模拟比较器可识别三种信号关系

几年前，我们正在开发钳式光度计—一种可夹在通信光纤上显示光的存在、传播方向以及低频测试音调制组合的手持设备。有了钳式光度计，我们就可以在进行光纤切割和拼接前正确地识别出检修孔或杆撑帐篷内的特殊光纤，从而避免因识别错误造成实时通信光纤意外切断。
 

光纤被夹在弯曲处弹簧压力较小的V形块上。弯曲处的设计使少量内部信号可通过较为透明的保护层材料溢出，而设置在弯曲处两端的一对光电二极管可检测到释放出的光。光传播的方向由接收最强信号的光电二极管决定。对最具灵敏性的低电平信号检测而言，放大器需在微伏区域工作，使截波稳定式运算放大器成为最低输入失调电压的必要元素。

这起初看似是一个简单的方法—将光电二极管信号应用到截波稳定式模拟比较器上以确定方向。但是，这其中存在一个小问题:若光纤中存在双向信号，如用于粗波分复用的双向信号(向相反方向传播1310nm和1550nm)，我们会想要两个方向的LED指示灯都亮起来。当然，仅靠任选其一状态的比较器是无法实现这一目标的。

图中的电路通过以下方式解决了这一问题：当两个信号电平存在较大差异或其中一个信号不存在时，仅点亮适当方向的LED指示灯；当发光二极管发出的信号电平非常接近时，点亮两个方向的LED指示灯，所需的阈值取决于超出该DI范围的光纤夹持装置的机械设计。若两个方向均未出现信号，两个LED指示灯均关闭，表明是暗光纤。

在本例中，按照原有生产国硬件配置使用了ICL7650S截波稳定式运算放大器；而在实际生产中(为清晰起见，图中省略了必要的外部稳压电容器)，也可使用其他类型的运算放大器。串联的二极管D1中设置了约1V的偏压作为零信号参考电压。在无输入信号的情况下，R1 5会将比较器U3和U4的电压维持在低水平，约偏离该参考电压+2mV。

电路操作简便。在光伏模式下运作的每个光电二极管促使相应的互阻放大器U1和U2输出电压，电压值取决于所检测到光的强度。各等级的电压会被应用至比较器U3和U4中。通过缓冲区U5的互阻放大器的输出电压与较大整体增益的结合，就可以推演出比较电压电平。因此，该电平值为：通过R5和R1 2压分的最大光电二极管电平除以最小光电二极管电平，以适应光纤内信号电平的巨大变化。随着电阻器数值的显现，只要较低的光电二极管电流值和较高的光电二极管电流值之间的差距不低于0.22x，指示两个信号的LED指示灯都会亮；若电流值之差低于0.22x，只有指示最强信号的LED指示灯亮。