電力系統(tǒng)中的電量信號都是在時間和數(shù)值上連續(xù)變化的信號，因此，都屬于模擬信號。而微機繼電保護裝置是對數(shù)字信號進行處理，故必須把模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C能夠處理的數(shù)字信號。
數(shù)字信號是在時間上離散、在數(shù)值上量化的一種信號。
模擬信號→數(shù)字信號，需要對模擬信號進行預(yù)處理。包括信號幅度的變換、利用模擬低通濾波器濾除信號中頻率大于采樣頻率一半的信號、采樣保持等環(huán)節(jié)。經(jīng)過預(yù)處理的信號才能輸入到a/d轉(zhuǎn)換芯片，進行模擬信號到數(shù)字信號的變換。
框圖（組成）：電壓形成回路、模擬濾波器alf、采樣保持器s/h、多路開關(guān)mpx、a/d轉(zhuǎn)換。
圖1 逐次逼近原理構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成框圖
一、電壓形成回路
1. 信號來源：微機保護與傳統(tǒng)保護一樣，它的輸入信號來自被保護線路或設(shè)備的電流互感器、電壓互感器的二次側(cè)。
2. 使用前提：互感器的二次側(cè)的電流或電壓一般數(shù)值較大，變化范圍也較大，不適應(yīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作要求，需要使用各種中間變換器來實現(xiàn)變換。
3. 中間變換器：:電流變換器tam；電壓變換器tvm；電抗變換器txm。
4. 輸入變換及電壓形成回路的原理：將電流互感器ta、電壓互感器tv的二次電流、電壓輸出轉(zhuǎn)化為計算機能識別的弱電信號，一般輸出信號為±5v或± 10v，具體由a/d芯片決定。
電流變換：一般采用電流變換器并在其二次側(cè)并電阻以取得所需電壓，改變電阻值可以改變輸出范圍的大?。灰部梢圆捎秒娍棺儞Q器。
◆電流變換采用電抗變換器的優(yōu)缺點：
優(yōu)點：由于鐵芯帶氣隙而不易飽和，線性范圍大，且有移相作用；
缺點：會抑制直流分量，放大高頻分量。
◆電流變換采用電流變換器的優(yōu)缺點：
優(yōu)點：只要鐵芯不飽和，其二次電流及并聯(lián)電阻上電壓的波形基本保持與一次電流波形相同且同相，即它的變換可使原信息不失真；
缺點：在非周期分量的作用下容易飽和，線性度較差，動態(tài)范圍小。
補充說明：電壓形成回路除了電量變換作用外，還起著屏蔽和隔離作用，使得微機電路在電氣上與強電部分隔離，從而阻止來自強電系統(tǒng)的干擾。
在設(shè)計輔助變換器時，可在一次、二次繞阻之間加入屏蔽層并可靠接地。
5. 典型微機保護電壓形成回路接線：
作用：用于三相電流（ia、ib、ic）、零序電流（i0）、三相電壓（ua、ub、uc）和線路電壓ul的輸入。
圖2 典型的微機保護電壓形成回路接線
二、模擬濾波單元
1. 采樣頻率要綜合考慮的多種因素：
第一：采樣頻率的選擇必須滿足采樣定理的要求，即采樣頻率必須大于原始信號中最高頻率的二倍，否則將造成頻率混疊現(xiàn)象，采樣后的信號不能真實代表原始信號；
第二：采樣頻率的高限受到cpu的速度、被采集的模擬信號的路數(shù)、a/d轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)與存儲器的數(shù)據(jù)傳送方式的制約。
2. 防止頻率混疊的方法：
因電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，故障初瞬電壓、電流中往往含有頻率很高的分量，為了防止頻率混疊，必須選擇很高的采樣頻率，但對硬件的要求相當(dāng)高。
為降低頻率要求，可在采樣之前先用一個模擬低通濾波器將頻率高于采樣頻率一半的信號濾掉。如選擇采樣頻率為600hz，則模擬低通濾波器應(yīng)將300hz及以上頻率的信號濾除。
3. 采樣頻率的選擇：
采樣頻率的選擇與保護原理采用的算法有關(guān)。如在微機保護中多采用傅氏算法，若選擇采樣頻率為600hz，采用傅氏算法時的濾波系數(shù)就變得簡單。
4. 有源濾波器：
◆定義：是指由rc網(wǎng)絡(luò)與運算放大器構(gòu)成的濾波電路（常用二階）。
◆優(yōu)點：具有良好的濾波性能
◆頻率特性：階數(shù)越高，其頻率響應(yīng)就越具有十分平坦的通帶和陡峭的過渡帶。
◆缺點：增加了裝置的復(fù)雜性和延時，故濾波器階數(shù)不宜過高。
三、采樣保持電路
這部分主要介紹什么是采樣保持電路，以及它的工作原理。
1. 采樣：是將一個連續(xù)的時間信號（正弦波信號）變成離散的時間信號（采樣信號）。
2. 理想采樣：抽取模擬信號的瞬時函數(shù)值，抽取的時間間隔由采樣脈沖來控制。
3. 采樣或離散化：把連續(xù)的時間信號變成離散的采樣信號的過程。
4. 作用：在一個極短的時間內(nèi)測量模擬輸入量在該時刻的瞬時值，并在模/數(shù)轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換的期間內(nèi)保持其輸出不變?？煞奖銓Χ鄠€模擬量實現(xiàn)同時采樣。
