系统硬件设计 - 便携式ADSL线缆测试仪方案

2 系统硬件设计

　　2.1 通断测试单元

　　2.1.1 通断测试原理

　　测试原理：测试时向电缆一端注入低压脉冲，该脉冲沿电缆传播(传播速度与光速为同一级别)，当遇到阻抗不匹配的地方，如短路点、故障点、中间接头等，脉冲产生反射，反射信号回到测量点时被仪器记录下来，波形发射脉冲与反射脉冲的时间差，脉冲在电缆中的波速度v，很容易得到阻抗不匹配点距离L。

　　2.1.2 通断测试电路

　　测试时通过人机键盘设置脉冲宽度，由单片机发送测试开始指令和脉宽控制字，FPGA接收到测试指令，根据脉宽控制字产生脉冲的同时开始计数，脉冲经发射电路到被测线缆。在遇到断点后，脉冲原路返回，再经过接收电路后产生下降沿，使FPGA停止计数，将计数值传给单片机，计算出断点位置后通过显示电路显示出来，MCU通过串口与PC机通信，可导出所测数据。

　　为防止因信号损耗过大导致回波幅值较小不易辨别，FPGA产生的脉冲通过放大电路放大到+50 V;同时为了避免因测试点阻抗不平衡导致发射脉冲幅度减小，在放大电路与线缆之间加入高频脉冲隔离器，以求电路与线缆更好的耦合。在遇到断点后，脉冲原路返回，经耦合电路后再经过放大处理后，由光电隔离电路产生下降沿，传给FPGA。如图2所示。

　　

 

　　2.2 绝缘阻抗测试

　　绝缘电阻测量采用漏电流法测量原理，通过外加直流电压源测量无源回路的绝缘电阻。如果被测回路某一根芯线与其它芯线、电缆壳体、地绝缘，给该芯线施加直流电压，则其余芯线对地就不会有漏电流，否则，就会检测到漏电电压。绝缘测试的工作原理如图3所示。

　　

 

　　绝缘电阻：Rl=URo/Uo一Ro。

　　根据IEC61010-2001标准及测试要求，绝缘电阻的测试回路需施加3种直流电压信号(250 V，500 V，1 000 V)。直流高压源在直流控制信号的作用下，将单片机系统通过DA转换提供的0 V～5 V直流信号转变成0 V～1 000 V的直流高压信号。为了保障单片机系统的测量范围，同时实现绝缘电阻的全量程测量，必须采用分压网络进行量程自动切换。单片机系统发出直流信号控制开关K的动作以选中分压网络3个电阻中任一个，当回路中所加直流高压信号一定时，测试回路因分压网络所选中电阻不同而分出的检测信号不一样，当检测信号低于单片机的采集范围时，分压网络向小电阻档切换;反之，向高电阻档自动转换。

　　2.3 环路电阻，电压测试设计

　　环路电阻测试，电压测试均采用与绝缘电阻测试相同的设计原理，在此不再赘述。