时域反射仪的硬件设计与实现----关键电路设计(一)

从电路图中可以看到，对脉冲信号的放大并不是采用常规放大器电路中所采用的，利用反馈电阻与前置电阻的倍数关系来设定放大增益(Gain)，而是直接通过类似比较器的原理。因为正向输入端的信号外矩形脉冲信号，上升沿比较陡，即从低到高变化的时间很短，如果将放大器的反相输入端设定成一个固定电平，比如+5V，则当正向输入端的信号幅度小于+5V时，放大器的输出端输出低电平信号;当正向输入端的信号幅度大于+0.5V时，放大器的输出端输出高电平信号。

由于本系统要求的脉冲幅度不能太小，而采用单电源供电的话，最大输出幅度也不会超过+4V，所以采用了±5V的供电方案，这样根据器件特性，从放大器的输出端输出的脉冲信号幅度在士4左右，即低电平时为-4V，高电平时为+4V.利用TEK的100M示波器进行实际测量，当产生脉宽为500ns的脉冲信号时，输入脉冲信号幅度在3.2V左右，经过放大器放大以后，输出脉冲从-4V到+4V跳变，即幅度保持在SV左右，满足设计要求。

在放大电路中，放大器的使能信号EN，可以用来控制放大器的工作。如果在示波器模式下，放大器被禁止工作，EN引脚被拉低;当进入了时域反射测量模式下，放大器就必须开始工作，EN引脚必须置高。放大器的使能引脚的使能电压要求最小在+3.3V以上，关断电压不超过+l.8V.FPGA的I/O为LVTTL电平信号，输出最高电压只在3.3V，并不能直接去驱动EN引脚，因此必须做电平转换。经过使能信号在FPGA内部做一次反输出后，利用普通三极管再做一次电平变换，即完成了对放大器的控制。

3.1.3.2脉冲信号分离

脉冲测量信号产生以后，就可以用作电缆测试。脉冲信号的送出也比较关键，它涉及到对脉冲信号反射波的测量。考虑到本设计对于时域反射的测量是利用双通道来实现的，因此必定需要对脉冲信号的分离。在微波扫频测量中，最常用的信号分离器件是：定向祸合器、驻波比电桥和功率分配器[24].宽频带高方向性定向祸合器是微波扫频测量系统中传统使用的信号分离器，近年来也出现了宽带驻波比电桥在扫频测量中显示了很大的优越性，而宽带功率分配器用于扫频衰减测量也有不少优点，得到了日益广泛的应用。

宽带高方向性定向祸合器是微波技术应用中最广泛的元件之一，其种类很多，设计各异，图4-11介绍了一种利用高频变压器祸合的平衡电路[25l，其原理也类似一个定向耦合器。

当脉冲信号施加到变压器Tl上以后，此时脉冲通过脉冲变压器Tl的原边Ll在其副边L2、L3上产生大小相同极性相反的电压脉冲，分别加到被测线路和内部阻抗平衡电路。如内部平衡电路阻抗与被测电路波阻抗相近，则在发射脉冲的作用下，在L4、L5上产生一个大小相近，极性相反的电流信号，L6收到的信号极弱，达到了压缩发射脉冲的目的。而当线路上反射脉冲到来时，在L3与L5上产生的电压大小相等，方向相反，回路电压代数和为O，内部平衡电路不起作用，反射脉冲电压通过T2的线圈以全部变换到L6上，加到信号接收电路。该方法将发射信号抵消掉，而保留了反射信号。

驻波比电桥利用的是电阻惠斯顿电桥技术，在驻波测量中它能完成与定向耦合器相同的功能。因为它本身就是一个反射计，有方向性，故又称反射计电桥或定向电桥，其基本电路如图4-12所示。与平衡电桥的情况相反，现在采用的是失衡电桥，由失衡输出的大小来确定驻波比。