數(shù)字電位器X9313在微信號檢測中的應(yīng)用

在微信號檢測中，干擾從本質(zhì)上可以分為兩類：其一為穩(wěn)態(tài)干擾，表現(xiàn)形式為變化不大或變化有規(guī)律的信號，主要來源于地線上的壓降、各個焊點的接觸電動勢及工頻干擾。對于工頻干擾，可以采用模擬濾波的辦法處理，但無論采取如何嚴(yán)密的屏蔽措施及EMC設(shè)計，仍然很難完全消除干擾。其二為暫態(tài)干擾，表現(xiàn)形式為脈沖信號，主要來源于外界電磁波的作用或電源的波動，對于此類干擾，除了采取更合理的屏蔽措施及精選器件以外，沒有其他的辦法消除。本文主要討論了如何應(yīng)用數(shù)字電位器減少穩(wěn)態(tài)干擾的影響。

2 數(shù)字電位器X9313及其工作原理

X9313為工業(yè)級的32抽頭數(shù)控電位器，最大阻值為10 kΩ，采用8引腳，有DIP、OIC、FSSOP三種封裝形式。X9313的內(nèi)部功能框圖如圖1所示。它由輸入部分、非易失性存儲器和電阻陣列三部分組成。輸入部分的工作就像一個升/降計數(shù)器，其輸出經(jīng)過譯碼，控制接通某個電子開關(guān)，這樣就把電阻陣列上的一個點連接到滑動輸出端。電阻陣列是由32個等值的電阻和與之相配套的電子開關(guān)組成。根據(jù)控制端的電平，計數(shù)器的內(nèi)容還可以儲存到非易失存儲器以便以后使用。

兩個頂腳引線分別接VH和VL，中間抽頭為VW。INC/U/D和CS為三個控制端，各引腳的功能如表1所列。CS為片選端，CS為低電平時，X9313選中。此時才能接收U/D和INC的信號。INC在下降沿使計數(shù)器增或減1(視U/D電平而定)。如果U/D=1，滑動端向VH方向滑動，Vw與VH之間的電阻減小一個階值。反之，如果U/D=0，滑動端向VL方向滑動。計數(shù)器輸出譯碼后，經(jīng)過32選1，使滑動端的位置沿電阻陣列移動。當(dāng)計數(shù)器達(dá)到某個極端(00000或11111)時，不會循環(huán)回復(fù)，從00000自動變成11111，或從1111 1變成00000，也就是說當(dāng)CS為高電平而INC也為高電平時，計數(shù)器的值存儲到非易失存儲器中，系統(tǒng)上電時，器件自動將非易失性存儲器中的值送到計數(shù)器，作為計數(shù)器的輸出。X9313的時序如圖2所示。

3 實際應(yīng)用

XLPE電纜絕緣在線檢測，直流法和直流疊加法是兩種較常用的方法，但這兩種方法的現(xiàn)場抗干擾性較弱。由實驗發(fā)現(xiàn)，電纜的絕緣電阻具有相當(dāng)大的分散性，因此在檢測過程中檢測范圍相當(dāng)廣。此外，在電纜絕緣檢測中存在的干擾幾乎無法解決。因此，要想精確地檢測出電纜絕緣老化過程中絕緣參數(shù)的變化，就必須設(shè)計出一種特殊的前置電路。使得它的檢測范圍足夠大，而且能夠防止干擾信號的影響。

對于高頻干擾和工頻干擾，可用低通濾波器實現(xiàn)。為了實現(xiàn)足夠?qū)挼臋z測范圍，在設(shè)計中采用兩級程控放大電路，將幾微伏的信號先放大到一定程度，同時，干擾信號也被放大，此時，通過一個4階的巴特沃思低通濾波器濾除高頻、工頻干擾可以把信號變成一個近似脈動直流的信號，真實的有用信號就包含在這個信號中，此時要做的就是信號的分離，由于在高壓電場的作用下，電纜中的水分子不斷運動，其整流效應(yīng)不斷地發(fā)生變化，因此，信號中必然存在一個脈動信號，用一個二極管的變參數(shù)模型描述電纜中的水樹整流效應(yīng)。

首先給出一個前提，即在短時間內(nèi)隨機干擾信號的平均值是不變的。在此前提下通過檢測一次基準(zhǔn)值，再檢測一個加直流電壓后的信號值的方法配合一定的算法實現(xiàn)信號分離。但在實現(xiàn)過程中，由于干擾信號幾乎將有用信號完全淹沒，放大電路極易飽和，在前置通道中不能實現(xiàn)增益足夠大的放大，為了解決這一問題，可以應(yīng)用數(shù)字電位器實現(xiàn)一個程控差分對消器，使得信號的分辨率足夠大。圖3、圖4分別給出了用示波器捕獲的基準(zhǔn)信號及加電后的信號，此時為絕緣老化中期的信號。對比可以看出，已能夠?qū)⒂杏眯盘柸菀椎胤蛛x出。

3.1 前置通道差分電路的設(shè)計

圖5給出電路設(shè)計圖。圖6為差分對消電路及次級程控放大電路。圖7為數(shù)字電位器X9313及外圍電路。

3.2 工作原理及軟件設(shè)計

在檢測信號基準(zhǔn)值時，調(diào)整程控增益電路到足夠大的增益，使得信號的分辨率足夠大，此時疊加直流信號后放大電路肯定會處于飽和狀態(tài)。因此，調(diào)整數(shù)字電位器的內(nèi)部電阻盡量讓信號的基準(zhǔn)值處于零附近，這樣使得加直流后的信號也盡可能的放大,通過對兩次的值相減，就可以得到有用信號的值。

軟件流程框圖如圖8所示。在軟件設(shè)計中，每次調(diào)整完數(shù)字電位器的位置后必須將其歸位，這一點是比較重要的，否則下次使用時將無法判斷其真正的位置。

4 結(jié)束語

應(yīng)用數(shù)字電位器X9313設(shè)計程控差分電路，基本消除了干擾信號及化學(xué)電動勢的影響,提高了信號的分辨率，使得在強干擾下測量微弱信號成為可能。經(jīng)過實驗證明，可成功地檢測出幾微伏的信號。