[实用新型]多通道ADC同步采样处理电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及电力系统继电保护设备对交流模拟信号的采集，属于工业测控技术领域。

背景技术

电力系统继电保护设备是当电力系统中的电气元件发生故障或不正常运行时，快速而准确地使断路器跳闸或发出信号的自动装置。现代微机继电保护设备通常通过保护算法来判断电力系统中电气元件的运行状态，而对交流模拟信号的实时采集是实现继电保护算法的基础。

对电力系统交流模拟信号的采集通常需要使用A/D转换芯片将模拟信号转换成为数字信号后交与CPU进行处理，这种A/D芯片与CPU直接交互的方式有局限性，一般由于CPU与A/D芯片通讯的专用接口资源有限，一般不可能同时处理多片A/D芯片产生的数字信号。而继电保护设备为了实现对电网的实时监视和保护往往需要同时采集很多交流模拟信号，这样一般情况下都会使用多片A/D转换芯片。以220kV母线保护设备为例，不考虑母联，按最大化设计考虑，一条母线上有1 2条线路，保护设备需要采集母线三相电压，每条线路采集三相电流，这样需要采集的模拟量为39路，按一片A/D芯片采集8路模拟量计算仍需要5片A/D芯片。所以CPU与多片A/D芯片同时进行数据交互的问题需要解决。交流模拟信号的多通道采集问题同样存在于其它工业测控领域。

实用新型内容

本实用新型要解决技术问题是：克服上述现有技术的缺点，提供一种多通道ADC同步采样处理电路，实现CPU同时处理多片A/D芯片产生的数字信号。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种多通道ADC同步采样处理电路，包括FPGA芯片，所述FPGA芯片(现场可编程门阵列)具有工作时钟电路、移位寄存器，其特征在于：所述FPGA芯片内部至少具有一个SPORT接口控制电路，以及至少两个与所述SPORT接口控制电路相连的相互独立的A/D芯片接口控制电路，所述SPORT接口控制电路通过串行接口与CPU通讯，所述A/D芯片接口控制电路与A/D转换芯片连接。

本技术方案是利用FPGA电路工作的实时性和并发性，利用内部超大规模的可编程逻辑模块(CLB)设计任意个独立的A/D芯片接口控制电路作为多通道输入控制电路和SPORT(Serial PORT)接口控制电路作为多通道输出控制电路，两种接口控制电路之间利用FPGA内部丰富的布线资源进行灵活匹配，所有电路均采用流水线工作模式，大大提高数据处理速度，实现数字信号的采集与转发。

本实用新型的工作原理如下：FPGA内部有若干A/D芯片接口控制电路和SPORT接口控制电路，每个A/D芯片接口控制电路独立工作，互不影响。每个SPORT接口控制电路同样独立工作。SPORT接口控制电路可以与任意A/D芯片接口控制电路进行灵活互连。FPGA电路使用CPU的控制信号触发A/D转换。A/D芯片接口控制电路按照通用的接口时序发出控制信号，在时钟节拍的驱动下将每片A/D的数字采样数据读出，并逐位移入内部移位寄存器，通道数据读取结束后将串行数据转换为并行数据进行保存。SPORT接口控制电路在收到CPU的请求后读取并行数据，并将其转换为串行数据，然后按照A/D芯片的接口时序将采样数据逐位移出。

这种使用FPGA基于串行通信模式控制若干A/D芯片获取采样数据，经实时处理后转发数据给CPU的技术即为多通道同步采样串行接口的虚拟ADC技术。

本实用新型的有益效果是：(1)本实用新型的电路结构简单，成本低；(2)并发接收若干A/D芯片的采样数据，采集数据量大，效率高；(3)数据采集速度快，实时性强。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1是本实用新型实施例1电路框图。

图2是本实用新型实施例2电路框图。

具体实施方式

实施例1

图1是继电保护设备交流模拟信号采集平台的原理框图，虚线框中的内容是本实用新型创新性部分。本实施的多通道ADC同步采样处理电路，包括FPGA芯片，FPGA芯片具有工作时钟电路、移位寄存器(图中未示意)，其创新之处在于：FPGA芯片内部具有一个SPORT接口控制电路，N个(多个)与SPORT接口控制电路相连的相互独立的A/D芯片接口控制电路，SPORT接口控制电路通过串行接口与CPU通讯，A/D芯片接口控制电路与A/D转换芯片连接。