2.1 接口部分設計方案

　　接口控制部分主要完成光纖信號接收、轉發，主要完成的功能如光纖信號接收、放大;對兩路需要采集信號進行放大、選擇。這部分的關鍵技術在于光電/電光模塊的選擇，光接口波長全為1310 nm、多模、ST接口，主要采用HFBR-5905多模光纖收發器，同樣，光纖分路器也為1 310 nm、多模、ST接口，采用型號為DS25BR204的2分4信號分路器。

　　如圖3的接口板原理框圖所示，光信號經光電轉換后一分為二，一份提供給信號分析儀作為采集、存儲分析使用，另外一份直接作為輸出，提供給被測信號或試驗信號發生器。

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　　2.2 A/D采集控制板設計方案

　　A/D采集控制板是該系統的核心部件。由于考慮到光信號頻率較高，一般的A/D轉換器根本不能滿足本系統設計的要求，要達到該光信號分析儀中要求的采樣率大于光信號的25倍甚至50倍的要求，需采用高速A/D采集光信號。A/D采集控制板作為系統的核心部件之一，主要完成的功能有：光模擬信號的7級可變增益放大;光信號3 GHz的采集;信號的實時緩存，緩存深度達到50 K×8 b;信號的非實時存儲;信號的上升沿檢測(觸發);信號的抽取;ARM接口板控制接口實現等。采集控制板的原理框圖如圖4所示。采集控制板主要分成采集前端、控制存儲和電源管理3個部分。

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　　采集前端主要完成模擬信號的調理，信號的采集等功能。由ADC，可變增益低噪聲放大器和時鐘構成，其關鍵芯片A/D轉換芯片采用的是ADC08D1500。

　　控制存儲部分主要包括控制和存儲兩個部分。控制部分主要由FPGA來完成，主要功能包括：DDR數據的接收、時鐘管理、脈沖檢測、FLA-SH接口和ARM控制接口等功能。存儲部分由FPGA和NANDFLASH兩部分完成，其中FPGA提供RAM存儲，NAND FLASH提供ROM存儲，其關鍵芯片FPGA選定為XC5VLX30-1FFG676C。該FPGA總共包含300萬門，內置RAM為1 152 Kb，可用管腳為400個，最大支持200對LVDS，有32個專用乘法器資源。由于緩存深度要求為400 Kb，所以FPGA滿足緩存深度的要求。FPGA和AD前端的管腳消耗小于100位，和FLASH的管腳消耗小于60位，和ARM部分連接資源消耗小于100位，所以管腳資源肯定滿足要求。至于邏輯門數和乘法器的消耗也充分滿足系統要求。

　　電源管理主要為了生成板內所需要的各種電壓，根據主機板的需要，電源模塊能夠將電池提供的電壓轉換為多路電壓提供給主機板，而當接電源適配器時，不僅能對電池進行充電，還可以同時向主機板供電，其中的關鍵芯片DC/DC使用TPS54331實現5V直流轉換為所需要的1.0 V，1.8 V，2.5 V等直流電壓，其結構如圖5所示。

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　　另外，為了節省電池電量以及設備的安全運行，可通過軟件控制，當設備長時間沒有操作使用時，能實現系統自動關機。

　　2.3 顯示控制部分設計方案

　　該部分完成整個系統的人機界面、數據顯示、協議解析等功能，基本思路是在設定的工作模式下控制其他模塊進行放大、選擇、高速采集并存儲，完成波形顯示、處理等任務。還可以根據需要選擇被測信號的格式類型以及測試通道的切換。顯示板卡完成功能及連接關系如圖6所示。

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　　2.3.1 存儲器接口

　　該部分由三部分構成，即雙口RAM，NORFLASH及FRAM，其中RAM的數據來源于ADC采集板實時存放顯示控制板需要的數據;NOR FLASH存放需要備份的數據，如檢測到重要的數據信息等;FRAM是整個系統的BIOS，提供系統工作初始狀態等信息。

　　2.3.2 IEC61850規約

　　ARM對來自接口板的經光電轉換及采集板高速A/D轉換的9-1，9-2及GOOSE報文信號進行解析、注釋、報文存儲等操作。

　　2.3.3 人機界面

　　該部分包含人機交互界面控制、波形顯示等功能，實現用液晶顯示屏完成來自采集板的數據顯示，并通過鍵盤操作完成部分等同于數字存儲示波器的功能。如波形平移、放大、縮小以及測試通道的切換等操作。使操作者能更直接地觀察到變電站實時工作狀態信息。

　　3 結語

　　本文從硬件方面介紹了一臺基于ARM和FPGA用于完成數字化變電站實時信號的獲取、解碼、分析、顯示等功能的光纖信號分析儀的研究與設計。能快速直接的掌握變電站的工作狀態，設備的運行情況及報警、報修等有用信息。為了操作攜帶更為方便，以后將考慮將設備向小型化、手持式方向發展，這就需要設備在功耗、節能方面的表現更加優越。