频率采样电路

① 采样保持电路的技术指标

采样保持电路有采样和保持两种工作状态，这两种工作状态对于电路的性能，整个A/D转换部分性能都有很大的影响。在这两种不同的模式下，电路的特点也有一定的差别，下面根据采样保持电路两种不同的工作状态来分析其主要技术指标。
1）采样状态下的主要技术指标
偏移电压，是指在采样模式下，当输入端电压为零时，输出端的输出电压值。为了保证A/D转化芯片能够准确地采样，偏移电压的值应当满足式(1)
-最大变化频率，是指在采样模式下，输出电压最高的变化频率。这个频率值受到保持电容容值大小的影响，对系统的工作频率有一定的限制作用。
2）保持状态下的主要技术指标
降压速率，是指在保持模式下，输出端的输出电压值随输入时间变化的速率。降压速率满足式(2)
-馈通衰减量，是指在保持模式下，输入信号的电压值到经过采样保持电路后，在输出端输出时的减少量。为了使A/D芯片能够准确地采样出信号，馈通衰减量小于A/D芯片的最低有效位LSB的1/2。
3）状态转换时的主要技术指标
采样时间，是指当电路由保持状态切换为采样状态时，获取输入信号电压值所需的最大时间。 孔径延时，是指当电路由采样状态变为保持状态时，电容由充电开始，到电压稳定所经历的时间。孔径延迟是一个十分重要的技术指标，其直接影响着采样的速率和精确度。
4） 影响采样保持电路性能的主要因素
一个简化的采样保持电路模型如图所示
简化的采样保持电路模型
由简化了的采样电路模型可以看出，一个采样保持电路由输入、输出端口，切换开关以及保持电容等几个部分组成。因此，对其性能的影响也主要体现在以下几个方面： 首先，保持电容的容值。采样保持电路的保持电容值要根据实际应用综合考虑。如果容值较小，那么采样过程中电容的充电时间就较短，就能够较好地跟踪变化频率较高的信号，对前面提到的采样状态下的主要技术指标最大变化频率有很好的提高。但是，较小的容值会使电路在保持状态时放电较快，使得保持状态下的降压速率加大，从而影响系统的采样精度。因此，在实际的设计过程中，要结合系统要求，对保持电容的容值进行仿真优化，达到最佳效果。 输入输出端电阻值。输入输出端电阻值对电路性能的影响和保持电容的容值的影响一样，都是基于对电路充放电时间的长短来考虑的。一般情况下，我们希望输入端电阻值越小越好，这样在采样状态下，电容能够较快速地充电；我们也希望输出端所接电阻值越大越好，这样开关断开电路进入保持状态使系统放电较慢，进而降压速率降低，提高系统采样精度。 采样保持状态切换开关。切换开关的性能也对整个电路有着十分重要的影响。切换开关的导通和关断速度直接影响着采样保持电路的精度。如果开关的切换速度较慢，电路就不能在所需的时间切换到采样或者保持状态，进而无法满足系统对所接收的信号进行取样的要求，使采样到的信号失真。另外，切换开关本身也有孔径延时，孔径抖动的问题，这些都对电路性能有一定的影响。 结合上述分析，在设计采样保持电路时，一般在输出端接一个由集成运放构成的信号跟随器。由于运放的输入电阻一般较高，这样电容放电时间较短。在电容的输入端，也可以接集成运放，利用其输出电阻较小的特性，加快充电时间。在切换开关的选取上，尽量选择切换时间短，孔径延迟和孔径抖动都比较小的开关，这样才能保证采样保持电容的性能指标，进而提升系统的采样准确度。对于保持电容的选取，要利用仿真设计软件，对多种容值进行分析设计，达到采样和保持时性能的折中点，满足系统的设计要求。

② ADC芯片对频率为f0的信号直接采样转换而不需要采样保持电路 要求ADC的采样频率至少是多大

根据奈奎斯特准则，至少是2倍f0。
通用是5-10倍。

你要峰值也要保证能在出现峰值的时候采集到，如果不能满足奈奎斯特准则，出现峰值的时候你也有可能采集不到。

③ 采样保持电路在输入模拟信号频率很低时是否必要在频率很高时呢为什么

取决于采样频率和信抄号频率的比例，袭如果采样频率远高于信号频率则可不用，若采样频率接近信号频率就必须使用。但如果要测量环路的暂态特性，由于其通常包含尖峰等短脉冲，也需要采样保持。就是说只要在一个采样周期里信号幅度变化很小就可省去采样保持

