时域反射仪的硬件设计与实现----关键电路设计(二）

3.2测量和参考通道设计

时域反射测量采用示波器显示原理，因此脉冲信号必须经过模拟通道做相应的信号调理，如衰减、跟随、放大、偏移、差分变换等，经过调理后的信号被送到模数变换器(ADC)。

模拟通道部分电路的作用，主要起到对脉冲信号做垂直方向上的处理，因为无论是衰减、放大还是垂直移位，信号的变化都表现在垂直方向上。如图4-15显示了脉冲信号在模拟通道上经过的相应处理。在时域反射测量中，信号的触发是采用在FPGA内部触发而成，因此模拟通道触发部分电路对于时域反射测量意义不大，只是在示波器模式下会采用。

3.2.1衰减和阻抗变换电路

从通道输入进来的脉冲信号最大幅度有可能达到+8V，这与发射脉冲的最大幅度有关。如果信号进入模拟通道以后，不做相关的衰减处理，由于脉冲幅度已近超过了采集系统所要求的1Vp-p，因此显示出来的信号已经超出屏幕显示范围，不能满足观察测量的需要，所以在脉冲信号被采集之前，必须经过衰减网络，以便将测试脉冲信号调整到合适的测量范围。一般情况下无源衰减网络电路结构如图4-16所示。

电阻衰减网络，主要是利用电阻分压特性来达到信号衰减的目的。如图中的Rl和R2作为分压电阻，Cl、C2、C3作为补偿电容，以提高衰减网络的高频特性。因为测量所用到的脉冲信号所包含的高频成分较多，为使高频信号不受衰减网络的影响，所以添加补偿电容十分必要。考虑到分布电容和引线电容的作用，C2是一个可调的电容器，这样通过调节C2的大小，使衰减网络达到最佳高频补偿状态。

从衰减网络送出的信号，信号驱动能力很弱，因为衰减网络一般都采用了兆欧级的电阻，因此必须通过阻抗变换的方式提高脉冲电流。为了不影响脉冲信号的传输，阻抗变换电路必须拥有以下优点：输入电阻大，输出电阻小，输入偏置电流小，高频特性好等特点。在一般电路结构中，常采用共集电极电路(射随器)

来起阻抗变换的作用，因为该电路结构刚好具备了以上优点。本设计并没有采用晶体三极管和其它分立元件来设计阻抗衰减网络，因为采用分立元件设计的阻抗变换电路，有很多不合适的地方，比如占用较多设计空间，整体性能不够高，比如输入偏置电压、偏置电流，引入噪声等。如图4-17所示。