一种基于光纤传输的监测信号处理系统

在高压监测系统中，要把由电流取样所提取出的高压侧的模拟电压信号，传输到低压侧显示，考虑到数字传输具有抗干扰性好以及高低压侧之间的绝缘要求，采用光纤作为通信的传输通道。光纤是由非导电材质做成，具有良好的绝缘性能，在电工领域中受到了越来越高的重视，利用光纤传输通信可以具有这样的几个特点，一是光纤可以作为高低压侧之间的绝缘介质，二是作为高压侧和低压侧信号通信的介质。而用光纤传输必须把电信号转换成光信号，常用的把模拟信号转换成数字信号的方法有压频转换方法和模数转换的方法两种。把数字信号转换成模拟信号的方法就是数模转换的方法。通过这个监测信号处理系统，可以得到理想的监测信号实时波形。

1 模拟信号转换为数宇信号的方法

信号要通过光纤传输，必须把模拟信号转换成数字信号，转换的方法可以采取多种方法进行。下面介绍常用的两种方法。

1.1 压频转换方法

压频转换是一种输出频率与输入信号成正比的电路，它是把模拟信号通过V／F变换变换为频率信号，用这个频率信号驱动发光二极管发光。它可以以频率的形式传输模拟信号，能通过光电隔离器，光纤链路，双绞线或同轴电缆和无线电链路传输频率信号使其不受干扰。由于高低压侧需要绝缘，决定用光纤传输，但压频转换的方法当用频率传输信号时在光耦合的时候会出现大的线性误差，影响精度。所以V／F变换的性能会直接影响到精度。

1.2 模数转换的方法

由于压频转换的方法把模拟信号变成数字信号具有速度比较慢的缺点，为了提高转换速度通常用模数转换的方法。常用的速度比较快的模数转换器是逐次逼近式的A／D转换器。对于A／D转换器的要求如下：

功耗小 由于高压侧的信号处理板所需要的电源在高压侧，所以尽量减少电路所需的功耗是一个很重要的问题；

采样率足够高 为了保证信号采样的分辨率，所选用的芯片要有足够高的分辨率；

信号要能串行输入 这是因为高压侧的信号要通过光纤传输，为了减少光纤所用的数量，要减少所用的传输通道，所以用有串行输入口的芯片能简化系统结构，提高系统的可靠性；

电压输入范围应该是双极性的 由于信号输入是双极性信号，就要求模数转换芯片的允许输入信号最好也是双极性的，这样可以避免转换时再对输入信号进行极性转换，从而简化整个电路设计，同时也能提高整个系统工作的可靠性；

保证系统的分辨率 为了保证整个系统的分辨率应该采用高位数的转换芯片。

综合以上的性能要求，系统选用了AD7894_10芯片。

AD7894_10可以工作在自动休眠模式和高速采样模式，高速采样模式的时序如图1所示。

在高速采样模式下，在一个最小持续时间为40 ns的低电平CONVST的下降沿到来时，开始转换，与此同时，转换指示信号BUSY变成高电平，转换结束后BUSY转为低电平，BUSY的最低持续时间为5μs，当转换结束后BUSY由高变低后紧接着在16个串行时钟脉冲SCLK的下降沿的作用下，依次输出16位补码形式的数字信号，其中前两位是数据引导位两个0，后面是14位补码形式的数字，在第16个SCLK的下降沿和下一个转换周期开始，也就是下一个CONVST的下降沿到来时的时间间隔要不能少于250 ns。