④ 原题：被测信号为频率1K，Vpp=0.01V—4V的正弦波，使用STM32的AD进行采样。请设计相关电路

用电阻分压，输入再加一个电容滤波就可以了。这个频率很低的，很容易采集，STM32有M级的AD啊。这个信号才k级。

⑤ 频率采样电路原理

用尽可能高的频率采集信号，做FFT可以得到频谱。

⑥ 电压信号采样电路的设计

电压信号采样电路的设计：

电压采样电路：电压输入通道也为差分电内路，V2N引脚连容接到电阻分压电路的分压点上，V2P接地。

电压输入通道的采样信号是通过衰减线电压得到的，其中R11、R13、R47~R49、R55、R60、R75～R78、R80、R81为校验衰减网络，通过短接跳线S5至S13可将采样 信号调节到需要的采样值上，当电能表为基本电流时，电压采样值为174.2mV，为了允 许分流器的容差和片内基准源8％的误差，衰减校验网络应该允许至少30％的校验范围，根据图6的参数，其调节范围为168.9 mV～250 mV，完全满足了调节的需要。这个衰减网络的-3dB频率是由R80和C33决定的，R54、R73、R74确保了这一点，即使全部跳线都接通，R54、R73、R74的电阻值仍远远大于R80。 R80和C33的选取要和电流采样通道的R57、C21匹配，这样才能保证两个通道的相位进行适当的匹配，消除相位失调带来的误差影响。

⑦ 在对模拟信号的采集过程中，低通滤波电路的截止频率要怎么确定

根据采样定理，一般选用截止频率为采集频率的五分之一；这是从两方面考虑的：1、输出纹波；2动态响应速度。如果截止频率很低的话，动态响应会非常慢，这是两个互相制约的条件，要找到一个折中点。

⑧ 数字电路课程设计频率采集电路原理图

计数电路，控制电路，显示电路，（自动控制电路），这些差不多，具体自己找个

⑨ 怎么做一个高精度采样电路

高精度采复样电路的主要指制标：
1、高信噪比，噪声远远小于信号
2、足够的带宽，优良的频响特性，信号不失真
3、采样频率高于奈奎施特采样定律规定的频率，即信号带宽的2倍以上，工程应用建议5倍以上
4、高分辨率的AD转换器
5、良好的电磁兼容性

