信號調理電路

　　由于電壓傳感器輸出的電壓信號不正好在ADC的量程范圍內，故需要對信號進行調理，以滿足高速ADC的要求，保證ADC的正常工作，避免造成ADC的損壞。

　　高速數據采集及存儲電路

　　高速數據采集及存儲電路是行波法故障定位裝置的核心部分，主要由FPGA、ADC模數轉換器和2片SRAM構成。其中，FPGA采用Altera公司的240引腳PQFP封裝的EP1C12，它具有12, 060 LEs、52個M4K RAM blocks、2個PLLs、173個用戶I/O。ADC采用ADI公司的AD7822，它是一種8-bit A/D轉換器，單極性輸入，并行輸出;內含取樣保持電路，具有轉換后自動Power-Down的模式，電流消耗可降低至5μA以下。轉換時間最大為420ns，可滿足1μs采樣一次的轉換要求，SNR可達48dB，INL及DNL都在±0.75 LSB以內?？蓱迷跀祿蓸?、DSP系統及移動通信等場合。SRAM的任務是存儲高速ADC轉換的數據，由于高速ADC的轉換速率很高，這就要求數據存儲器有較大的存儲容量和較短的讀/寫時間，這里采用ISSI 公司的IS61LV25616。IS61LV25616是256k×16的高速異步CMOS靜態RAM，讀寫速度可達10ns，完全可以滿足要求。

　　具體工作過程： 線路正常運行時，沒有暫態信號輸入，3片AD7822在FPGA產生的高頻時鐘脈沖控制下并行地進行采樣和數據轉換，并將轉換的數據循環存儲在2片SRAM中的一片上，SRAM中永遠保留著等于RAM容量的最新數據。當三相故障行波信號中任一相的幅值高于預設的門檻值時，表明有故障行波信號被監測到，鎖存當前的時標，同時開始一個10ms的計時延時，在這段時間內繼續將ADC轉換的數據存儲到當前的一片SRAM。當10ms延時結束時，切換地址數據總線將采集的數據存儲到另一片SRAM上，同時通知MCU取走第一片SRAM中的故障行波數據和鎖存的時標，并通過GPRS DTU遠傳給中心端服務器做進一步的處理，實現故障波形分析，進而實現故障定位。若只采用1片SRAM，在10ms延時結束后，需暫時停止數據采集，待SRAM中數據取走之后才能重新采集數據，以保證有用的故障信息不被沖掉。如果在轉存暫態數據期間線路發生故障，則不能對其進行監測，造成故障數據漏記，無法定位。采用雙SRAM，由于MCU轉移數據和高速ADC繼續采集數據可以在FPGA的協調下同時進行，從而在一定程度上解決了以往裝置存在的循環存儲器死區問題。

　　單片機外圍電路

　　單片機(MCU)外圍電路主要包括3部分：與GPRS DTU連接的數據遠傳電路、與GPS模塊連接的時間獲取電路和與FPGA之間的數據通信電路。根據單片機需完成的功能，本系統中采用Microchip高性能RISC CPU PIC18F8520，它內部有32kB的FLASH程序存儲器和2kB的SRAM數據存儲器、1kB的EEPROM數據存儲器;運算速度可達10MIPS;可以工作在DC~40MHz的時鐘頻率范圍之內;具有外部存儲器接口，可方便地訪問外部存儲器中的程序或數據，便于與FPGA的數據通信;具有2個USART接口，支持RS-485和RS-232，其中一個USART接口與GPRS DTU連接，可對DTU進行配置并傳輸數據，另一個與GPS模塊相連，用來獲取精確到秒的時間信息。

　　無線通訊模塊采用成都眾山科技ZSD2110 GPRS DTU。ZSD2110是一款使用GPRS進行無線數據傳輸的終端設備，支持透明數據傳輸和用戶自由控制傳輸模式，本系統中采用透明數據傳輸模式，不用關系復雜的網絡協議，通過全透明串行口，就可進行無線數據收發，可大大簡化單片機軟件程序的設計。GPS授時模塊采用Garmin的GPS15XL，它是12通道的GPS接收機，精密授時類型精度可達±50納秒(典型值);具有串行端口，輸出為RS232，輸入可為RS232或者具有RS232極性的TTL電平，波特率從300~38400可選，默認為4800?？奢敵鯪MEA0183 2.0/3.0的ASCII碼語句/Garmin二進制格式信息。非常適合應用于車輛導航、海事導航、電力系統校時等。由于DTU和GPS模塊都是通過串行口與單片機連接，接口比較簡單，需特別說明的是單片機與FPGA之間的數據通信接口電路。單片機PIC18F8520需通過其EMI接口從FPGA獲取故障波形數據和時標信息。由于PIC18F8520的EMI接口中16bit數據線和低16bit的地址線共用，與FPGA之間不能直接相連，接口連接如圖3所示。

　　故障定位裝置的程序設計

　　故障定位裝置的程序設計包括FPGA的內部邏輯設計和單片機的軟件設計。

　　FPGA內部邏輯設計

　　FPGA的內部邏輯通過Altera公司的Quartus II集成環境，采用Verilog HDL硬件描述語言開發設計，分為以下幾個模塊。

　　(1)時鐘信號生成模塊：將50MHz的輸入時鐘通過計數器分頻得到需要的時標標定電路的時鐘信號、ADC轉換時鐘信號等系統需要的各種頻率的時鐘信號。