应对合并单元的设计挑战

德州仪器 (TI) 的集成电路和参考设计可帮助设计人员应对这些挑战。图 4 展示了合并单元的功能方框图。

下文将介绍合并单元中包含的一些互连子系统，用于执行信号扩展/捕获、处理和通信功能。TI 推荐的器件（在括号中）具有独特特性和功能，可简化关键元件的选择，并尽可能减少设计工作量。

• 处理器模块（使用 AM3359、AM4372、AM5706 或 AM6548），使用可编程实时单元和工业通信子系统 (PRU-ICSS) 连接到 ADC，包括一个用于处理电气参数和算法的数字信号处理器 (DSP) 内核，以及一个用于外部通信、用户界面和变电站通信协议执行的 Arm® Cortex®-A15 微处理器子系统。
• 以太网接口（DP83822、DP83840），能够利用可连接到主机（采用媒体独立接口 (MII) 或简化版 MII 和基于硬件辅助 IEEE 1588 PTP 的时间同步）的光纤电缆或铜线实现速度为 100Mbps 的通信。
• AC/DC（使用 UCC28600、UCC28740、UCC24630）宽输入、高效率、基于同步整流器的电源。

• 直流/直流电源树（使用 LMZM33604、TPS82085），包括外形小巧的高效电源模块、集成电感器和 >2A 的负载电流，由于在一个封装中集成了控制器、高侧和低侧 FET 和电感器，瞬态响应速度快，电磁干扰 (EMI) 较低。
• 存储器终端（使用 TPS51200、TPS51116），使用符合 JEDEC 的拉电流或灌电流型双倍数据速率 (DDR) 终端 LDO 或具有同步降压控制器、LDO 和缓冲基准的完整 DDR 电源管理器件。
• 交流模拟输入模块（使用 OPA4188、THS4541、ADS8588S、ADS8688、AMC1306x），包括交流电压和电流输入，用于保护、监控和测量。增益放大器可将传感器输出放大到 ADC 输入范围。16、18 或 24 位高精度逐次逼近寄存器或 Δ-Σ ADC，以每周期 80 或 256（或更高）次采样速率采集样本，使用每秒脉冲数或 Inter-Range Instrumentation Group 与全球时间基准同步。
• 直流模拟输入或 RTD 模块（ADS1248、ADS124S08），用于双向或单向直流电压或电流控制操作，可实现器件间的远程通信。24 位高精度 Δ-Σ ADC 可改善测量范围和精度。
• 二进制输入模块（ADS7957、ISO7741、ISOW7841），可监控电池，提供设备间互锁，并指示配置更改和状态。与基于光耦合器和齐纳二极管的设计相比，ADC 外加基于数字隔离器的架构使用的器件较少，可提升测量精度并降低电路复杂性。
• 继电器型或高速型数字输出模块（使用 TPS7407、DRV8803），用于报警和外部断路器操作。
• 模拟输入的板载瞬态保护（使用 TVS3300 或 TVS3301）和电路板级诊断（使用 HDC2010、TMP423 和 TMP235），用于测量环境温度/湿度，从而测量漂移补偿。

合并单元与不同类型的变压器连接，以进行测量，包括传统仪用互感器、NCIT（例如光学电流互感器，或用于电流的 Rogowski 以及用于电压的阻容式电压互感器 [RCVT]）。如 图 5 所示，连接到合并单元的 NCIT 提供了在单一器件中计量、保护和控制精度的选项。NCIT 技术可缩小变压器的尺寸并减轻其重量，节省空间和成本。

NCIT 可提供：

• 更高的测量精度，而且传感器的非饱和效果会带来较宽的动态范围。
• 测量瞬变和谐波时精度更高。
• 降低了内部电弧和二级开路故障的风险，提升了安全性。