時域反射儀的硬件設(shè)計與實現(xiàn)----關(guān)鍵電路設(shè)計(一)

3.1低壓窄脈沖源設(shè)計

脈沖信號源的整體設(shè)計包括脈沖信號的產(chǎn)生模塊設(shè)計、脈沖信號等效延時模塊設(shè)計，脈沖信號放大、發(fā)送模塊的設(shè)計。

3.1.1脈沖信號產(chǎn)生

脈沖的寬度通過計數(shù)器的方式來進(jìn)行控制，一個上升沿啟動一個D觸發(fā)器產(chǎn)生一個從低到高的電平變化，該電平變化作為脈沖的上升沿，同時用該高電平啟動一個計數(shù)器計數(shù)，計數(shù)時鐘的周期為Δt。計數(shù)值輸出端作為一個比較器的一個輸入，比較器的另一個輸入端被預(yù)置一個計數(shù)次數(shù)N，N的大小決定脈沖寬度，當(dāng)計數(shù)器的輸出與N值相同時，比較器輸出一個狀態(tài)信號將D觸發(fā)器清零，此時一個脈寬為N*Δt的脈沖信號已經(jīng)產(chǎn)生。如圖4一1所示。

從脈沖產(chǎn)生電路可知，POSEDGE信號通過D觸發(fā)器產(chǎn)生脈沖信號的前沿，同時該前沿使能一個8位寬度的二進(jìn)制計數(shù)器，計數(shù)器的輸出與預(yù)設(shè)寬度數(shù)值做比 較，當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)寬度時，比較器輸出端產(chǎn)生的上升沿信號觸發(fā)另一個D觸發(fā)器產(chǎn)生一個高電平信號(脈沖狀態(tài)信號)，該高電平信號將前面的D觸發(fā)器清零，即輸出 了脈沖信號的下降沿。PULs一ST是一個復(fù)位信號，高電平有效，即在產(chǎn)生脈沖以后需要將計數(shù)器和狀態(tài)信號清掉，以便為下次脈沖產(chǎn)生做準(zhǔn)備?？梢钥吹?，復(fù)位信號必須要和第2個D觸發(fā)器的輸出端進(jìn)行相與后才能工作，也就是說復(fù)位信號必須在脈沖完成之后才有效。

從上面兩個仿真圖可以觀察出，產(chǎn)生出來的脈沖寬度都超過了設(shè)定值，產(chǎn)生了誤差，可以看到誤差，主要是因為在POSEDGE信號上升沿時，計數(shù)脈沖信號過了半個周期才到，因此該誤差剛好為半個周期計數(shù)脈沖的時間，即為2.5ns，該誤差就是我們常說的±1誤差。在實際測量中，脈沖信號的前沿是最關(guān)心的部分，因此寬度的不準(zhǔn)確性對于測量不會造成影響。

3.1.2脈沖信號延時

前面已經(jīng)討論過，在時基為100ns/div時，剛好達(dá)到ADC的最大采樣極限(250MsPs)，當(dāng)時基進(jìn)入更快檔位時，如果要進(jìn)行正常的顯示就需要更多的數(shù)據(jù)。通過兩種辦法可以實現(xiàn)：軟件插值和等效采樣。采用軟件插值的方式會導(dǎo)致脈沖信號沿失真，影響測量準(zhǔn)確度，在這里采用順序時間等效采樣，即將采樣信號與脈沖信號做相對延時，相對延時的時間△t越小，等效采樣率越大，經(jīng)過多次采樣后，得到顯示所需要的數(shù)據(jù)。為了保證波形刷新率，等效采樣率隨時基可變，即時基不同時，相對延時的時間△t也不同。與此同時，在進(jìn)行順序等效的時候，時基越小，需要的等效延時的次數(shù)越多，即顯示單次波形需要采樣的次數(shù)越多。

表4一1給出了在不同時基情況下的相對延時的時間△t、采樣次數(shù)和等效采樣率。