CN112511191A - 一种中压电力线信号采集自动增益控制装置 - Google Patents
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Abstract
一种中压电力线信号采集自动增益控制装置，包含采集信号输入模块、自动增益模块A1、A2，带通滤波模块、ADC数模转换模块、FPGA处理模块，采集信号输入模块，实时采集电力线上的信号；自动增益模块A1、A2，对采集信号进行增益；带通滤波模块，对采集信号进行滤波处理，确保其为主频信号；ADC数模转换模块，将采集信号从模拟信号转换为数字信号；FPGA处理模块，根据数字信号进行判断，若判断已出现钳位失真，控制自动增益模块A1、A2切换至低增益模式；若数字信号淹没在噪声中，则控制自动增益模块A1、A2切换至高增益模式。本装置接收信号动态范围较宽且成本可较低的信号采集装置对电力线通信来说有着巨大的市场应用及经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及电力线通信技术领域，具体涉及一种中压电力线信号采集自动增益控制装置。
背景技术
电力线通信系统中，信号采集装置采集到的信号随着线路距离及负载不同，采集到的信 号大小差异较大，采集装置处理器存在处理采集信号过大信号失真及采集信号过小淹没在噪 声中无法处理的问题。
目前电力线通信信号采集装置增益控制装置采用模拟端为固定放大的方式，然而该方式 导致接收信号范围受限；另外一种方式为专用电力通信芯片内置PGA控制，该方式同样存在 芯片输入范围受限，且定制芯片成本高昂。
发明内容
为解决上述现有技术存在的不足或缺陷，本发明提出了一种中压电力线信号采集自动增 益控制装置，该装置接收信号动态范围较宽且成本可较低的信号采集装置对电力线通信来说 有着巨大的市场应用及经济效益。
为实现上述目的，本发明提出了一种中压电力线信号采集自动增益控制装置，包含采集 信号输入模块、自动增益模块A1、A2，带通滤波模块、ADC数模转换模块、FPGA处理模块， 其技术方案如下：
采集信号输入模块，实时采集电力线上的信号，并将采集信号发送至自动增益模块A1、 A2；
自动增益模块A1、A2，对采集信号进行增益后，发送至带通滤波，增益公式如下：
带通滤波模块，对采集信号进行滤波处理后，确保采集信号为主频信号，并将其传输至 ADC数模转换模块；
ADC数模转换模块，将采集信号从模拟信号的型式转换为数字信号，同时输出转化为数 字信号至FPGA处理模块；
FPGA处理模块，根据接收的数字信号进行判断，若判断已出现钳位失真，则控制自动增 益模块A1、A2使其切换至低增益模式；若数字信号淹没在噪声中，则控制自动增益模块A1、 A2切换至高增益模式，以此确保输入的数字信号保持在合理范围内。
当采集信号较大时，为确保判断正确，判断逻辑为两个周期波形，ADC采集端显示钳位 失真，进行第一次低增益切换，切换后采集信号依然较大，进行第二次低增益切换，同样判 断两个周期波形，判断信号在正常范围内，保持该增益稳定采集。
当采集信号过小时，进行第一次高增益切换，若判断采集信号依然较小，进行第二次高 增益切换，知道判断采样信号在正常范围内，保持该增益稳定采集。
进一步的，自动增益模块A1、A2结构相同，包含反向放大器和模拟开关K1,其中：
反向放大器包含低噪声运算放大器D1、增益电阻Rg和反馈电阻Rf1、Rf2......RfN，增 益电阻Rg连接低噪声运算放大器D1的反向输入端，反馈电阻Rf1、Rf2......RfN一端与低 噪声运算放大器D1正向输入端相连，另一端与模拟开关CH1、CH2……CHN引脚相连；
模拟开关K1的COM引脚与低噪声运算放大器D1的输出端相连，其CMD引脚与FPGA处理 模块相连。
进一步的，FPGA处理模块通过控制模拟开关K1的CMD引脚，改变反馈电阻Rf1、Rf2、Rf3或RfN，实现不同增益的切换，组合方式的数量为N2。
附图说明
附图1为本发明中压电力线信号采集自动增益控制装置的系统框图。
附图2为本发明中压电力线信号采集自动增益控制装置的自动增益模块的电路架构图。
附图3为本发明中压电力线信号采集自动增益控制装置的带通滤波器模块幅频特性示意 图。
附图4为本发明中压电力线信号采集自动增益控制装置的低增益切换控制示意图。
附图5为本发明中压电力线信号采集自动增益控制装置的高增益切换控制示意图。
具体实施例
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。 基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其 他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种中压电力线信号采集自动增益控制装置，包含采集信号输入模块、自 动增益模块A1、A2，带通滤波模块、ADC数模转换模块、FPGA处理模块，其中：
采集信号输入模块，实时采集电力线上的信号，并将采集信号发送至自动增益模块A1、 A2；
