[發明專利]兼容多種數據采集模式的示波功率分析儀

在審

• 申請號: 202110284795.3
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113109613A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 許波;白利兵;耿航;陳子靈;田露露;陳凱;顏雁軍;鄒松庭
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01R13/02
• 分類號: G01R13/02;G01R21/06;G01R21/133;G01R23/02
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

本發明公開了一種兼容多種數據采集模式的示波功率分析儀，在采集FGPA板卡將數據傳輸至主FPGA板卡的過程中，采用緩存FIFO實現跨時鐘域處理，將數據及數據有效信號從采集FPGA板卡的時鐘域轉換到主FPGA板卡時鐘域下，其數據有效信號可以根據ADC采集頻率變化，以適配示波模式或是功率模式的需求；主FPGA板卡中為示波模塊和功率模式分別配置了示波模式存儲模塊ACQ_FIFO和M個功率模式存儲模塊POWER_FIFO，完成兩種工作模式的數據存儲。本發明對采集FPGA板卡到主FPGA板卡的數據處理架構進行改進，以支持多種數據采集模式。

技術領域

本發明屬于示波功率分析儀技術領域，更為具體地講，涉及一種兼容多種數據采集模式的示波功率分析儀。

背景技術

在電力系統的信號分析中，需要既對待測信號波形進行示波又需要對功率參數進行分析。常規的方法是使用一臺示波器和一臺功率儀來實現測試需求。但這樣會造成設備過多，接線冗雜，以及同步性差等問題。因此對集兩者作用為一體的儀器的需要就應運而生，這才有了示波功率分析儀的出現。示波功率分析儀在功能上同時具有了示波記錄儀和功率儀的效果。相比于功率儀能捕獲波形，實現用戶的觀測需求；而相比于傳統示波器，示波功率分析儀又可以準確地、可視化地測量各種電子設備中的功率信號，還能實現功率運算的需求。它將示波器的特性集成到了功率儀中，可以滿足功率測試中動態測量的需求，是復雜測試環境中極為高效且可靠的測試儀器。

一個示波功率分析儀通常由多個模塊構成，不同的模塊也有各自的工作時鐘，跨系統傳輸需要解決跨時鐘域問題，如果處理不好數據在不同時鐘域之間的傳輸那么傳輸數據將會失真，那么測試儀器將會失去其意義。此外，測試儀器具有多種工作模式，不同工作模式下的傳輸方式，控制信號皆有不同，因此，如何在設計時搭建一個穩定的、自適應的系統架構對于數據傳輸至關重要。

一般示波器具有高采樣率但是采樣時鐘固定的特點，而功率分析中如果采用定頻采樣會使得無法保證采樣整周期個待測信號，這樣進行功率分析時會產生頻譜泄漏，因此示波功率分析儀為了準確實現功率分析，常常需要引入變頻采集的功能，讓采樣時鐘會隨著待測信號的基波頻率變化而變化，保證整周期采樣。但定頻采集和變頻采集的數據流在傳輸以及后端數據處理時在諸多細節上均有不同，因此給兼容這兩種采集模式帶來了一定的挑戰。所以需要一種同時兼容示波和功率分析功能，且允許多通道同時工作的普適性架構，以實現不同采樣頻率切換時數據傳輸上的問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種兼容多種數據采集模式的示波功率分析儀，對采集FPGA板卡到主FPGA板卡的數據處理架構進行改進，以支持多種數據采集模式。

為了實現上述發明目的，本發明兼容多種數據采集模式的示波功率分析儀包括M塊采集FGPA板卡、主FPGA板卡和上位機，M表示數據采集通道數，其中：

每塊采集FPGA板卡包括ADC模塊、頻率測量模塊和倍頻模塊，ADC模塊用于對對應通道的輸入信號進行電壓數據采集和電流數據采集，然后將所采集的通道數據發送給主FPGA板卡；頻率測量模塊用于對輸入信號的基波頻率進行測量，生成與基波頻率相同的方波信號，再由倍頻模塊根據上位機發送的基波倍頻系數對該方波信號進行倍頻作為ADC模塊的同步采樣時鐘；

主FPGA板卡根據上位機設置的數據采集模式選擇對應模塊進行工作，對接收到的M個通道的電壓數據和電流數據進行處理，將處理結果發送至上位機；主FPGA板卡包含M個緩存FIFO、抽點模塊、拼合模塊、示波模式存儲模塊ACQ_MODE、功率模式存儲模塊POWER_MODE和觸發模塊，其中：