3、模拟量采集前端：CT/PT选型、采样电阻计算、运放选型（如AD8606）、抗混叠滤波器设计
好，咱们进入第三章。模拟量采集前端，说白了就是配电终端的「眼睛」和「耳朵」。CT（电流互感器）和PT（电压互感器）把一次侧的高电压、大电流，变成二次侧的小信号。然后我们再用运放去调理、用ADC去采样。
这一块要是没做好，后面算法再牛也白搭。我见过不少项目，CPU选得挺贵，算法也花里胡哨，结果采样精度上不去，一查，前端模拟链路就有问题。嗯，咱们今天就把这块彻底讲透。
3.1 CT/PT选型：别只看变比
很多人选CT/PT，上来就问「变比多少」。其实这只是第一步。我个人习惯，先看三个核心参数：精度等级、额定负载、线性范围。
- 精度等级：配电终端一般要求0.5级或0.2级。0.5级意味着在额定电流下，误差不超过±0.5%。别小看这个数，它直接决定了你的计量精度天花板。
- 额定负载（VA）：这个很多人会忽略。CT的二次侧不能开路，而且它带载能力有限。你选的采样电阻太大，CT会饱和，输出波形就削顶了。我遇到过一回，现场CT标称5VA，我算下来采样电阻功耗才0.1W，以为没问题。结果一测，波形失真严重。后来才发现，人家说的是「在额定负载下精度才保证」，你轻载反而精度下降。所以，选型时最好让CT工作在额定负载的25%-100%之间。
- 线性范围：配电终端要测故障电流，可能到额定电流的20倍甚至40倍。这时候CT不能饱和。选型时要看「准确限值系数（ALF）」，比如5P20，意思是在20倍额定电流下，误差不超过5%。
3.2 采样电阻计算：别让电阻成为瓶颈
采样电阻把CT/PT输出的电流信号，变成电压信号。这个电阻怎么选？我一般分三步走。
第一步：确定最大输入电压
ADC的参考电压是2.5V或3.3V。为了留出裕量，我通常把最大输入电压设计在参考电压的80%左右。比如参考电压2.5V，那最大输入就是2V。
第二步：计算电阻值
CT二次侧额定电流通常是5A或1A。假设是5A，变比5000:1，那二次侧额定电流就是1A。如果我们要在额定电流下输出1V，那采样电阻就是1Ω。但注意，故障电流下可能到20倍，那就是20A，电阻上电压20V，远超ADC范围。所以，我们通常用两级电阻：一个小的「主采样电阻」用于正常测量，一个大的「故障采样电阻」用于保护。
// 举个例子
// 额定电流5A，CT变比5000:1，二次侧1A
// 正常测量：采样电阻0.5Ω，额定电压0.5V
// 故障测量：采样电阻0.1Ω，故障电流20A时电压2V
// 两个电阻串联，中间抽头分别接不同ADC通道第三步：考虑功耗
电阻有额定功率。1A电流流过0.5Ω电阻，功耗0.5W。选0805封装（0.125W）肯定不行。我一般选2512封装（1W）或更大。而且电阻要选低温漂的，25ppm/℃以下，不然温度一变，采样值就飘了。
3.3 运放选型：AD8606为什么是经典选择
运放是模拟链路的「心脏」。选型时我主要看几个指标：输入偏置电流、输入失调电压、噪声密度、带宽。
AD8606 是我在配电终端项目里用得最多的运放之一。为什么？
- 超低偏置电流：1pA级别。CT/PT输出信号本来就弱，偏置电流大了会引入直流偏置，导致ADC采样偏移。
- 低失调电压：65μV典型值。这意味着你不需要额外做调零电路，省成本也省PCB面积。
- 低噪声：8 nV/√Hz。对于50Hz工频信号，这个噪声水平完全够用。
- 轨到轨输出：可以充分利用ADC的输入范围。
当然，AD8606不是万能的。如果你需要更高的带宽（比如测谐波到2kHz以上），可以考虑AD8676或OPA2188。但说实话，对于常规配电终端，AD8606已经绰绰有余。
我的经验：有一次项目赶工期，采购说AD8606缺货，建议用国产替代。我测了一下，偏置电流大了10倍，导致零点漂移了5mV。虽然软件可以校准，但温度一变又飘了。最后硬是等了三天等AD8606到货。所以，关键器件别轻易换。
3.4 抗混叠滤波器设计：别让高频噪声「混」进来
ADC采样有个基本定律：采样频率必须大于信号最高频率的两倍，否则会发生「混叠」——高频信号折叠到低频段，你根本分不清是真是假。
配电终端的信号主要是50Hz工频，但现场有大量谐波和噪声。我一般设计一个二阶低通滤波器，截止频率设在采样频率的1/3到1/4处。
举个例子：
ADC采样频率是4kHz（每周期80点），那截止频率设在1kHz左右。用Sallen-Key拓扑，两个电阻两个电容，简单可靠。
// 二阶低通滤波器设计
// 截止频率 fc = 1 / (2π * √(R1*R2*C1*C2))
// 取 R1=R2=10kΩ, C1=10nF, C2=4.7nF
// 计算得 fc ≈ 1.06kHz
// 品质因数 Q = 0.707（巴特沃斯响应，最平坦）这里有个坑：电容要用C0G或NP0材质的，别用X7R。X7R的电容值会随电压变化，导致滤波器特性偏移。我曾经吃过这个亏，滤波器设计得好好的，一上电发现截止频率变了，查了半天才发现是电容的问题。
最后，别忘了在ADC输入端加一个RC低通，作为「最后一道防线」。这个RC的截止频率可以设得高一些，比如100kHz，主要用来抑制采样瞬间的电荷注入和开关噪声。
嗯，模拟量采集前端就讲到这里。下一章咱们聊聊ADC选型和采样时序设计。记住一句话：前端做得好，后面全是享受；前端做不好，后面全是煎熬。