5. 工作原理：見下圖左，它由一個電子模擬開關(guān)as、保持電容器ch以及兩個阻抗變換器組成，模擬開關(guān)as受邏輯輸入端的電平控制，該邏輯輸入就是采樣脈沖信號。
6. 采樣保持電路（s/h電路）：
在邏輯輸入為高電平時as閉合，此時電路處于采樣狀態(tài)。ch迅速充電或放電到usr在采樣時刻的電壓值。as的閉合時間應(yīng)滿足使ch有足夠的充電或放電時間--即采樣時間。理想采樣時間越短越好。
應(yīng)用阻抗變換器i的目的：是它在輸入端呈現(xiàn)高阻抗，對輸入回路的影響很??；而輸出阻抗很低，使充放電回路的時間常數(shù)很小，保證ch的電壓能迅速跟蹤到在采樣時刻的瞬時值usr。
as打開時，電容器ch 上保持住as閉合時刻的電壓，電路處于保持狀態(tài)。
為提高保持能力，電路應(yīng)用了另一個阻抗變換器ii，它在ch側(cè)呈現(xiàn)高阻抗，使ch對應(yīng)充放電回路的時間常數(shù)很大，而輸出阻抗很低，以增強帶負載能力。
7. 采樣保持過程：
等間隔的采樣脈沖由微機內(nèi)部定時器產(chǎn)生。
采樣脈沖用于對信號（模擬量）進行定時采樣，從而得到反映輸入信號在采樣時刻的信息，即采樣信號。隨后在一定時間內(nèi)保持采樣信號處于不變的狀態(tài)—“采樣和保持信號”。
四、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)
這部分主要多路轉(zhuǎn)換開關(guān)的定義及它的輸入輸出。
1. 多路轉(zhuǎn)換開關(guān)：是將多個采樣/保持后的信號逐一與a/d芯片接通的控制電路。
2. 輸入及輸出：
一般多個輸入、一個輸出端和幾個控制信號端。
根據(jù)控制端的二進制編碼決定哪一個輸入端與輸出端接通。
在多個采樣保持電路公用一片a/d的系統(tǒng)中必須設(shè)有多路開關(guān)。
五、模數(shù)轉(zhuǎn)換器
模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以認為是一種編碼電路，它可以實現(xiàn)將模擬的輸入量ua相對于參考電壓ur經(jīng)過一個編碼電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量d，用二進制表示為：
d=b1x2-1+b2x2-2+。。。。。+bnx2-n
b1~bn為0或1。
d是一個小于1的數(shù)，d= ua / ur ，故模擬信號可表示為ua = ur d。
原理圖如下所示：
圖3 逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換原理框圖
逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換過程：
轉(zhuǎn)換開始，先設(shè)定一個數(shù)字量，這個數(shù)字量的最高位設(shè)為“1”，其余位設(shè)為“0”，將該數(shù)字量經(jīng)過一個d/a轉(zhuǎn)換電路變?yōu)榕c其對應(yīng)的模擬量u0，再將該模擬量與輸入的模擬量進行比較，由比較的結(jié)果修改設(shè)定的數(shù)字量。
如果設(shè)定的數(shù)字量經(jīng)d/a轉(zhuǎn)換后的模擬量小于待轉(zhuǎn)換的模擬信號，則保留設(shè)定的數(shù)字量的最高位“1”，否則置“0”。
再將次高位設(shè)為“1”，經(jīng)d/a轉(zhuǎn)換后再與待轉(zhuǎn)換的模擬信號比較，如果設(shè)定的數(shù)字量經(jīng)d/a轉(zhuǎn)換后的模擬量大于待轉(zhuǎn)換的模擬信號，則將設(shè)定的該位數(shù)字量置為“0”，否則保留“1”。
再將下一位設(shè)為“1”，經(jīng)d/a轉(zhuǎn)換后再與待轉(zhuǎn)換的模擬信號比較……
重復(fù)這一過程直到數(shù)字量的所有位確定下來，轉(zhuǎn)換過程結(jié)束。
a/d轉(zhuǎn)換的溢出和極性：
從a/d轉(zhuǎn)換的工作原理可以看出，對于4位的a/d轉(zhuǎn)換器而言，數(shù)字量d的最大輸出值1111，這個最大值經(jīng)d/a后得到一個udmax，通常不超過標準電壓ur（一般為10v）。
對于輸入的模擬電壓u（t），要求不超過最大值udmax ，如果出現(xiàn)u（t）>udmax，則a/d轉(zhuǎn)換的結(jié)果將保持為全1，從而造成平頂波，這種現(xiàn)象叫溢出。
逐次逼近原理原則上只適用于單極性的輸入電壓，即輸入電壓必須是正的，這就是單極性。如果為負u（t）總小于0，則不論負值多大，比較器輸出都是0。
實際上繼電保護所反映的電流和電壓都是雙極性的，為實現(xiàn)對雙極性模擬量的模數(shù)變換，需設(shè)置一個直流偏移量，其值為最大允許輸入量的一半。將此偏移直流量u偏同交變的輸入量相加變成單極性模擬量后再接至比較器。
雙極性接法允許的最大輸入電壓幅值將比單極性時縮小一半。如單極性時電壓范圍為0~10v，接成雙極性時偏置電壓取+5v，而輸入雙極性電壓最大允許范圍為±5v（見圖中波形）。
采用偏置電壓后，相當(dāng)于縱坐標平移最大值的一半，但不改變分辨率和基本量化單位或lsb。