据或输出寄存器配置数据（高位先输入/输出）。
8.第46个SCLK，切换
为输出，并把
拉高。
update1/update2被置位或清零。
2.6.7.1SPI命令字
HLW3070有2个命令字，命令字的长度为7bits，命令字描述如下：
表10HLW3070命令字说明表
命令名称
命令字节
描述
写配置寄存器
0x65
写配置寄存器Config
读配置寄存器
0x56
读配置寄存器Config
2.6.7.2SPI寄存器
HLW3070有一组寄存器Config。
Config寄存器
寄存器
R/W
描述
复位值
描述
保留位
配置寄存器
0x0C
配置位
B7
B6
B5
B4
描述
保留位
REF输出开关
ADC输出速率选择
配置位
B3
B2
B1
B0
描述
PGA选择
通道选择
表11Config寄存器说明表
Bits
描述
[7]
-
芯片保留使用位。
默认为0，写入时写0，不要写1
[6]
REFO_OFF
REF输出开关：
默认REF输出开启
1=关闭REF输出。
0=REF正常输出。
[5:
4]
SPEED_SEL
ADC输出速率选择：
默认为10Hz
SPEED_SEL[1:
0]
描述
00
ADC输出速率为10Hz
01
ADC输出速率为40Hz
10
ADC输出速率为640Hz
11
ADC输出速率为1280Hz
[3:
2]
PGA_SEL
PGA选择：
默认PGA为128，在测温模式下PGA_SEL=00
PGA_SEL[1:
0]
描述
00
1
01
2
10
64
11
128
[1:
0]
CH_SEL[1:
0]
通道选择：
默认通道为通道A
CH_SEL[1:
0]
描述
00
通道A
01
芯片保留使用位
10
温度
11
内短
2.6.8Powerdown模式
当SCLK从低电平变高电平并保持在高电平超过100µs，HLW3070即进入PowerDwon模式，这时会关掉芯片所有电路，功耗接近0。
当SCLK重新回到低电平时，芯片会重新进入正常工作状态。
图10HLW3070PowerDown模式示意图
symbol
描述
最小值
典型值
最大值
t10
SCLK高电平保持时间
100μs
t11
SCLK下降之后低电平保持时间
10μs
3芯片的封装
HLW3070采用SOP8封装。
图11芯片SOP8封装尺寸信息
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