模擬比較器可識別三種信號關系

幾年前，我們正在開發(fā)鉗式光度計—一種可夾在通信光纖上顯示光的存在、傳播方向以及低頻測試音調制組合的手持設備。有了鉗式光度計，我們就可以在進行光纖切割和拼接前正確地識別出檢修孔或桿撐帳篷內的特殊光纖，從而避免因識別錯誤造成實時通信光纖意外切斷。

　　光纖被夾在彎曲處彈簧壓力較小的V形塊上。彎曲處的設計使少量內部信號可通過較為透明的保護層材料溢出，而設置在彎曲處兩端的一對光電二極管可檢測到釋放出的光。光傳播的方向由接收最強信號的光電二極管決定。對最具靈敏性的低電平信號檢測而言，放大器需在微伏區(qū)域工作，使截波穩(wěn)定式運算放大器成為最低輸入失調電壓的必要元素。

　　這起初看似是一個簡單的方法—將光電二極管信號應用到截波穩(wěn)定式模擬比較器上以確定方向。但是，這其中存在一個小問題：若光纖中存在雙向信號，如用于粗波分復用的雙向信號（向相反方向傳播1310nm和1550nm），我們會想要兩個方向的LED指示燈都亮起來。當然，僅靠任選其一狀態(tài)的比較器是無法實現(xiàn)這一目標的。

　　圖中的電路通過以下方式解決了這一問題：當兩個信號電平存在較大差異或其中一個信號不存在時，僅點亮適當方向的LED指示燈；當發(fā)光二極管發(fā)出的信號電平非常接近時，點亮兩個方向的LED指示燈，所需的閾值取決于超出該DI范圍的光纖夾持裝置的機械設計。若兩個方向均未出現(xiàn)信號，兩個LED指示燈均關閉，表明是暗光纖。

　　在本例中，按照原有生產國硬件配置使用了ICL7650S截波穩(wěn)定式運算放大器；而在實際生產中（為清晰起見，圖中省略了必要的外部穩(wěn)壓電容器），也可使用其他類型的運算放大器。串聯(lián)的二極管D1中設置了約1V的偏壓作為零信號參考電壓。在無輸入信號的情況下，R15會將比較器U3和U4的電壓維持在低水平，約偏離該參考電壓+2mV。

　　電路操作簡便。在光伏模式下運作的每個光電二極管促使相應的互阻放大器U1和U2輸出電壓，電壓值取決于所檢測到光的強度。各等級的電壓會被應用至比較器 U3和U4中。通過緩沖區(qū)U5的互阻放大器的輸出電壓與較大整體增益的結合，就可以推演出比較電壓電平。因此，該電平值為：通過R5和R1 2壓分的最大光電二極管電平除以最小光電二極管電平，以適應光纖內信號電平的巨大變化。隨著電阻器數(shù)值的顯現(xiàn)，只要較低的光電二極管電流值和較高的光電二極管電流值之間的差距不低于0.22x，指示兩個信號的LED指示燈都會亮；若電流值之差低于0.22x，只有指示最強信號的LED指示燈亮。