數(shù)字電位器X9313在微信號(hào)檢測(cè)中的應(yīng)用

在微信號(hào)檢測(cè)中，干擾從本質(zhì)上可以分為兩類(lèi)：其一為穩(wěn)態(tài)干擾，表現(xiàn)形式為變化不大或變化有規(guī)律的信號(hào)，主要來(lái)源于地線(xiàn)上的壓降、各個(gè)焊點(diǎn)的接觸電動(dòng)勢(shì)及工頻干擾。對(duì)于工頻干擾，可以采用模擬濾波的辦法處理，但無(wú)論采取如何嚴(yán)密的屏蔽措施及EMC設(shè)計(jì)，仍然很難完全消除干擾。其二為暫態(tài)干擾，表現(xiàn)形式為脈沖信號(hào)，主要來(lái)源于外界電磁波的作用或電源的波動(dòng)，對(duì)于此類(lèi)干擾，除了采取更合理的屏蔽措施及精選器件以外，沒(méi)有其他的辦法消除。本文主要討論了如何應(yīng)用數(shù)字電位器減少穩(wěn)態(tài)干擾的影響。

2 數(shù)字電位器X9313及其工作原理

X9313為工業(yè)級(jí)的32抽頭數(shù)控電位器，最大阻值為10 kΩ，采用8引腳，有DIP、OIC、FSSOP三種封裝形式。X9313的內(nèi)部功能框圖如圖1所示。它由輸入部分、非易失性存儲(chǔ)器和電阻陣列三部分組成。輸入部分的工作就像一個(gè)升/降計(jì)數(shù)器，其輸出經(jīng)過(guò)譯碼，控制接通某個(gè)電子開(kāi)關(guān)，這樣就把電阻陣列上的一個(gè)點(diǎn)連接到滑動(dòng)輸出端。電阻陣列是由32個(gè)等值的電阻和與之相配套的電子開(kāi)關(guān)組成。根據(jù)控制端的電平，計(jì)數(shù)器的內(nèi)容還可以?xún)?chǔ)存到非易失存儲(chǔ)器以便以后使用。

兩個(gè)頂腳引線(xiàn)分別接VH和VL，中間抽頭為VW。INC/U/D和CS為三個(gè)控制端，各引腳的功能如表1所列。CS為片選端，CS為低電平時(shí)，X9313選中。此時(shí)才能接收U/D和INC的信號(hào)。INC在下降沿使計(jì)數(shù)器增或減1(視U/D電平而定)。如果U/D=1，滑動(dòng)端向VH方向滑動(dòng)，Vw與VH之間的電阻減小一個(gè)階值。反之，如果U/D=0，滑動(dòng)端向VL方向滑動(dòng)。計(jì)數(shù)器輸出譯碼后，經(jīng)過(guò)32選1，使滑動(dòng)端的位置沿電阻陣列移動(dòng)。當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到某個(gè)極端(00000或11111)時(shí)，不會(huì)循環(huán)回復(fù)，從00000自動(dòng)變成11111，或從1111 1變成00000，也就是說(shuō)當(dāng)CS為高電平而INC也為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器的值存儲(chǔ)到非易失存儲(chǔ)器中，系統(tǒng)上電時(shí)，器件自動(dòng)將非易失性存儲(chǔ)器中的值送到計(jì)數(shù)器，作為計(jì)數(shù)器的輸出。X9313的時(shí)序如圖2所示。

3 實(shí)際應(yīng)用

XLPE電纜絕緣在線(xiàn)檢測(cè)，直流法和直流疊加法是兩種較常用的方法，但這兩種方法的現(xiàn)場(chǎng)抗干擾性較弱。由實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，電纜的絕緣電阻具有相當(dāng)大的分散性，因此在檢測(cè)過(guò)程中檢測(cè)范圍相當(dāng)廣。此外，在電纜絕緣檢測(cè)中存在的干擾幾乎無(wú)法解決。因此，要想精確地檢測(cè)出電纜絕緣老化過(guò)程中絕緣參數(shù)的變化，就必須設(shè)計(jì)出一種特殊的前置電路。使得它的檢測(cè)范圍足夠大，而且能夠防止干擾信號(hào)的影響。

