一種基于光纖傳輸?shù)谋O(jiān)測(cè)信號(hào)處理系統(tǒng)

在高壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，要把由電流取樣所提取出的高壓側(cè)的模擬電壓信號(hào)，傳輸到低壓側(cè)顯示，考慮到數(shù)字傳輸具有抗干擾性好以及高低壓側(cè)之間的絕緣要求，采用光纖作為通信的傳輸通道。光纖是由非導(dǎo)電材質(zhì)做成，具有良好的絕緣性能，在電工領(lǐng)域中受到了越來(lái)越高的重視，利用光纖傳輸通信可以具有這樣的幾個(gè)特點(diǎn)，一是光纖可以作為高低壓側(cè)之間的絕緣介質(zhì)，二是作為高壓側(cè)和低壓側(cè)信號(hào)通信的介質(zhì)。而用光纖傳輸必須把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，常用的把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的方法有壓頻轉(zhuǎn)換方法和模數(shù)轉(zhuǎn)換的方法兩種。把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的方法就是數(shù)模轉(zhuǎn)換的方法。通過這個(gè)監(jiān)測(cè)信號(hào)處理系統(tǒng)，可以得到理想的監(jiān)測(cè)信號(hào)實(shí)時(shí)波形。

1 模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)宇信號(hào)的方法

信號(hào)要通過光纖傳輸，必須把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，轉(zhuǎn)換的方法可以采取多種方法進(jìn)行。下面介紹常用的兩種方法。

1.1 壓頻轉(zhuǎn)換方法

壓頻轉(zhuǎn)換是一種輸出頻率與輸入信號(hào)成正比的電路，它是把模擬信號(hào)通過V／F變換變換為頻率信號(hào)，用這個(gè)頻率信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管發(fā)光。它可以以頻率的形式傳輸模擬信號(hào)，能通過光電隔離器，光纖鏈路，雙絞線或同軸電纜和無(wú)線電鏈路傳輸頻率信號(hào)使其不受干擾。由于高低壓側(cè)需要絕緣，決定用光纖傳輸，但壓頻轉(zhuǎn)換的方法當(dāng)用頻率傳輸信號(hào)時(shí)在光耦合的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)大的線性誤差，影響精度。所以V／F變換的性能會(huì)直接影響到精度。

1.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換的方法

由于壓頻轉(zhuǎn)換的方法把模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)具有速度比較慢的缺點(diǎn)，為了提高轉(zhuǎn)換速度通常用模數(shù)轉(zhuǎn)換的方法。常用的速度比較快的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是逐次逼近式的A／D轉(zhuǎn)換器。對(duì)于A／D轉(zhuǎn)換器的要求如下：

功耗小 由于高壓側(cè)的信號(hào)處理板所需要的電源在高壓側(cè)，所以盡量減少電路所需的功耗是一個(gè)很重要的問題；

采樣率足夠高 為了保證信號(hào)采樣的分辨率，所選用的芯片要有足夠高的分辨率；

信號(hào)要能串行輸入 這是因?yàn)楦邏簜?cè)的信號(hào)要通過光纖傳輸，為了減少光纖所用的數(shù)量，要減少所用的傳輸通道，所以用有串行輸入口的芯片能簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性；

電壓輸入范圍應(yīng)該是雙極性的 由于信號(hào)輸入是雙極性信號(hào)，就要求模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的允許輸入信號(hào)最好也是雙極性的，這樣可以避免轉(zhuǎn)換時(shí)再對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行極性轉(zhuǎn)換，從而簡(jiǎn)化整個(gè)電路設(shè)計(jì)，同時(shí)也能提高整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性；

保證系統(tǒng)的分辨率 為了保證整個(gè)系統(tǒng)的分辨率應(yīng)該采用高位數(shù)的轉(zhuǎn)換芯片。

綜合以上的性能要求，系統(tǒng)選用了AD7894_10芯片。

AD7894_10可以工作在自動(dòng)休眠模式和高速采樣模式，高速采樣模式的時(shí)序如圖1所示。

在高速采樣模式下，在一個(gè)最小持續(xù)時(shí)間為40 ns的低電平CONVST的下降沿到來(lái)時(shí)，開始轉(zhuǎn)換，與此同時(shí)，轉(zhuǎn)換指示信號(hào)BUSY變成高電平，轉(zhuǎn)換結(jié)束后BUSY轉(zhuǎn)為低電平，BUSY的最低持續(xù)時(shí)間為5μs，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后BUSY由高變低后緊接著在16個(gè)串行時(shí)鐘脈沖SCLK的下降沿的作用下，依次輸出16位補(bǔ)碼形式的數(shù)字信號(hào)，其中前兩位是數(shù)據(jù)引導(dǎo)位兩個(gè)0，后面是14位補(bǔ)碼形式的數(shù)字，在第16個(gè)SCLK的下降沿和下一個(gè)轉(zhuǎn)換周期開始，也就是下一個(gè)CONVST的下降沿到來(lái)時(shí)的時(shí)間間隔要不能少于250 ns。