基于Blackfin處理器的繼電保護完整解決方案解析

　　1. 高性能的核心組件

　　微機繼電保護設備除了擁有傳統的繼電保護設備基本的測試、保護功能外，還具有強大的數據處理能力、智能和通信能力，其優越性在電力系統實際應用中已經得到充分體現。但這同時對硬件平臺也提出了苛刻的要求，特別是作為核心器件的處理器的選擇至關重要。當前采用單CPU結構的繼電保護裝置在應對微機繼電保護需求最明顯的缺點是容易造成任務之間的沖突，引入等待周期，因而很多方案提出了以DSP為核心處理器的雙處理器模式的微機繼電保護設計方案，甚至一個DSP用于數據和算法處理、一個MCU用于系統控制、一個MCU用于LCD控制的三處理器解決方案。多處理器設計不僅帶來整體BOM成本增加，而且會降低系統可靠性并增大系統設計復雜程度(包括硬件和軟件)。

　　本參考設計的核心處理器采用了ADI公司于2009年初推出的針對工業應用優化的Blackfin處理器BF518。BF518繼承了ADI公司Blackfin匯聚式處理器的獨特優勢“基因”，兼具DSP的超強數據處理能力和RISC微處理器用于系統控制的優勢。相對于以往異構MCU+DSP方案，BF518能夠減少器件數量，節約系統成本，縮小電路板空間并降低功耗。與傳統的DSP類似，BF518處理器的每個處理單元都具有高時鐘速率和低功耗。同時，就像傳統的MCU一樣，這些匯聚處理器都采用界面友好的操作系統和編譯器。低成本的BF518處理器具有處理儀表級原始實時電力數據采集以及實現繼保設備和電網之間通信的能力，可提供一站式、低成本、易于配置的解決方案。

　　在BF518推出之前，Blackfin處理器的獨特優勢就在包括繼電保護在內的電力系統的多種設備中廣泛采樣，Blackfin所采用的高性能16/32位嵌入式處理器內核、靈活的高速緩存架構、增強的DMA子系統使系統設計人員能夠設計靈活的平臺以解決多種面向連接的應用。而BF518內置的以太網10/100 MAC(媒體訪問控制)更首次在Blackfin處理器中引入了內置的PTP_TSYNC引擎，實現了硬件支持的IEEE1588時鐘同步，與IEEE1588 version2標準完全兼容(通過硬件方式實現才能達到系統時鐘精度要求，是數字化變電站的發展趨勢)。BF518的這一特性與強大的數字信號處理及控制能力、多種其它外設的結合，使它成為要求苛刻的電力聯網應用最具吸引力的選擇。在滿足新一代繼保設備的存儲需求方面，BF518的更具明顯優勢，不僅具有NOR閃存、NAND閃存、鐵電存儲(FRAM)、SDRAM，還提供了支持Lockbox安全技術的一次性可編程存儲器(OTP)。隨著IEC61580規范的逐步推行，必將對處理器的處理能力提出更高的要求，包括更高的通信能力、存儲能力、智能特性的支持等。該參考設計所有的算法和程序僅占BF518處理器處理能力的30%，為客戶進行產品設計中的智能化、各種算法的擴展應用預留了足夠的處理性能余量。此外，BF518能夠在-40℃～85℃的環境溫度下工作，非常適用于繼電保護產品的應用環境。

　　該解決方案另外采用的核心器件是兩塊ADI公司最新推出的高性能同步采樣ADC AD7606，可以簡化下一代電力監控系統設計，提供16位八通道的采用性能，滿足下一代電力線監控系統設計所需的分辨率和性能要求，而其同步采樣特性也是高性能電力監測應用所要求的。AD7606可實現90dB的信噪比(SNR)?？蛇x的過采樣模式進一步提高了SNR的性能，該參考設計的實際測量表明，通過過采樣可以將ADC轉換精度提高到19.5位，并增強了抗混疊能力。此外，與同類解決方案相比，AD7606內置了基準電壓，僅需很少的去耦電容，因此實現了更高的集成度。用戶在采用該參考設計時，可以根據產品的最終成本、性能目標，自由選擇AD7606或其它替代器件。

　　圖1：基于匯聚式處理器BF518的繼電保護方案電路框圖。