自动增益模块A1、A2，对采集信号进行增益后，发送至带通滤波，增益公式如下：
带通滤波模块，对采集信号进行滤波处理后，确保采集信号为主频信号，并将其传输至 ADC数模转换模块；
ADC数模转换模块，将采集信号从模拟信号的型式转换为数字信号，同时输出转化为数 字信号至FPGA处理模块；
FPGA处理模块，根据接收的数字信号进行判断，若判断已出现钳位失真，则控制自动增 益模块A1、A2使其切换至低增益模式；若数字信号淹没在噪声中，则控制自动增益模块A1、 A2切换至高增益模式，以此确保输入的数字信号保持在合理范围内。
当采集信号较大时，为确保判断正确，判断逻辑为两个周期波形，ADC采集端显示钳位 失真，进行第一次低增益切换，切换后采集信号依然较大，进行第二次低增益切换，同样判 断两个周期波形，判断信号在正常范围内，保持该增益稳定采集。
当采集信号过小时，进行第一次高增益切换，若判断采集信号依然较小，进行第二次高 增益切换，知道判断采样信号在正常范围内，保持该增益稳定采集。
如图2所示，自动增益模块A1、A2结构相同，包含反向放大器和模拟开关K1,其中：
反向放大器包含低噪声运算放大器D1、增益电阻Rg和反馈电阻Rf，增益电阻Rg连接低 噪声运算放大器D1的反向输入端，反馈电阻Rf一端与低噪声运算放大器D1正向输入端相连， 另一端与输出端相连；
模拟开关K1的COM引脚与低噪声运算放大器D1的输出端相连，其CH1、CH2……CHN引 脚分别连接反馈电阻Rf1、Rf2......RfN，其CMD引脚与FPGA处理模块相连。
FPGA处理模块通过控制模拟开关K1的CMD引脚，改变反馈电阻Rf1、Rf2、Rf3或RfN，实现不同增益的切换，组合方式的数量为N2。
如图3所示，根据采集信号频率及带宽，设计带通滤波器模块中心频率Fo、通带Fp,根 据设计使用过渡带Ft，设计带通滤波器模块阻带Fp，根据指定的过渡带衰减倍数确定最终带 通滤波器参数，在此滤波器基础上保证采样信号经过自动增益控制模块、带通滤波器模块后， 主要信号为采集信号主频信号。
如图4所示，当采集信号较大时，为确保判断正确，判断逻辑为两个周期波形，ADC采 集端显示钳位失真，进行第一次低增益切换，切换后采集信号依然较大，进行第二次低增益 切换，同样判断两个周期波形，判断信号在正常范围内，保持该增益稳定采集。
如图5所示，当采集信号过小时，进行第一次高增益切换，若判断采集信号依然较小， 进行第二次高增益切换，知道判断采样信号在正常范围内，保持该增益稳定采集。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域 的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换， 这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求 保护范围之内。
Claims (4)
1.一种中压电力线信号采集自动增益控制装置，包含采集信号输入模块、自动增益模块A1、A2，带通滤波模块、ADC数模转换模块、FPGA处理模块，其特征在于：
采集信号输入模块，实时采集电力线上的信号，并将采集信号发送至自动增益模块A1、A2；
自动增益模块A1、A2，对采集信号进行增益后，发送至带通滤波模块；
带通滤波模块，对采集信号进行滤波处理后，确保采集信号为主频信号，并将其传输至ADC数模转换模块；
ADC数模转换模块，将采集信号从模拟信号的型式转换为数字信号，同时输出转化为数字信号至FPGA处理模块；
FPGA处理模块，根据接收的数字信号进行判断，若判断已出现钳位失真，则控制自动增益模块A1、A2使其切换至低增益模式；若数字信号淹没在噪声中，则控制自动增益模块A1、A2切换至高增益模式，以此确保输入的数字信号保持在合理范围内。
2.根据权利要求1所述的一种中压电力线信号采集自动增益控制装置，其特征在于，所述自动增益模块A1、A2结构相同，包含反向放大器和模拟开关K1,其中：
反向放大器包含低噪声运算放大器D1、增益电阻Rg和反馈电阻Rf1、Rf2......RfN，增益电阻Rg连接低噪声运算放大器D1的反向输入端，反馈电阻Rf1、Rf2......RfN一端与低噪声运算放大器D1反向输入端相连，另一端与模拟开关CH1、CH2……CHN引脚相连；
模拟开关K1的COM引脚与低噪声运算放大器D1的输出端相连，其CMD引脚与FPGA处理模块相连。
3.根据权利要求2所述的一种中压电力线信号采集自动增益控制装置，其特征在于，所述FPGA处理模块通过控制模拟开关K1的CMD引脚，改变反馈电阻Rf1、Rf2、Rf3……或RfN，实现不同增益的切换，组合方式的数量为N2。
4.根据权利要求1所述的一种中压电力线信号采集自动增益控制装置，其特征在于，所述带通滤波模块，根据采集信号的频率及带宽，设计带通滤波模块的中心频率Fo、通带Fp,并根据设计使用过渡带Ft，设计带通滤波器模块阻带Fp，最终根据指定的过渡带衰减倍数确定最终带通滤波模块的滤波参数。
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