模拟量输入通道

模拟量的输入、输出原理电力系统中的电流、电压、有功功率、无功功率、频率、水位、温度等均属模拟量。模拟量都是随时间连续变化的物理量。模拟量输入电路的作用是隔离、规范输入电压及完成模数转换，以便于CPU接口完成数据采集任务。根据模数转换原理不同，模拟量输入电路分两种：一是基于逐次逼近型AD转换方式，直接将模拟量转变为数字量；二是利用电压频率变换（VFC）原理进行模数变换，它是将模拟量电压先转换为频率脉冲量，通过脉冲计数变换为数字量的一种变换方式。基于逐次逼近型A/D转换模拟量输入电路模拟量输入通道由以下几部分组成：1.电压形成电路2.低通滤波电路3.采样保持器4.多路模拟开关5.模/数（A/D）转换器逐次逼近型A/D转换模拟量输入电路框图变换器电压形成回路电压形成回路低通滤波采样保持低通滤波采样保持多路转换开关A/D总线来自互感器的信号.........模拟量输入电压变换原理图（一）、电压形成电路作用：将电压降低到AD转换芯片所需电压，并实现一次设备与微机的隔离。（二）低通滤波器和采样定理采样过程示意图（1）连续时间信号的采样。对模拟量进行采样，就是将一个连续的时间信号f(t)变成离散的时间信号f'(t)。采样周期与采样频率：采样时间间隔由采样控制脉冲f(t)来控制，相邻两个采样时刻的时间间隔称为采样周期，用Ts表示。采样频率fs=1/Ts例：被采样信号是工频50Hz，若工频每个周期采样12次，则采样频率fs=50*12=600Hz.(2)采样定理。采样是否成功，主要表现在采样信号能否真实的反映出原始连续时间信号中所包含的重要信息，采样定理就是回答这个问题。采样频率的选择采样间隔Ts的倒数称为采样频率fs。采样频率的选择是微机保护硬件设计中的一个关键问题，为此要综合考虑很多因素，并要从中作出权衡。采样频率越高，要求CPU的运行速度越高。因为微机保护是一个实时系统，数据采集系统以采样频率不断地向微型机输入数据，微型机必须要来得及在两个相邻采样间隔时间Ts内处理完对每一组采样值所必须做的各种操作和运算，否则CPU跟不上实时节拍而无法工作。相反，采样频率过低，将不能真实地反映采样信号的情况。由采样(香农)定理可以证明，如果被采样信号中所含最高频率成分的频率为fmax，则采样频率fs必须大于fmax的2倍(即fs＞2fmax)，否则将造成频率混叠。(3)采样保持器的工作原理采样保持器的基本组成电路

3、采样保持器（S/H）采样保持器的作用

（1）保证转换时的误差在A/D转换器的量化误差内（2）实现多个模拟量的同步采样4、多路转换开关多路转换开关又称多路转换器，它是将多个采样保持后的信号逐一与A/D芯片接通的控制电路。它一般有多个输入端，一个输出端和几个控制信号端。在实际的数据采集系统中，被模数转换的模拟量可能是几路或十几路，利用多路开关(MUX)轮流切换各被测量与A/D转换电路的通路，达到分时转换的目的。在微机保护中，各个通道的模拟电压是在同一瞬间采样并保持记忆的，在保持期间各路被采样的模拟电压依次取出并进行模数转换，但微机所得到的仍可认为是同一时刻的信息(忽略保持期间的极小衰减)，这样按保护算法由微机计算得出正确结果。

多路开关的作用和要求

多回路分时共用A/D、D/A转换器

1）逐次逼近式A/D转换器

5、模数转换器(A/D转换器，或简称ADC)A/D转换器的主要技术性能（1）分辨率：分辨率反映A/D转换器对输入模拟信号微小变化响应的能力，通常以数字量输出的最低位（LSB）所对应的模拟输入电平值表示。N位A/D转换能反映1/2n满量程的模拟量输入电压。一般用A/D转换器输出数字量的位数来表示分辨率。

A/D位数分辨率

8

10

1214161/28=1/2561/210=1/10241/212=1/40961/214=1/163841/216=1/65536（2）精度：①绝对精度：对应一个数字量的实际模拟量的值和模拟量的理论值之差，为绝对误差。用数字量的最小有效位表示。例如：±1/2LSB,±1LSB②相对精度：(相对误差/满量程的模拟量）×100%（3）转换时间：完成一次A/D转换所需的时间。例如：AD574A的转换时间为25～35μsAD1674A的转换时间为10μsMAX125的转换时间为3.5～13μs（4）量程：A/D转换器所能转换的模拟输入电压的范围①单极性：0～＋5V，0～＋10V，0～＋20V，②双极性：－2.5～＋2.5V,－5～＋5V,－10～＋10V

（5）输出逻辑电平：多数为TTL电平，即0～