如何在智能电网中大量监视、测量电流及电压数据

智能电网中的“智能”源自电网所具有的测量、控制和通信功能。一旦完成测量，配电公司和用户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。

TI的这个解决方案显示出合并单元是如何能够以模块化的方式实现，从而可以根据需要轻松增加通道数量，以及如何在不过度增加处理器接口负担的情况下实现ADC与处理器的对接。此外，这个解决方案不但紧凑小巧，具有高集成度，而且在使用多个ADC时可实现同时采样。