时域反射仪的硬件设计与实现----关键电路设计(二）

为了保证信号在模拟通道上传输的完整性，本设计选用了一款高性能的单端转双端的差分集成运放LM6550.其-3dB带宽(bandwith)达到了400MHz，压摆率为3000V/us，输入噪声小，信号失真典型值为70dB，同时具有响应快，功耗低等特点，满足驱动高性能ADC的需求。在图中助和RF用来控制信号放大倍数，在这里的差分电路仅仅做单端到双端的变化，因此RG和RF都选用500Ω的电阻，即不做信号放大处理。Vcom幻以端是用来控制输出差分信号的共模电压，因为模数转换器要求输入差分信号的共模电压在1.9v~2.IV之间，所以通过Vcom来设置差分信号的共模电压，这样输出的差分信号就能与ADC的共模输入相匹配。从运放输出的信号在连接到ADC之前经过了一个简单的电阻一电容(R-C)滤波器，用来消除或者减轻混迭失真的影响。如果已知滤波器的截止频率FC，则可以通过下面式子来确定滤波电路中电阻和电容的大小。

式中CADC为ADC的输入电容。如本设计中设滤波器的截止频率为100MHz，电阻R取50Ω，CADC的大小为4pF，则计算出的电容大小约为25pF.

垂直位移电路用来将信号做垂直方向上的移动，对于多信号的显示有很多大的帮助。本设计的垂直位移电路并不是将单独将信号经过一个垂直位移电路，而是把垂直位移电路与差分变换电路相结合。即在差分运放的正向和反向输入端引入一对以1VDC电压为中心相互对称的垂直移位电压，该电压是通过加法的形式盛加到被测信号上的。而差分运放的输入端实际上也可以看作是双端输入模式，这样当在输入端加上一对信号时，实际的垂直移位电压就是这两个输入电压之差。

比如当正向输入电压为1V时，反向输入电压也是1V，则垂直移位电压为OV，即信号不做垂直移位;当正向输入电压为1.5V时，反向输入电压是0.5V，则垂直移位电压为1V，即信号向上移动1V的垂直位移，相当于屏幕上的十大格。同理当正向输入电压和反向输入电压分别为0.5V和1.5V时，信号向下移动了10大格。

在实际应用当中，信号的上下移动范围没有必要做到±1Odiv，因为整个显示屏的波形显示区域也只有±4div，因此将信号的上下移动范围做到±5div即可满足观察的需要，垂直移位控制电压就被限定在0.75V---1.25V之间变化。又因为垂直位移的控制电压都是通过DAC来产生的，DAC的输出范围为0V-2V，垂直移位控制电压的变化区间仅仅为DAC输出变化范围的四分之一，并没有有效的利用DAC的输出，可能会引入一定的误差。为此根据运算电路中的加法规则，设计出如图4-20所示的电路。

为了有效利用DAC的输出，在电路设计上取垂直移位控制电路与差分变换电路之间的连接电阻两倍与差分变换电阻中的RG，则经过运算以后，叠加到差分变换电路端的垂直位移电压降低到原来的一半，此时如果VOFF+等于1.5V，则VOFF-等于0.5V(VREF等于1V，由DAC提供)，叠加到差分变换运放的正、负输入端后，电压分别降为0.75V和0.25V，两者相差为O.5V，正好对应于屏幕上向上移动了5div，满足了设计要求，因此为了使信号在垂直方向上位移达到±5div，只要使VOFF+的变化范围在0.5V-1.5V之间即可。VOFF+直接由DAC送出，而DAC的最小步进为2mV，最大步进通过软件可调。如果采用最小步进的形式，VOFF+变化2mV时，通过运算以后，叠加到脉冲信号的垂直移位电压也只有2mV，仅仅对应屏幕上方的半个像素点(每个像素点对应4mV)，这样上下移动的速度会很慢，且实际意义不大，为此将DAC的输出控制信号的步进该为4mV，则可满足要求，用户在上下移动信号时，每按一次向上或向下键时，信号都可以向上或向下移动一个像素点。