一種基于光纖傳輸的監測信號處理系統

在高壓監測系統中，要把由電流取樣所提取出的高壓側的模擬電壓信號，傳輸到低壓側顯示，考慮到數字傳輸具有抗干擾性好以及高低壓側之間的絕緣要求，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之間的絕緣介質(zhì)，二是作為高壓側和低壓側信號通信的介質(zhì)。而用光纖傳輸必須把電信號轉換成光信號，常用的把模擬信號轉換成數字信號的方法有壓頻轉換方法和模數轉換的方法兩種。把數字信號轉換成模擬信號的方法就是數模轉換的方法。通過(guò)這個(gè)監測信號處理系統，可以得到理想的監測信號實(shí)時(shí)波形。

1 模擬信號轉換為數宇信號的方法

信號要通過(guò)光纖傳輸，必須把模擬信號轉換成數字信號，轉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 壓頻轉換方法

壓頻轉換是一種輸出頻率與輸入信號成正比的電路，它是把模擬信號通過(guò)V／F變換變換為頻率信號，用這個(gè)頻率信號驅動(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，能通過(guò)光電隔離器，光纖鏈路，雙絞線(xiàn)或同軸電纜和無(wú)線(xiàn)電鏈路傳輸頻率信號使其不受干擾。由于高低壓側需要絕緣，決定用光纖傳輸，但壓頻轉換的方法當用頻率傳輸信號時(shí)在光耦合的時(shí)候會(huì )出現大的線(xiàn)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 模數轉換的方法

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

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

采樣率足夠高 為了保證信號采樣的分辨率，所選用的芯片要有足夠高的分辨率；

信號要能串行輸入 這是因為高壓側的信號要通過(guò)光纖傳輸，為了減少光纖所用的數量，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)化系統結構，提高系統的可靠性；

電壓輸入范圍應該是雙極性的 由于信號輸入是雙極性信號，就要求模數轉換芯片的允許輸入信號最好也是雙極性的，這樣可以避免轉換時(shí)再對輸入信號進(jìn)行極性轉換，從而簡(jiǎn)化整個(gè)電路設計，同時(shí)也能提高整個(gè)系統工作的可靠性；

保證系統的分辨率 為了保證整個(gè)系統的分辨率應該采用高位數的轉換芯片。

綜合以上的性能要求，系統選用了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)最小持續時(shí)間為40 ns的低電平CONVST的下降沿到來(lái)時(shí)，開(kāi)始轉換，與此同時(shí)，轉換指示信號BUSY變成高電平，轉換結束后BUSY轉為低電平，BUSY的最低持續時(shí)間為5μs，當轉換結束后BUSY由高變低后緊接著(zhù)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位補碼形式的數字信號，其中前兩位是數據引導位兩個(gè)0，后面是14位補碼形式的數字，在第16個(gè)SCLK的下降沿和下一個(gè)轉換周期開(kāi)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。