多路跟踪滤波同步数据采集系统的研究
来源： 作者： 发布时间：2015-01-12 12:01:10 浏览量：1.2贴片电感 同步采样的实现方法
当采样速率是被测信号频率的整倍数，采样点包含整个周期，且满足采样定理时，用DFT频谱分析，频域不会发生泄漏，可完全消除误差[2]。因此采用硬件锁相环电路产生整倍于被测信号频率的方波来控制Σ-ΔA/D转换器实现同步整周期采样。倍频锁相电路如图3所示。
为使锁相环准确锁定在被测信号(ui或ii)的基波频率上，输入电压信号经3阶有源低通滤波器滤除60Hz以上高次谐波，经过零比较器输出对称方波，作为高速锁相环的输入信号fi。fi同时也用作DSP测量信号频率的信号源。
被测信号频率fi与反馈信号fo/N进行相位比较，其相位差信号经过低通滤波后，控制压频振荡器输出频率fo发生相应的变化，再经N分频后反馈到相位比较器，通过负反馈环路的快速调整，最终达到环路锁定。锁定时fo/N与fi的频率之差趋于零,即fo=Nfi。将锁相环产生的倍频信号fo作为Σ－ΔA/D转换器的主时钟信号，可以控制Σ-ΔA/D转换器实现同步数据采集[3-4]。
被测50Hz信号每周期采样1 024次，则采样率fs为51.2kHz，压控振荡器中心频率fo＝fs×256＝13.1 072(MHz)。压控振荡器上、下限频率设计为16MHz和10MHz，当被测信号在60～40Hz范围变化时，可以实现同步数据采集。同步采样率可通过编程选择每周期采样1 024、512、256和128次。
锁相环电路由高速锁相环芯片74HC4046A和分频器CD4060组成,电感器厂家产生AD73360L采集触发信号，74HC4046A压频振荡器最高输出频率可达24MHz。
1.3 跟踪滤波的实现方法
由于Σ-ΔA/D转换器实现同步采集，采样频率始终是被测信号频率的整倍数。由Σ-ΔA/D转换器的原理可知，抗混叠数字滤波器对2K个高速采样值Vo进行数字均值滑动滤波，滤除被测信号中二分之一采样频率以上的高次谐波。因此，抗混叠数字滤波器的截止频率始终跟踪信号频率变化，使它具有良好的抗混叠跟踪滤波功能。
1.4 模拟输入前端电路设计
由于采用Σ-Δ A/D转换原理，具有良好的内置抗混叠性能，所以对模拟前端滤波器的要求不高共模电感，用一阶RC低通滤波器就能满足要求[5]，从而省去由开关电容滤波器和复杂外围控制电路组成的抗混叠跟踪滤波电路，节省了成本。为了提高系统抗干扰能力，模拟输入通道采用差动输入方式，具体电路如图4所示。输入信号通过C1和C2耦合到ADC的模拟输入端。R1和C3、R2和C4构成一阶低通抗混叠滤波器。图中REFOUT是片内基准电压输出，通过R3和R4为输入端引入共模偏置电压，可根据需要配置为1.5V或2.5V。该电路可以把50Hz的交流信号直接耦合到AD73360L的模拟输入端。
1.5 频率测量方法
电压或电流信号经滤波整形后输入到锁相环的方波信号fi，也同时输入到DSP的CPI捕获输入端，利用DSP的捕获功能，检测两个相邻脉冲上升沿的时间间隔，计算出信号的频率。为提高测量精度，每次检测出N个相邻上升沿的时间间隔，求平均得信号频率。
2功率电感器 TMS320LF2407与AD73360L接口电路设计
2.1 AD7336电源电感器0L性能简介
AD73360L是ADI公司推出的６独立通道的16位串行可编程A/D转换器。每个A/D转换通道由程控放大器、高过采样率的Σ-ΔA/D调制器、抽取数字滤波器等组成。具有设计简便、结构紧凑、工作稳定和可以方便地在几种采样率之间选择等优点。与并行接口相比，采用串行接口的硬件连接线大为减少，这样不仅可以减少印制电路板的面积，还可以减少电磁干扰，从而使系统更加稳定地工作。在不影响系统工作速度的条件下，在系统设计中利用串行接口代替并行接口不失为一种很好的设计方法。
2.2 AD73360L同步串行口
AD73360L的16位同步串行口(SPORT)有输入、输出两个移位寄存器，它用6条通讯总线实现发送采样值和接收控制信息的双向同步通讯。它只能工作在主控方式。AD73360L的SPORT有三种工作模式：编程模式、数据模式和混合模式。
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