時域反射儀的硬件設(shè)計與實現(xiàn)----關(guān)鍵電路設(shè)計(二）

3.2測量和參考通道設(shè)計

時域反射測量采用示波器顯示原理，因此脈沖信號必須經(jīng)過模擬通道做相應(yīng)的信號調(diào)理，如衰減、跟隨、放大、偏移、差分變換等，經(jīng)過調(diào)理后的信號被送到模數(shù)變換器(ADC)。

模擬通道部分電路的作用，主要起到對脈沖信號做垂直方向上的處理，因為無論是衰減、放大還是垂直移位，信號的變化都表現(xiàn)在垂直方向上。如圖4-15顯示了脈沖信號在模擬通道上經(jīng)過的相應(yīng)處理。在時域反射測量中，信號的觸發(fā)是采用在FPGA內(nèi)部觸發(fā)而成，因此模擬通道觸發(fā)部分電路對于時域反射測量意義不大，只是在示波器模式下會采用。

3.2.1衰減和阻抗變換電路

從通道輸入進來的脈沖信號最大幅度有可能達到+8V，這與發(fā)射脈沖的最大幅度有關(guān)。如果信號進入模擬通道以后，不做相關(guān)的衰減處理，由于脈沖幅度已近超過了采集系統(tǒng)所要求的1Vp-p，因此顯示出來的信號已經(jīng)超出屏幕顯示范圍，不能滿足觀察測量的需要，所以在脈沖信號被采集之前，必須經(jīng)過衰減網(wǎng)絡(luò)，以便將測試脈沖信號調(diào)整到合適的測量范圍。一般情況下無源衰減網(wǎng)絡(luò)電路結(jié)構(gòu)如圖4-16所示。

電阻衰減網(wǎng)絡(luò)，主要是利用電阻分壓特性來達到信號衰減的目的。如圖中的Rl和R2作為分壓電阻，Cl、C2、C3作為補償電容，以提高衰減網(wǎng)絡(luò)的高頻特性。因為測量所用到的脈沖信號所包含的高頻成分較多，為使高頻信號不受衰減網(wǎng)絡(luò)的影響，所以添加補償電容十分必要。考慮到分布電容和引線電容的作用，C2是一個可調(diào)的電容器，這樣通過調(diào)節(jié)C2的大小，使衰減網(wǎng)絡(luò)達到最佳高頻補償狀態(tài)。

從衰減網(wǎng)絡(luò)送出的信號，信號驅(qū)動能力很弱，因為衰減網(wǎng)絡(luò)一般都采用了兆歐級的電阻，因此必須通過阻抗變換的方式提高脈沖電流。為了不影響脈沖信號的傳輸，阻抗變換電路必須擁有以下優(yōu)點：輸入電阻大，輸出電阻小，輸入偏置電流小，高頻特性好等特點。在一般電路結(jié)構(gòu)中，常采用共集電極電路(射隨器)

來起阻抗變換的作用，因為該電路結(jié)構(gòu)剛好具備了以上優(yōu)點。本設(shè)計并沒有采用晶體三極管和其它分立元件來設(shè)計阻抗衰減網(wǎng)絡(luò)，因為采用分立元件設(shè)計的阻抗變換電路，有很多不合適的地方，比如占用較多設(shè)計空間，整體性能不夠高，比如輸入偏置電壓、偏置電流，引入噪聲等。如圖4-17所示。