Hi Impedance Ethernet tap for IP Recording

本文介绍了一种用于IP电话监听的高阻抗以太网探针的设计方案。该方案采用即插即用的形式,通过USB接口与专用驱动程序实现与录音应用的直接通讯。系统组件包括两个脉冲变压器、两个以太网PHY和一个微控制器(MCU),以实现低成本且易于安装的监听设备。

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Hi Impedance Ethernet tap for IP Recording Design Review

Requirements

The attributes of a successful IP Phone tap are:

  • Hi Impedance, monitor only (does not interfere or transmit in any
    way)
  • Plug n play, installed and configured in seconds
  • USB device with dedicated drivers that talk directly to the recorder application.
  • Does not require secondary Ethernet or complex reference to IP addresses etc. for installation.
  • Low Cost
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Option

System components
2 x Pulse Transformer + 2 x Ethernet PHY + MCU
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System consideration
In this way, I used two network interface chip processing network things. MCU for network communication and USB communication. So, MCU firmware need to write to for system requirements. This method requires us to write more programs

High-impedance network port implementation. I recommend “Build a Dedicated Hardware Ethernet Sniffer (100FDX)” document. This document gave a detailed implementation methods. I think this method is appropriate.

Implementation
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Software & firmware
DM9000A.c
DM9900A.h
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Created by Huang kongjun
Wednesday, November 24, 2010

