利用比較器/DAC組合解決數(shù)據(jù)采集問題

TDR工作原理類似于雷達(dá);沿著線纜發(fā)送一個(gè)主脈沖并監(jiān)測由開路、短路、或者其它電纜阻抗不連續(xù)產(chǎn)生的反射。發(fā)射脈沖及其反射波傳輸延時(shí)間隔大約為每英尺3.3ns,假設(shè)線傳輸速率為0.6c (光速的十分之六)。那么，在電子學(xué)上10ns時(shí)間分辨率可分辨出大約3英尺距離的不連續(xù)性。

接收到的脈沖幅度和發(fā)送脈沖幅度的比用于計(jì)算反射系數(shù)。知道反射系數(shù)和電纜阻抗就可以計(jì)算不連續(xù)阻抗，從這些信息可推斷出不連續(xù)的原因。同軸電纜在反射回路上對(duì)脈沖的衰減使其變得復(fù)雜，因此，軟件必須對(duì)此進(jìn)行補(bǔ)償，通常根據(jù)測量距離施加一個(gè)幅度修正。

本應(yīng)用中的ADC必須每個(gè)5ns轉(zhuǎn)換一次(200Msps)。盡管廠商可以提供這種ADC,但價(jià)格非常昂貴，而且功耗大，通常不適合便攜式應(yīng)用。

實(shí)際應(yīng)用中的手持式TDR模擬前端(圖8)能夠說明上述觀點(diǎn)。為了便于說明，這里沒有包括數(shù)字電路。盡管簡單并且沒有特殊元件，該電路仍具有很好性能。能夠可靠地測量端接阻抗并且對(duì)于500英尺長的電纜具有5%測量精度?？蓽y量長達(dá)2000英尺的開路或短路故障。重要的是，系統(tǒng)(包括顯示和數(shù)字電路)可在9V堿性電池下工作長達(dá)20小時(shí)。

圖8. 該時(shí)域反射計(jì)的模擬部分采用DAC/比較器代替ADC

圖8中比較器(IC3)采用單電源供電、地電位檢測以及僅10ns傳輸延遲。DAC (IC4)為雙通道器件，一方面用于脈沖高度測量，另一方面驅(qū)動(dòng)LCD對(duì)比度控制(如圖3)。注意DAC為反向驅(qū)動(dòng);電流輸出端連接在一起由經(jīng)過緩沖的電壓基準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)，基準(zhǔn)輸入作為電壓輸出(每路帶有一個(gè)外部放大器緩沖)。

利用簡單的脈沖單穩(wěn)態(tài)電路(沒有列出)驅(qū)動(dòng)Q1基極，利用正向、持續(xù)時(shí)間為10ns的脈沖依次驅(qū)動(dòng)電纜。電纜的所有反射通過C3耦合到比較器。

IC5為1.2V輸出帶隙基準(zhǔn)，由放大器IC2d緩沖，為IC4雙路DAC提供基準(zhǔn)電壓。該基準(zhǔn)電壓被IC2c兩倍增益放大器放大后，為比較器同相輸入提供2.5V直流電平。DAC A在比較器反相輸入端施加一個(gè)0V至3.8V電壓。高于2.5V的電平用來判斷正向脈沖高度，低于2.5V的電平用來判斷負(fù)向脈沖幅度。

每個(gè)輸入到傳輸線的脈沖還經(jīng)過了數(shù)字電路可變延遲線，該延遲線是由計(jì)數(shù)器控制的20ns延遲單元串接而成。來自數(shù)字部分經(jīng)過延遲的脈沖驅(qū)動(dòng)兩個(gè)觸發(fā)器(IC1a和IC1b)的D輸入端，觸發(fā)器由比較器互補(bǔ)TTL輸出輪流觸發(fā)。這樣，時(shí)間測量取決于返回脈沖和通過延遲線脈沖的競爭：如果D輸入比時(shí)鐘變化到來得早，觸發(fā)器輸出為高，否則，輸出為低。

測量時(shí)，將DAC輸出設(shè)置為最低值并重復(fù)調(diào)整延遲，直到觸發(fā)器輸出保持為零，讀取計(jì)數(shù)器。同樣，測量返回脈沖高度時(shí)，重復(fù)調(diào)整DAC輸出直到觸發(fā)器輸出保持為零，然后讀取DAC.注意，兩個(gè)觸發(fā)器需要捕獲正脈沖和負(fù)脈沖的前沿。前沿是指正脈沖的上升沿和負(fù)脈沖的下降沿;如果兩個(gè)脈沖施加到一個(gè)觸發(fā)器，脈沖寬度可能產(chǎn)生所不期望的延遲。

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