⑩ 哪些电能芯片检测采样电流的频率快

基于电能计量芯片CS5463A
的电子式电能表的设计
摘要：针对目前应用需求设计了一款新型多功能电子式电能表。本文主要介绍该电能表的主要功能以及
所采用的电能计量芯片CS5463A的特性、工作原理以及在电子式电能表中的应用电路，最后介绍了CS5463A
芯片通讯接口的实现。
Abstract Aim at the currently need of the multi-function Watt-hour meter,a new multi-function Watt-hour meter
was designed.This paper introces the main function of the Watt-hour meter and the functional speciality,working
principle and application electric circuit of its used energy IC CS5463A.This paper finally introces the realization of
the communication interface of CS5463A.
关键词：电子式电能表专用芯片CS5463A电量测量SPI总线
Key words:Electronic Watt-hour meter ASIC CS5463A Measure energy SPI bus
1、引言
电能计量作为计量工作的一个重要组成部分，是
电力企业生产经营管理及电网安全运行的重要环节，
其技术水平不仅事关电力工业的发展和电力企业的形
象，而且影响电能贸易结算的公平、公正和准确、可
靠，关系到电力企业、广大电力用户的利益。
近年来，电子式电能表在国际、国内得到了迅速
推广。国外许多IC（Integratecircuit）厂家不失时机的
推出了各种电子式电能表专用芯片。目前国内较为常
本文基于电能计量芯片CS5463A设计了一种电子
式多功能电能表。该表可计量正反向有功电能、正反
向无功电能、四象限无功电能；能够测量A、B、C各
相电压、电流、视在功率、有功功率、无功功率、功
率因数、相角、频率；计量正反向有功需量及8费率
分时需量；能分时计量最多8费率的电能量及需量数
据；计量变压器铜损、铁损；具有电能冻结功能、显
示与抄表功能、监控与事件记录功能、自检功能、负
荷曲线记录功能、权限与安全管理功能、IC卡参数设
置功能；具有两路独立的RS485通信接口，一路红外
光通信接口。
2多功能电子电能表的设计
本文所设计的多功能电子式电能表原理框图如图
1所示。该电能表由电流互感器、专业电能计量芯片
CS5463A、计量微处理器、管理微处理器、实时时钟、
数据接口设备（如通信接口、IC卡接口）和人机接口
设备组成（如按钮、LCD显示）。
电网电压经过电压分压电路转换成小电压信号输
入到CS5463A的电压通道输入脚，电网电流经过电流
互感器转换成电流小信号，再通过电流采样电路得到
小电压信号输入到芯片的电流通道输入脚。CS5463A
将转换后得到的信号进行数字处理并计算测得电网电
压、电流、功率等数据，再通过一个SPI口与计量微
处理器进行通信，将测量到的数据传输到计量微处理
器进行处理，如计算功率因数角、频率；判断有功无
功功率方向、电压是否逆相序；进行数制转换等。
计量微处理器与管理微处理器也是通过一个SPI
口进行通信，计量微处理器将以上数据处理结果传到
管理微处理器进行一系列功能实现，如电量累加、最
大需量计算、监控与事件记录等功能。
引导”的特点使CS5463A能独自工作，在系统上电后
自动初始化。在自引导模式中，CS5463A从一个外部
EEPROM中读取校准数据和启动指令。它内部带有温
度传感器，具有温度误差补偿、电压下降检测、相位
补偿等功能。
3.2 CS5463A的工作原理
CS5463A的XOUT、XIN为晶振输入输出脚，为
系统提供时钟，也可以通过XIN引入外部时钟；SCLK
为串行通信的时钟信号；SDO、SDI为串行通信的输
出输入脚；VIN+、VIN-为电压通道的输入引脚；IIN+、
IIN-为电流通道的输入引脚；PFMON为电压下降检测
脚。
CS5463A是具有功率计算引擎和电能-脉冲转换
功能的双声道ADC。电压通道输入引脚VIN±两端输
入电压信号，经10倍增益放大器放大，再通过二阶
调制器数字化；同时，电流通道输入引脚IIN±两端
输入电压信号。为适应不同电平的输入电压，电流通
道集成有增益可编程放大器（PGA），使输入电平满量
程可选择为±250mVrms或±50mVrms。通道数据再通
3.3 CS5463A的外部引脚电路
图2为CS5463A的典型应用电路图。电网电压经
过电压采样电路得到小电压信号输入到CS5463A的电
压通道输入引脚。电压采样电路由R205、R206、R207、
R208、C205组成。电压采样电路由精密电阻网络及滤
波电容组成。为了保证精度，采样电阻全部采用高稳
定度的精密电阻，误差为25ppm。电流互感器的电流
信号经过电流采样电路将电流信号转换为小电压信号
输入到CS5463A的电流通道输入引脚。电流采样电路
由R213、R201、R202、R203、R204、C207、C210、R209、
C206组成。C205、C207、C210起滤除高频谐波分量
的作用；R209、C206起滤波和抗混叠的作用；D201、
D203为输入保护器件，防止由于输入电压过高而造成
CS5463A的损坏。】
SDO输出将保持高阻抗；SCLK是控制数据输出AD转
换器或输入AD转换器的串行位时钟，在SCLK的电
平转换能被端口识别之前，CS必须被置为逻辑0，为
了和光耦合器相匹配，SCLK的输入端集成了一个施
密特触发器，以允许使用上升和下降时间较长的光电
耦合器直接驱动管脚。
另外，SDO具有吸收和输出5mA电流的能力，可
以直接驱动光电耦合器的LED，在吸收或输出5mA电
流时，SDO的驱动电压损失小于400mA。
一次数据的传输总是从向串口（SDI脚）发送有
效的8位命令（MSB位先）开始的。需要注意的是有
些命令的执行需要使用变换次数寄存器和配置寄存器
中的信息，首先向这些寄存器写入正确的信息对于这
类命令很重要的。当命令中包括写入操作时，在下面
24个SCLK周期内串口将持续从SDI脚读入串行数据
（MSB位先）。当发送读取命令时，串口将根据发出的
命令在下面的8、16或24个SCLK周期从SDO管脚上
串行输出寄存器内容。当读取寄存器数据时，允许微
控制器发出新的命令，新的命令将立即被执行并可能
结束寄存器的读取。在数据从SDO口移出时，在SDI
上出现的SYNC0命令（NOP）应当被禁止。
本文使用CS5463A设计的电子式多功能电能表性
能稳定、功能丰富，可用于发电厂、变电站、各种企
事业单位有功、无功电量计量。它是新一代电子式电
能表的代表，有着非常广阔的应用前景。
参考文献
1 CS6463A计量芯片用户使用手册.
2三菱单片机M16C/62P Group用户使用手册.
3日立单片机H8/3827用户手册.
4李晓轩.电子式电度表单芯片片上系统CS5460.电测
与仪表，1999，11.
5胡伟编著.单片机C语言程序设计及应用实例.人民邮
电出版社.