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

從電路圖中可以看到，對脈沖信號的放大并不是采用常規(guī)放大器電路中所采用的，利用反饋電阻與前置電阻的倍數(shù)關(guān)系來設(shè)定放大增益(Gain)，而是直接通過類似比較器的原理。因為正向輸入端的信號外矩形脈沖信號，上升沿比較陡，即從低到高變化的時間很短，如果將放大器的反相輸入端設(shè)定成一個固定電平，比如+5V，則當(dāng)正向輸入端的信號幅度小于+5V時，放大器的輸出端輸出低電平信號;當(dāng)正向輸入端的信號幅度大于+0.5V時，放大器的輸出端輸出高電平信號。

由于本系統(tǒng)要求的脈沖幅度不能太小，而采用單電源供電的話，最大輸出幅度也不會超過+4V，所以采用了±5V的供電方案，這樣根據(jù)器件特性，從放大器的輸出端輸出的脈沖信號幅度在士4左右，即低電平時為-4V，高電平時為+4V.利用TEK的100M示波器進(jìn)行實際測量，當(dāng)產(chǎn)生脈寬為500ns的脈沖信號時，輸入脈沖信號幅度在3.2V左右，經(jīng)過放大器放大以后，輸出脈沖從-4V到+4V跳變，即幅度保持在SV左右，滿足設(shè)計要求。

在放大電路中，放大器的使能信號EN，可以用來控制放大器的工作。如果在示波器模式下，放大器被禁止工作，EN引腳被拉低;當(dāng)進(jìn)入了時域反射測量模式下，放大器就必須開始工作，EN引腳必須置高。放大器的使能引腳的使能電壓要求最小在+3.3V以上，關(guān)斷電壓不超過+l.8V.FPGA的I/O為LVTTL電平信號，輸出最高電壓只在3.3V，并不能直接去驅(qū)動EN引腳，因此必須做電平轉(zhuǎn)換。經(jīng)過使能信號在FPGA內(nèi)部做一次反輸出后，利用普通三極管再做一次電平變換，即完成了對放大器的控制。

3.1.3.2脈沖信號分離

脈沖測量信號產(chǎn)生以后，就可以用作電纜測試。脈沖信號的送出也比較關(guān)鍵，它涉及到對脈沖信號反射波的測量。考慮到本設(shè)計對于時域反射的測量是利用雙通道來實現(xiàn)的，因此必定需要對脈沖信號的分離。在微波掃頻測量中，最常用的信號分離器件是：定向禍合器、駐波比電橋和功率分配器[24].寬頻帶高方向性定向禍合器是微波掃頻測量系統(tǒng)中傳統(tǒng)使用的信號分離器，近年來也出現(xiàn)了寬帶駐波比電橋在掃頻測量中顯示了很大的優(yōu)越性，而寬帶功率分配器用于掃頻衰減測量也有不少優(yōu)點，得到了日益廣泛的應(yīng)用。

寬帶高方向性定向禍合器是微波技術(shù)應(yīng)用中最廣泛的元件之一，其種類很多，設(shè)計各異，圖4-11介紹了一種利用高頻變壓器禍合的平衡電路[25l，其原理也類似一個定向耦合器。

當(dāng)脈沖信號施加到變壓器Tl上以后，此時脈沖通過脈沖變壓器Tl的原邊Ll在其副邊L2、L3上產(chǎn)生大小相同極性相反的電壓脈沖，分別加到被測線路和內(nèi)部阻抗平衡電路。如內(nèi)部平衡電路阻抗與被測電路波阻抗相近，則在發(fā)射脈沖的作用下，在L4、L5上產(chǎn)生一個大小相近，極性相反的電流信號，L6收到的信號極弱，達(dá)到了壓縮發(fā)射脈沖的目的。而當(dāng)線路上反射脈沖到來時，在L3與L5上產(chǎn)生的電壓大小相等，方向相反，回路電壓代數(shù)和為O，內(nèi)部平衡電路不起作用，反射脈沖電壓通過T2的線圈以全部變換到L6上，加到信號接收電路。該方法將發(fā)射信號抵消掉，而保留了反射信號。

駐波比電橋利用的是電阻惠斯頓電橋技術(shù)，在駐波測量中它能完成與定向耦合器相同的功能。因為它本身就是一個反射計，有方向性，故又稱反射計電橋或定向電橋，其基本電路如圖4-12所示。與平衡電橋的情況相反，現(xiàn)在采用的是失衡電橋，由失衡輸出的大小來確定駐波比。