對(duì)于高頻干擾和工頻干擾，可用低通濾波器實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)足夠?qū)挼臋z測(cè)范圍，在設(shè)計(jì)中采用兩級(jí)程控放大電路，將幾微伏的信號(hào)先放大到一定程度，同時(shí)，干擾信號(hào)也被放大，此時(shí)，通過(guò)一個(gè)4階的巴特沃思低通濾波器濾除高頻、工頻干擾可以把信號(hào)變成一個(gè)近似脈動(dòng)直流的信號(hào)，真實(shí)的有用信號(hào)就包含在這個(gè)信號(hào)中，此時(shí)要做的就是信號(hào)的分離，由于在高壓電場(chǎng)的作用下，電纜中的水分子不斷運(yùn)動(dòng)，其整流效應(yīng)不斷地發(fā)生變化，因此，信號(hào)中必然存在一個(gè)脈動(dòng)信號(hào)，用一個(gè)二極管的變參數(shù)模型描述電纜中的水樹(shù)整流效應(yīng)。

首先給出一個(gè)前提，即在短時(shí)間內(nèi)隨機(jī)干擾信號(hào)的平均值是不變的。在此前提下通過(guò)檢測(cè)一次基準(zhǔn)值，再檢測(cè)一個(gè)加直流電壓后的信號(hào)值的方法配合一定的算法實(shí)現(xiàn)信號(hào)分離。但在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，由于干擾信號(hào)幾乎將有用信號(hào)完全淹沒(méi)，放大電路極易飽和，在前置通道中不能實(shí)現(xiàn)增益足夠大的放大，為了解決這一問(wèn)題，可以應(yīng)用數(shù)字電位器實(shí)現(xiàn)一個(gè)程控差分對(duì)消器，使得信號(hào)的分辨率足夠大。圖3、圖4分別給出了用示波器捕獲的基準(zhǔn)信號(hào)及加電后的信號(hào)，此時(shí)為絕緣老化中期的信號(hào)。對(duì)比可以看出，已能夠?qū)⒂杏眯盘?hào)容易地分離出。

3.1 前置通道差分電路的設(shè)計(jì)

圖5給出電路設(shè)計(jì)圖。圖6為差分對(duì)消電路及次級(jí)程控放大電路。圖7為數(shù)字電位器X9313及外圍電路。

3.2 工作原理及軟件設(shè)計(jì)

在檢測(cè)信號(hào)基準(zhǔn)值時(shí)，調(diào)整程控增益電路到足夠大的增益，使得信號(hào)的分辨率足夠大，此時(shí)疊加直流信號(hào)后放大電路肯定會(huì)處于飽和狀態(tài)。因此，調(diào)整數(shù)字電位器的內(nèi)部電阻盡量讓信號(hào)的基準(zhǔn)值處于零附近，這樣使得加直流后的信號(hào)也盡可能的放大,通過(guò)對(duì)兩次的值相減，就可以得到有用信號(hào)的值。

軟件流程框圖如圖8所示。在軟件設(shè)計(jì)中，每次調(diào)整完數(shù)字電位器的位置后必須將其歸位，這一點(diǎn)是比較重要的，否則下次使用時(shí)將無(wú)法判斷其真正的位置。

4 結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用數(shù)字電位器X9313設(shè)計(jì)程控差分電路，基本消除了干擾信號(hào)及化學(xué)電動(dòng)勢(shì)的影響,提高了信號(hào)的分辨率，使得在強(qiáng)干擾下測(cè)量微弱信號(hào)成為可能。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，可成功地檢測(cè)出幾微伏的信號(hào)。