【TI技术专区】智能电网电流和电压测量最佳方案

智能电网是最近几年流行起来的新词，很多人都听说过，但是其具体意义可能很少有人知道。所谓智能电网，就是指电网本身拥有测量、控制和通信功能。在电流电压测量完成之后，用电公司和配电公司之间将要进行信息的交换。

两者之间生成一个能够保护、监视和优化互连组件运行的自动且分布广泛的电网。这个全新的自动网络可以使公共事业公司对于用户的需求做出更有效的响应，并且能够使用户通过不断获得更多的信息来控制用电量。

在目前的复杂电网中，需要监视或测量的电流和电压通道的数量正在快速增长。与这点直接相关的是如何处理手头的大量模拟输入，然后在信号数字化后，怎样在不使处理器接口负担过重的情况下将这些数据输入到处理器中。

一个合并单元就是使用通信网络将物理模拟世界与数字世界连接在一起的接口。模拟信号被转换为数字信号，并通过基于IEC 61850-9-2(采样值)通信协议的以太网进行传输。

TI针对合并单元中所使用的模拟前端 (AFE) 的参考设计 (TIDA-00307) 显示了如何通过添加额外的逐次逼寄存器 (SAR) 模数转换器 (ADC)，将多个通道(一次8条通道)以模块化的方式添加在一起来增加信号处理能力。

然后，多个ADC可通过使用SPI和ADC上提供的菊花链功能被连接在一起，从而最大限度地减少多个ADC到控制器的互联互通开销。

参考设计中使用的ADS8688 SAR ADC的数据吞吐量为500kSPS。此器件针对每个输入通道的集成式模拟前端电路，具有高达±20V的过压保护，一个支持自动和手动扫描模式的8通道复用器，以及一个具有极低漂移的片上4.096V基准。由单个5V模拟电源供电运行，器件上的每个输入通道可以支持±2.56V，±5.12V和±10.24V的真正双极输入范围。

此器件还提供二阶抗混叠滤波器，ADC驱动器放大器和一个扩展工业温度范围。此外，这个解决方案可实现同时采样。当两个器件以菊花链的方式连接在一起，并且同一芯片被置为有效，用于采样的话，ADC1的CH0和ADC2的CH0之间的采样延迟将最小。

文中的这套解决方案，充分显示出了合并单元在模块化显示方面的优势。能够根据不同的需要来随意增加通道数量，并且在能够在不增加处理器接口负担的情况下来实现与ADC的对接。TI的这套方案可以说是集小巧和高度集成于一身，还能实现多个ADC的同时采样。