模擬比較器可識(shí)別三種信號(hào)關(guān)系

幾年前，我們正在開(kāi)發(fā)鉗式光度計(jì)—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(cè)試音調(diào)制組合的手持設(shè)備。有了鉗式光度計(jì)，我們就可以在進(jìn)行光纖切割和拼接前正確地識(shí)別出檢修孔或桿撐帳篷內(nèi)的特殊光纖，從而避免因識(shí)別錯(cuò)誤造成實(shí)時(shí)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(shè)計(jì)使少量?jī)?nèi)部信號(hào)可通過(guò)較為透明的保護(hù)層材料溢出，而設(shè)置在彎曲處兩端的一對(duì)光電二極管可檢測(cè)到釋放出的光。光傳播的方向由接收最強(qiáng)信號(hào)的光電二極管決定。對(duì)最具靈敏性的低電平信號(hào)檢測(cè)而言，放大器需在微伏區(qū)域工作，使截波穩(wěn)定式運(yùn)算放大器成為最低輸入失調(diào)電壓的必要元素。

這起初看似是一個(gè)簡(jiǎn)單的方法—將光電二極管信號(hào)應(yīng)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(gè)小問(wèn)題:若光纖中存在雙向信號(hào)，如用于粗波分復(fù)用的雙向信號(hào)(向相反方向傳播1310nm和1550nm)，我們會(huì)想要兩個(gè)方向的LED指示燈都亮起來(lái)。當(dāng)然，僅靠任選其一狀態(tài)的比較器是無(wú)法實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的。

圖中的電路通過(guò)以下方式解決了這一問(wèn)題：當(dāng)兩個(gè)信號(hào)電平存在較大差異或其中一個(gè)信號(hào)不存在時(shí)，僅點(diǎn)亮適當(dāng)方向的LED指示燈;當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的信號(hào)電平非常接近時(shí)，點(diǎn)亮兩個(gè)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(jī)械設(shè)計(jì)。若兩個(gè)方向均未出現(xiàn)信號(hào)，兩個(gè)LED指示燈均關(guān)閉，表明是暗光纖。

在本例中，按照原有生產(chǎn)國(guó)硬件配置使用了ICL7650S截波穩(wěn)定式運(yùn)算放大器;而在實(shí)際生產(chǎn)中(為清晰起見(jiàn)，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(yùn)算放大器。串聯(lián)的二極管D1中設(shè)置了約1V的偏壓作為零信號(hào)參考電壓。在無(wú)輸入信號(hào)的情況下，R1 5會(huì)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(jiǎn)便。在光伏模式下運(yùn)作的每個(gè)光電二極管促使相應(yīng)的互阻放大器U1和U2輸出電壓，電壓值取決于所檢測(cè)到光的強(qiáng)度。各等級(jí)的電壓會(huì)被應(yīng)用至比較器U3和U4中。通過(guò)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(jié)合，就可以推演出比較電壓電平。因此，該電平值為：通過(guò)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(yīng)光纖內(nèi)信號(hào)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(gè)信號(hào)的LED指示燈都會(huì)亮;若電流值之差低于0.22x，只有指示最強(qiáng)信號(hào)的LED指示燈亮。