<think>好的,我现在需要帮用户设计一个用于显示面板缺陷检测的阻抗测试电路,涉及电压分压和放大原理。首先,我得理清楚用户的需求到底是什么。显示面板的缺陷检测通常需要测量不同区域的阻抗,以发现可能的短路、断路或材料不均匀等问题。阻抗测试电路的核心应该是如何准确测量面板的阻抗值,并将结果放大以便后续处理。 首先,用户提到了电压分压和放大原理。电压分压可能用于将高电压转换为适合测量的范围,而放大电路则是为了增强信号,便于检测。我需要考虑如何将这两个部分结合起来。 接下来,分压电路的设计。分压电路通常由两个电阻组成,输出电压是输入电压按比例分配的结果。但是在这里,被测物体(显示面板的某部分)可能作为其中一个电阻接入分压电路。假设面板的阻抗为Zx,那么分压后的电压Vout = Vin * Zx / (R1 + Zx)。这样,通过测量Vout可以反推出Zx的值。不过,这里需要考虑面板的阻抗范围,选择合适的R1,使得Vout在可测量的范围内,同时避免过大的电流损坏面板。 然后,放大电路部分。分压后的信号可能比较微弱,需要使用运算放大器进行放大。可能需要设计一个同相放大电路或者差分放大电路,具体取决于信号的类型和干扰情况。例如,如果存在共模噪声,差分放大可以更好地抑制噪声。放大倍数需要根据后续的ADC或处理电路的输入范围来确定,确保信号在放大后既不会饱和也不会太小。 另外,还需要考虑信号源的稳定性。可能需要使用稳定的电压源,比如基准电压源,来确保Vin的准确性,因为分压电路的输出直接依赖于Vin的稳定性。同时,高频信号可能会引入噪声,是否需要使用交流信号进行测量?或者直流信号是否足够?这可能影响电路的设计,比如是否需要耦合电容或者滤波电路。 还有,阻抗测量可能需要多频率点的测试,以获取更全面的信息。这时候可能需要信号发生器产生不同频率的信号,然后通过测量响应来计算阻抗。这种情况下,电路可能需要包含滤波和相敏检测等部分,但用户的问题中可能暂时不需要这么复杂,先集中在分压和放大。 保护电路也是一个考虑因素,防止过压或过流损坏被测面板或测试电路。例如,可以在分压电路中加入限流电阻,或者在运放输入端加入钳位二极管。 接下来,我需要验证这些思路是否正确。例如,分压电路是否适合测量阻抗,特别是当Zx变化时,Vout的变化是否线性足够好。如果Zx的范围很大,可能需要切换不同的R1值,或者使用可编程电阻来调整量程。 运放的选择也很重要,需要选择低噪声、高输入阻抗的运放,以减少对分压电路的影响。例如,使用JFET输入的运放,这样输入阻抗高,不会明显分流Zx,影响测量精度。 另外,可能需要校准步骤,比如在测量前先用已知电阻校准电路,消除运放偏移和增益误差的影响。这可能需要软件配合,但硬件设计时要预留校准的接口或切换开关。 现在,将这些思路整合成一个电路设计。大致步骤可能包括: 1. 分压电路:Vin经过R1和Zx分压,得到Vout1。 2. 放大电路:将Vout1放大到合适的电压范围Vout2。 3. 可能的滤波电路:滤除高频噪声。 4. 保护电路:防止过压或ESD。 在具体元件选择上,比如R1的值需要根据Zx的预期范围来选择,假设Zx在1kΩ到100kΩ之间,R1可以选择10kΩ,这样分压后的电压变化范围较大,便于测量。运放的增益可能需要设置为10倍,将0-5V的分压输出放大到0-50V?这显然有问题,因为运放的供电电压通常不会那么高。所以需要调整,比如如果Vin是5V,分压后的电压最大可能是5V*100k/(10k+100k)=约4.54V,如果运放用5V供电,放大到接近5V的话,增益可能需要设为1.1倍?这似乎不太合理。或者可能需要更低的Vin,比如1V,这样分压后的电压范围是0.09V到0.91V,然后用运放放大到0.9V到8.2V(假设增益为10倍),但运放的供电电压需要至少9V。这可能需要重新考虑电源电压的选择。 或者,用户可能只需要检测阻抗的相对变化,不需要绝对测量,那么放大倍数可以适当调整,确保信号足够被ADC检测到即可。例如,如果ADC的量程是0-3.3V,那么设计放大电路使最大输出电压不超过3.3V。 此外,是否需要考虑交流阻抗?比如使用正弦波信号,通过测量电压和电流的幅度和相位来计算阻抗。这可能更复杂,但能获取更多信息。不过用户的问题中没有明确说明,可能先按直流考虑。 总结,设计步骤可能包括: 1. 分压电路设计:选择合适的分压电阻R1,使得被测阻抗Zx的变化能引起明显的电压变化。 2. 放大电路设计:选择合适的运放和增益,确保信号在ADC的输入范围内。 3. 滤波和保护电路:添加低通滤波和ESD保护。 4. 电源设计:提供稳定的电压源和运放所需的电源电压。 5. 校准方法:通过已知电阻进行校准,提高测量精度。 现在需要将这些步骤转化为具体的电路图,并考虑元件选型和参数计算。例如,分压电阻R1=10kΩ,运放采用同相放大电路,增益G=1 + Rf/Rg。假设需要放大10倍,Rf=90kΩ,Rg=10kΩ。但实际中可能需要使用更常见的电阻值,比如Rf=100kΩ,Rg=10kΩ,增益为11倍,或者调整Rf和Rg的值以适应需求。 此外,需要考虑运放的输入偏置电流和偏移电压对测量精度的影响。选择低偏置电流的运放,如TL071等,可能更适合高阻抗测量。 最后,可能需要加入多路复用器,以测试面板上的多个点,这可能需要额外的电路来控制测试点的选择。</think>### 显示面板缺陷检测阻抗测试电路设计步骤 #### 1. **分压电路设计** - **原理**:将被测面板阻抗$Z_x$与已知电阻$R_1$串联,通过分压公式获取电压信号: $$ V_{\text{out1}} = V_{\text{in}} \cdot \frac{Z_x}{R_1 + Z_x} $$ - **参数选择**: - $R_1$需根据$Z_x$的预期范围选择(例如$Z_x$为$1\text{k}\Omega$-$100\text{k}\Omega$时,选$R_1=10\text{k}\Omega$)。 - 输入电压$V_{\text{in}}$需稳定,建议使用基准电压源(如REF02提供$5\text{V}$)。 #### 2. **放大电路设计** - **结构**:采用**仪表放大器**(如AD620)或**同相放大电路**,抑制共模噪声并放大信号。 - **增益计算**: - 若$V_{\text{out1}}$范围为$0.1\text{V}$-$4.5\text{V}$,目标输出需适配ADC量程(如$0\text{V}$-$3.3\text{V}$),则增益$G$需动态调整。 - 示例:同相放大电路增益公式: $$ G = 1 + \frac{R_f}{R_g} $$ 若选$R_f=90\text{k}\Omega$,$R_g=10\text{k}\Omega$,则$G=10$。 #### 3. **滤波与保护电路** - **低通滤波**:在放大电路输出端添加RC滤波器(如$R=1\text{k}\Omega$,$C=100\text{nF}$),截止频率$f_c=\frac{1}{2\pi RC} \approx 1.6\text{kHz}$,抑制高频噪声。 - **ESD保护**:在输入端并联TVS二极管(如P6KE5.0CA),限制电压不超过$5\text{V}$。 #### 4. **电源设计** - 运放需双电源供电(如±5V),可使用电荷泵芯片(如LT1054)生成负电压。 - 基准电压源需独立供电(如REF02)。 #### 5. **校准与多路复用** - **校准**:通过开关切换已知电阻(如$1\text{k}\Omega$、$10\text{k}\Omega$)替换$Z_x$,记录输出值并建立线性拟合公式。 - **多路复用**:使用模拟开关(如CD4051)依次测量面板不同区域,通过MCU控制通道选择。 --- ### 示例电路图 ``` Vin (5V) ──┬── R1 (10kΩ) ────┬── Zx (Panel) ── GND │ │ └── Vout1 ──┬───运放+─┬─ Rf (90kΩ) ── Vout2 │ │ ├───运放-─┘ │ └── Rg (10kΩ) ── GND ``` --- ### 关键参数验证 1. **分压线性度**:当$Z_x=10\text{k}\Omega$时,$V_{\text{out1}}=2.5\text{V}$;若$Z_x$变化±10%,输出电压变化±0.25V,放大后为±2.5V,满足ADC分辨率要求[^1]。 2. **噪声抑制**:RC滤波器可将高频噪声衰减至$1/10$以下。 ---
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