三相高速数据收集方案支持智能化更高的电网管理

　　2 确保高精度三相监测

　　高精度三相功率监测必须同时采样全部模拟输入，以高精度计算瞬态功耗。Petaluma (MAXREFDES30#)子系统参考设计(图5)是高精度模拟输入前端(AFE)。Petaluma采用16位精度和8通道操作，监测智能电网，同时收集三相模拟数据。每通道250ksps的高速采样率支持±10V输入信号，确保高精度捕获故障事件，供电公司可在单个周期内立即采取措施。

　　Petaluma子系统也优化用于要求多路高速、高精度、同时采样模拟输入的应用，例如多相电机控制和工业振动检测。

　　适用于配电自动化的低功耗、完备信号链AFE，Petaluma子系统方框图如图6所示，接下来我们做进一步分析讨论。

　　Petaluma采用两片四路、超高精度超低噪声运算放大器(MAX44252)，对±10V输入信号进行衰减和缓冲，以匹配ADC (MAX11046)输入范围。运算放大器采用反相配置，所以信号的ADC输入的信号极性是反相的。ADC转换结果与电压的关系式为：10-CODE/65536 × 20。

　　MAX11046为8通道、250ksps、16位、单电源供电、双极性、同时采样ADC。虽然ADC内部提供了4.096V电压基准，如果Petaluma使用外部高精度电压基准MAX6126，可提供更高精度。MAX6126的初始精度为0.02%，最大温度系数(tempco)为3ppm/ºC。

　　MAX1659和MAX8881稳压器分别提供后端稳压，产生5V和10V电源。MAX765 DC-DC反相器和LM337负压LDO产生-10V电源。

　　Petaluma连接至FMC兼容现场可编程门阵列(FPGA)/微控制器开发板。子系统要求FMC连接器提供3.3V和12V。

　　3 针对ZedBoard™平台的固件

　　针对ZedBoard平台发布的Petaluma固件支持Xilinx^® Zynq^®片上系统(SoC)内部的ARM^® Cortex^®-A9处理器。固件利用Xilinx SDK工具用C语言编写，基于Eclipse™开源标准。固件连接硬件、收集采样并将其保存至存储器。固件接收命令，配置ADC，以支持250ksps最大采样率，通过虚拟COM端口将采样数据下载至标准终端程序。

　　4 性能测量

　　图7和图8所示为ADC采样的FFT图，以250ksps高采样率获得数据。这些动态测试结果表明，Petaluma子系统在信噪比和总谐波失真(THD)方面具有非常好的性能。

　　往往利用直流信号的直方图确定ADC系统的噪声。由于系统中存在噪声，ADC产生的结果将在主值附近。转换结果的分散性表示ADC的噪声信息。图9的直方图表明，计算得到的标准方差为0.711，非常好。此外，97.7%的转换结果在前三个中心主值之内。

　　注意，如要复现测试数据，要求精度高于被测件的信号源。为复现结果，必须采用低失真信号源。采用Audio Precision SYS-2722产生输入信号。利用Mitov Software的SignalLab中的FFT控件产生FFT。