数字电位器X9313在微信号检测中的应用

1前言

　　在微信号检测中，干扰从本质上可以分为两类：其一为稳态干扰，表现形式为变化不大或变化有规律的信号，主要来源于地线上的压降、各个焊点的接触电动势及工频干扰。对于工频干扰，可以采用模拟滤波的办法处理，但无论采取如何严密的屏蔽措施及EMC设计，仍然很难完全消除干扰。其二为暂态干扰，表现形式为脉冲信号，主要来源于外界电磁波的作用或电源的波动，对于此类干扰，除了采取更合理的屏蔽措施及精选器件以外，没有其他的办法消除。本文主要讨论了如何应用数字电位器减少稳态干扰的影响。

2 数字电位器X9313及其工作原理

　　X9313为工业级的32抽头数控电位器，阻值为10 kΩ，采用8引脚，有DIP、OIC、FSSOP三种封装形式。X9313的内部功能框图如图1所示。它由输入部分、非易失性存储器和电阻阵列三部分组成。输入部分的工作就像一个升/降计数器，其输出经过译码，控制接通某个电子开关，这样就把电阻阵列上的一个点连接到滑动输出端。电阻阵列是由32个等值的电阻和与之相配套的电子开关组成。根据控制端的电平，计数器的内容还可以储存到非易失存储器以便以后使用。

　　两个顶脚引线分别接VH和VL，中间抽头为VW。INC/U/D和CS为三个控制端，各引脚的功能如表1所列。CS为片选端，CS为低电平时，X9313选中。此时才能接收U/D和INC的信号。INC在下降沿使计数器增或减1(视U/D电平而定)。如果U/D=1，滑动端向VH方向滑动，Vw与VH之间的电阻减小一个阶值。反之，如果U/D=0，滑动端向VL方向滑动。计数器输出译码后，经过32选1，使滑动端的位置沿电阻阵列移动。当计数器达到某个极端(00000或11111)时，不会循环回复，从00000自动变成11111，或从1111 1变成00000，也就是说当CS为高电平而INC也为高电平时，计数器的值存储到非易失存储器中，系统上电时，器件自动将非易失性存储器中的值送到计数器，作为计数器的输出。X9313的时序如图2所示。

3 实际应用

　　XLPE电缆绝缘在线检测，直流法和直流叠加法是两种较常用的方法，但这两种方法的现场抗干扰性较弱。由实验发现，电缆的绝缘电阻具有相当大的分散性，因此在检测过程中检测范围相当广。此外，在电缆绝缘检测中存在的干扰几乎无法解决。因此，要想地检测出电缆绝缘老化过程中绝缘参数的变化，就必须设计出一种特殊的前置电路。使得它的检测范围足够大，而且能够防止干扰信号的影响。

　　对于高频干扰和工频干扰，可用低通滤波器实现。为了实现足够宽的检测范围，在设计中采用两级程控放大电路，将几微伏的信号先放大到一定程度，同时，干扰信号也被放大，此时，通过一个4阶的巴特沃思低通滤波器滤除高频、工频干扰可以把信号变成一个近似脉动直流的信号，真实的有用信号就包含在这个信号中，此时要做的就是信号的分离，由于在高压电场的作用下，电缆中的水分子不断运动，其整流效应不断地发生变化，因此，信号中必然存在一个脉动信号，用一个二极管的变参数模型描述电缆中的水树整流效应。

　　首先给出一个前提，即在短时间内随机干扰信号的平均值是不变的。在此前提下通过检测基准值，再检测一个加直流电压后的信号值的方法配合一定的算法实现信号分离。但在实现过程中，由于干扰信号几乎将有用信号完全淹没，放大电路极易饱和，在前置通道中不能实现增益足够大的放大，为了解决这一问题，可以应用数字电位器实现一个程控差分对消器，使得信号的分辨率足够大。图3、图4分别给出了用示波器捕获的基准信号及加电后的信号，此时为绝缘老化中期的信号。对比可以看出，已能够将有用信号容易地分离出。

3.1 前置通道差分电路的设计

　　图5给出电路设计图。图6为差分对消电路及次级程控放大电路。图7为数字电位器X9313及外围电路。

3.2 工作原理及软件设计

　　在检测信号基准值时，调整程控增益电路到足够大的增益，使得信号的分辨率足够大，此时叠加直流信号后放大电路肯定会处于饱和状态。因此，调整数字电位器的内部电阻尽量让信号的基准值处于零附近，这样使得加直流后的信号也尽可能的放大,通过对两次的值相减，就可以得到有用信号的值。

软件流程框图如图8所示。在软件设计中，每次调整完数字电位器的位置后必须将其归位，这一点是比较重要的，否则下次使用时将无法判断其真正的位置。

4 结束语

　　应用数字电位器X9313设计程控差分电路，基本消除了干扰信号及化学电动势的影响,提高了信号的分辨率，使得在强干扰下测量微弱信号成为可能。经过实验证明，可成功地检测出几微伏的信号。