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Q 越 市 轨遵 交遇 舞 在之前的设计中， 本隔离采集单元采用 D S P 数字信号处理器 与通讯芯片相结合的方式。由于 DS P程序运行按照的是流水线 工作方式 ， 多任务同 步处理时需要通过中断实现。在进一步提高数据采 样速率和数据通信速度时， 对芯片资源形成 了一定 的限制 。而 F P GA 的并行处理任务方式 ， 使其可 以 在同一片芯片中对模拟量的采样 、 采样值 的读取 、 帧 数据的形成、 CR C 循环冗余校验码 校验 、 C MI 传 号反转码 编码等多任务生成相对应的任务模块 ， 各 模块相互联系、 相互配合且能各自独立并行工作， 可 以完全克服 DS P这方面的不足。另外 F P GA在帧 数据形成方面更加灵活， 对帧数据的结构、 长短可以 通过软件 自由改动 。数据传输的速度也可 以根据整 个装置的需要 ， 使波特率在较大的范围内进行调整 。 基于 F P GA在此场合的多种优势， 在新 的设计方案 中加以了应用。 2 O 3 年 外部 电 阻 能 够 为 所 有 输 入 提 供 超 量 程 保 护。 MAX1 1 4 4采用 4 ． 7 5 V 至 5 ． 2 5 V模拟 电源 以及 一 路灵活的 2 ． 7 V至 5 ． 2 5 V数字 电源供 电， 外 围 电路设计简单 。基本的设计框图如图 3所示。 DV1 I T D V f D CONVS T FK6 CS FL 5 S E H P DN R D FL1 W R FL3 EO FK5 F C 1 ． 2 D B [ 0 】 q - - - - 5 F E 3 4 F F l ～ 5 D B 【 1 5 】 F FG ⋯ I ～3 3． 5 ， 6 图 3 MAX1 1 0 4 4与 Xi l i n x F P GA接 口电路 2 方案设计 4 数据传输 图 2为隔离采集单元的硬件结构图。该模块总 体结构比较简单， 主要由X i l i n x F P GA、 A D转换芯 片 MA X1 1 0 4 4和光信号发送模块 HF B R一1 4 1 4组 成 。直流母线 的电压和电流模拟信号量经过滤波电 路处理后 ， 进入 MAX1 1 0 4 4采样芯片 ， 由 F P GA 实 现对采样进行控制 ， 采样转换 完成后 ， 再 由 F P GA 读取 MAX1 1 0 4 4采样值 ， 并且形成 串行 帧数据 、 进 行 CMI 编码 ， 然后经过光发送 模块传输 给 P U 单 元。下面具体介绍系统的设计实现。 多路模 2 系统硬件结构框 图 3 数据采样 采样 芯片使用 的是 Ma x i m 的 MAX1 1 4 4 ， 这 是一款 1 6位的 ADC 模数转换器 ， 提供 4个独立 的输入通道。器件具有独立的采样／ 保持 T ／ H 和 S AR 逐次逼近寄存器 电路 ， 能够以 2 5 k s p s的速 率对每个通道 同时采样 。MAX1 1 0 4 4可接受 5 V 输入 ， 内部 2 0 mA输入钳位电路配合一个简单 的 1 0 4 由于光纤通讯本身能实现 电气隔离 ， 并且具有 抗 电磁干扰能力 ， 因此采样的直流母线 电压 、 电流模 拟量相关数据通过光纤发送到保护处理单元。在数 据传输过程中， 首先将起始位数据、 特征位数据、 采 样值数 据、 C RC校验 数据 等组成 一 帧， 然后 进行 C MI 编码 ， 通过 串行 的方 式发送到保护处理单元 。 保护处理单元接收到数据 后， 进行解 码和 C RC校 验运算后 ， 将采样数据保护核心程序进行保护运算 处理 。基本 的帧时序和结构图如图 4 所示 。 L L ． I ． 5 T T ＼ 一 个 c L K 周 期， 丽泵稃鬲一 图 4基本帧时序和结构 图 由于收发设备间存在时钟误 差， 并 且会 不断累 积 ， 这将导致接收数据不正确 。因而需要采用一个 远远高于波特率的本地时钟信号对输入信号不断地 进行采样 ， 以不断 地让 接收器和发送 器保持 同步 。 本装置在设计过程 中采用 只有 波特率时钟周 期的 1 ／ 1 6的时钟信号 用一个波特率发送器专 门产生 ， 对输入信号进行采样 ， 并且结合 C RC校验运算 ， 充 分保证了光纤传输数据的高效可靠。 一
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