脉冲发生模块 - 安防监控调测仪的中断点检测功能设计

　　脉冲发生模块和计数模块均由CPLD逻辑电路实现。CPLD选用Altera公司MAX II系列EPM240T器件，支持高达300 MHz的内部时钟，其速度可以满足测量需求。

　　脉冲发生模块由脉宽设置单元、脉冲输出单元组成。为节省单片机I/O口资源，脉宽设置由一组16位串入并出移位寄存器实现，当单片机资源足够时，可省去该单元。脉冲输出单元由状态机实现，如图2所示。

　　其中，clk_50m为时钟输入端，pulse_with为脉宽设置端口，pulse_out为脉冲输出端口，enalble为使能输出端口。当enable=1时，pulse_out输出一个高电平，其宽度为Tclk_50m×(pulse_with+1)。例如pulse_with=0，脉宽默认值为t=Tclk_50m×(0+1)=20 ns。设置不同的pulse_with，输入脉冲宽度可调，这样可以在测量不同长度的线缆时调整脉冲宽度，使测量结果更加准确。

　　如图3所示，计数模块由一个16位计数器和一个16位并入串出移位寄存器电路实现。enalble使能端用于防止干扰脉冲输入启动计数器;start_counter为使计数器启动和停止的脉冲输入，上升沿有效;clk_50m为计数器时钟，该时钟影响测量精度，其频率越高，线缆的测量误差范围越小;Q为计数值输出;EOC为计数结束标志。

　　计数器的启动由入射脉冲触发，停止由反射脉冲触发，计数值由Q数据接口输出，计数停止后输出高电平。单片机查询计数结束标志EOC，当电平为1后读取计数值。

　　2.2 调理电路

　　2.2.1 发送调理电路

　　发送调理电路由放大电路组成，如图4(a)所示。场效应管M1将输入的正脉冲转换为最大值为12 V的负脉冲，再经M2反相后，即可注入到被测电缆和接收调理电路。这里选用MOS管而不是运放芯片实现信号脉冲的放大、反相，便于节省成本，缩短信号的传输延时。

　　2.2.2 接收调理电路

　　接收调理电路如图4(b)所示。将发送调理电路的输出与接收调理电路的输入相连，同时连接被测电缆，M3将入射脉冲和反射脉冲降压，经M4反相后传入CPLD中的计数模块，以控制计数模块的启动和停止。其中，TVS为瞬变电压抑制二极管，是一种过压保护器件。

　　2.2.3 原理仿真

　　图5中，波形1为脉冲发生模块产生的测试脉冲，该脉冲输入至图4电路①中的位置。波形2为图4电路中位置的测试波形图(测试点为测试模块与被测电缆的连接点)，第一个脉冲为放大后的测试脉冲，注入被测电缆中，第二个脉冲为被测电缆断点处返回脉冲。波形3为波形2经过接收调理电路后的波形，该波形将输入至CPLD的计数模块。第一个脉冲上升沿触发计数模块开始计数，第二个脉冲上升沿触发计数模块停止计数。实际测试波形如图6所示。