5.3.2 模拟量采集与发送接口
5.3.2.1 电压量输入接口
电压量遥测采集输入端一般由输入保护电路、模拟门、运算放大器和模数变换器组成。模拟量输入电压保精度测量范围一般为0～5 V，除了保精度测量范围外，还有一个安全输入电压范围，超过这个范围就可能损坏模拟量采集接口，如安全电压范围为-1～+10 V。为了不超出安全电压范围，在模拟量输出端须采取措施，如增加输出限压二极管。模拟量输出电路还应具有防止因负载短路而被损坏的保护措施，一个简单有效的方法是在输出端串接一个电阻，在遇到负载短路时起到限流作用。
如果遥测的模拟量同时又是系统实际使用的某个信号，这时就必须隔离遥测信号与使用信号，不允许由遥测端口引入故障损坏系统有用信号，建议各自用有源器件输出进行隔离，或者将两个信号用电阻隔开。
在模拟量遥测采集中，双机需要对输入的同一个电压模拟量信号进行采集，为了确保电压模拟量的采集精度，接口设计时要解决双机模拟开关并接状态下输入阻抗下跌和工作电源倒灌的问题。
1）单端电压量输入接口
根据模拟开关的输入特性，电压模拟量的输入接口可采用两种形式：①模拟开关处于冷机状态，该接口适用于模拟门输入端在冷机状态下为高阻状态，为了防止热机供电电源向冷机的倒灌，在冷机备份工作模式下，需要采取电源防倒灌措施；②双机模拟开关均处于加电状态，防止冷机状态下模拟门输入阻抗的下跌影响热机的正常模拟量信号采集。
模拟开关冷机工作模式如图5- 6所示。
图5-6 模拟开关冷机工作模式
电阻R1为A机、B机共用的输入下拉电阻，作用是防止输入端悬空，推荐阻值为1 MΩ；电阻A＿R1、B＿R1为输入保护隔离电阻，推荐阻值为1 kΩ；电容A＿C1、B＿C1为输入滤波电容，由RC电路组成对输入的模拟量信号进行滤波处理。该电路中模拟开关为冷备份，即A机模拟开关工作电源由A机电源提供，B机模拟开关工作电源由B机电源提供。为了防止热机电源对冷机电源的倒灌，在模拟开关的供电端均串联了二极管进行隔离。
模拟开关双热机工作模式如图5-7所示。
双机模拟开关的正负工作电源由双机的合成电源提供，即模拟开关的工作电源由A机和B机电源经二极管并联后提供。在这种工作状态下，无论单机是处于热备份还是冷备份状态，A机、B机的模拟开关始终处于热机状态，从而防止了冷机状态下模拟门输入阻抗的下跌对电压测量精度的影响。
图5-7 模拟开关双热机工作模式
2）差分电压量输入接口
差分电压量输入接口分为高端、低端接口，两个信号分别送到模拟开关电路，切换选择后送到差分电路，产生与本机模拟地对应的模拟量电压信号，并将该电压信号转换为数字量。差分电压量输入接口原理如图5- 8所示。
图5-8 差分电压量输入接口原理图
模拟量信号高端和低端输入到模拟开关电路的接口隔离方式，与单端电压量采集接口隔离方式相同。
5.3.2.2 电流量输入接口
电流量输入接口在输入端的电流通路上串联取样电阻以得到电压量，其典型电路如图5-9所示。电流量转换为电压量后的采集接口电路形式与单端电压量采集接口隔离方式一致，两个电阻R1用于电流取样。
图5-9 电流量输入接口典型电路
图5-10 电阻量输入接口典型电路
5.3.2.3 电阻量输入接口
电阻量输入接口主要用于热敏电阻即温度量的测量。其工作原理是将热敏电阻输入至电阻量输入接口，完成热敏电阻阻值到电压量的变换，再对该电压量进行采集。电阻量输入接口典型电路如图5-10所示，单机提供测温基准电压和上拉电阻，上拉电阻与外部输入的热敏电阻分压转换成电压量。
电阻量输入接口电路设计中，基准电压为电阻量的准确采集提供基准。基准电压产生电路主要为两种：
（1）将A机、B机的工作电源并联后经电源变换电路产生基准电压，原理如图5-11所示。图中，A＿V+和B＿V+分别为A机和B机的工作电源（一般为+12 V），电源变换电路采用三端稳压器。
图5-11 基准电压产生推荐电路1
（2）A机和B机分别产生基准电压，再通过继电器切换输出。原理如图5- 12所示。
图5-12 基准电压产生推荐电路2
公共基准电压值推荐采用5 V电压。热敏电阻和上拉电阻串联产生分压，其阻值变化使得分压值产生相应变化，该电路的精度主要取决于热敏电阻和上拉电阻的误差，以及基准电压的精度。
5.3.2.4 电压量输出接口
电压量输出接口的功能是完成双机中的一机模拟量输出，输出时要确保两台单机的模拟量隔离，可采用继电器切换的方式选择其中一路输出。双机电压量输出典型电路如图5-13所示。图中，A＿R1和B＿R1为模拟量输出接口保护电阻；K为继电器，由模拟量输出控制指令切换。
图5-13 双机电压量输出典型电路
5.3.2.5 OC型输入接口
针对用户端为CMOS器件的OC型输入接口电路，由于双机的输入接口并接在一起，既要考虑在双机正常工作状态下的切换性能，又要考虑在一台单机的输入接口发生故障时不能影响另外一台单机的状态切换，还要考虑双机在冷热机工作状态下的热机电源对冷机电源的倒灌。
根据输入端CMOS器件的特性，冷热机电源隔离可以采用输入端串接二极管或在工作电源端串接二极管的形式。对于输入CMOS器件为冷高阻的情况，二极管可以串联在上拉电阻上；对于不是冷高阻的CMOS器件，二极管串联在OC指令的输入端上。OC型输入接口典型电路分别如图5- 14、图5-15所示。
图5-14中，二极管A＿V1、B＿V1起A/B机电源隔离作用。电容A＿C1、B＿C1对输入的OC信号进行滤波，防止干扰脉冲导致状态切换。电阻A＿R2、B＿R2起输入信号隔离作用。
图5-15中，二极管A＿V1、B＿V1功能为隔离A/B机电源，二极管选用低压降的肖特基二极管。电容起到对输入信号滤波的作用，电阻A＿R2、B＿R2对输入信号起隔离作用。
5.3.2.6 OC型输出接口
OC型输出电路用于提供指令输出驱动接口，在电路设计时选用能够将输出直接连在一起的OC型输出驱动芯片（图5-16）。双机中A/B机分别控制各自的驱动芯片。
图5-14 OC型输入接口典型电路1
图5-15 OC型输入接口典型电路2
该电路在双机中的一机断电情况下，输出端处于高阻状态，可以实现双机隔离。OC驱动芯片内部包含四路独立的指令驱动模块，驱动电流可达200 mA。