使用同時采樣ADC進行高性能多通道輸電線監(jiān)測

　　ADC以外的其它因素 一個完整的輸電線測量系統(tǒng)如圖4所示。雖然ADC是系統(tǒng)的核心，但 是在設(shè)計一個高性能系統(tǒng)時，其它的許多因素也必須考慮。參考電壓 源和輸入放大器也是系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素，隔離問題可能是遠程通 信中還需要考慮的問題。

　　圖4. 輸電線監(jiān)測系統(tǒng)

　　ADC參考電壓源考慮

　　使用ADC內(nèi)置參考電壓源（帶內(nèi)部參考電壓源的器件）還是外部參 考電壓源取根據(jù)系統(tǒng)要求。當(dāng)一塊電路板上使用多片ADC時，最好使 用外部參考電壓源，因為公共參考電壓源能夠消除不同參考電壓直 接的差別，所以利用比率測量的優(yōu)點。 一般，低漂移參考電壓源對于減少參考電壓源對溫度的敏感性也很 重要。

　　一些簡單的計算可以幫助我們理解漂移的重要性，并決定是否 采用內(nèi)部參考電壓源。例如，一款10 V滿度輸入的16 bit ADC的具有 152 μV分辨率。AD7656內(nèi)部參考電壓的溫度漂移為25 ppm/℃最大 值（6 ppm/℃典型值）。在50℃溫度范圍內(nèi)，參考電壓漂移達1250 ppm，即12.5 mV。在對漂移要求嚴(yán)格的應(yīng)用中，最后選擇外部低漂 移參考電壓，例如ADR4214（1 ppm/℃）。在50℃溫度范圍內(nèi)，一個1 ppm/℃參考電壓的漂移僅為0.5 mV。

　　放大器選擇

　　為輸電線監(jiān)測應(yīng)用選擇放大器的主要考慮是低噪聲和低失調(diào)電壓。

　　驅(qū)動放大器產(chǎn)生的噪聲必須盡可能低以保證SNR和ADC的轉(zhuǎn)移噪聲 性能。低噪聲放大器在測量交流小信號時很有用。放大器在全溫度范 圍內(nèi)總的失調(diào)誤差（包括漂移）應(yīng)該小于所要求的分辨率。OP11775/ OP21776/OP41777系列放大器具有低噪聲性能（8.5 nV/√Hz）和低失調(diào) 漂移。例如，OP1177運算放大器具有60 μV失調(diào)電壓最大值和0.7 μV/℃失調(diào)電壓漂移最大值。在50℃溫度范圍內(nèi)，失調(diào)電壓漂移最大值為 35 μV，所以由于失調(diào)和失調(diào)漂移引起的總誤差小于95 μV或0.0625 LSB。

　　對于輸電線監(jiān)測應(yīng)用，功耗可能是重要考慮，特別是測量一塊PCB板 上的128個通道時。OP1177系列放大器通常每只放大器消耗的電源電 流小于400 μA。

　　下表列出了為輸電線監(jiān)測應(yīng)用推薦的幾款放大器。

　　ADC電源設(shè)計

　　ADC需要模擬電源和數(shù)字電源。大多數(shù)系統(tǒng)都具有5 V數(shù)字電源，但 許多系統(tǒng)卻沒有5 V模擬電源。如果模擬電路和數(shù)字電路使用同一個 電源，會將有害的噪聲耦合到系統(tǒng)，通常應(yīng)該避免這樣的操作。對于 可提供 ±12 V雙極性電源的設(shè)計，可使用低成本、低壓差（LDO）穩(wěn) 壓器, 例如ADP333010，產(chǎn)生3 V或5 V優(yōu)質(zhì)電源，隨著溫度、負載和輸 電線電壓的波動可達到1.4%準(zhǔn)確度。

　　通信

　　單個變電站中的許多系統(tǒng)需要與遠端主系統(tǒng)控制器通信，通常要保 證電氣隔離。使用發(fā)光二極管（LED）和光電二極管的光耦合解決方 案正在被iCoupler?數(shù)字隔離器11所替代。iCoupler?數(shù)字隔離器使用 芯片級微變壓器，其數(shù)據(jù)傳輸速率是常用高速光耦的2～4倍，功耗 僅為1/50——從而降低了散熱功耗，提高了穩(wěn)定度并且降低了成本。

　　除了以上優(yōu)點，集成解決方案還能節(jié)省PCB面積并且簡化了布線。 ADuM140212 4通道數(shù)字隔離器支持高達100 MSPS數(shù)據(jù)傳輸速率和 高達2.5 kV額定隔離電壓。

　　RS-232經(jīng)常被用于連接多個系統(tǒng)，所以每個系統(tǒng)和總線之間的隔離 非常關(guān)鍵。數(shù)字隔離器不支持RS-232標(biāo)準(zhǔn)，所以它們不能用在收發(fā) 器和電纜之間；它們只能用在收發(fā)器和本地系統(tǒng)之間。ADuM1402 iCoupler數(shù)字隔離器與ADM232L13 RS-232收發(fā)器和隔離電源配合使 用，可以消除接地環(huán)路，并且可有效地防止浪涌損害。

　　對于使用RS-485協(xié)議的系統(tǒng)，可以提供ADM248*單片隔離的 RS0-485收發(fā)器（見圖5）。它支持高達20 Mbps數(shù)據(jù)傳輸速率和高達 2.5 kV隔離電壓。

　　圖5. ADM2486是一款低成本、小封裝帶隔離的RS-485收 發(fā)器。

　　信號處理 輸電線監(jiān)測應(yīng)用需要數(shù)字信號處理（DSP）完成復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算。 ADSP-BF53115高性能、低成本、低功耗Blackfin處理器非常適合完成 這些復(fù)雜的DFT或FFT計算。

　　Blackfin16處理器——高集成度系統(tǒng)芯片（SoC）——包含一個CAN 2.0B控制器、一個TWI控制器、兩個UART接口、一個SPI接口、兩