一種基於超高速電壓比較器的超快脈衝產生電路的製作方法
2023-06-22 14:53:26
一種基於超高速電壓比較器的超快脈衝產生電路的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基於超高速電壓比較器的超快脈衝產生電路，該電路包括FPGA波形控制器，用於產生第一控制信號和第二控制信號，信號轉換模塊，用於將來自所述FPGA波形控制器的第一控制信號和第二控制信號轉換為相位相同幅度不同的第一脈衝信號和第二脈衝信號，和超高速電壓比較器，用於對所述第一脈衝信號和第二脈衝信號進行幅度比較，並輸出超快脈衝信號。本實用新型基於超高速電壓比較器可獲得上升沿為50ps、脈寬大約為100ps，並且具有理想功率、理想波形的高速低抖動的脈衝信號，同時該電路還具有功率低、體積小、重量輕和結構簡單的特點。
【專利說明】—種基於超高速電壓比較器的超快脈衝產生電路【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種脈衝產生電路，特別是一種基於超高速電壓比較器的超快脈衝產生電路。
【背景技術】
[0002]超快脈衝的性能與電路中所使用的高速器件有關，以往的裝置能產生上升沿為納秒的高速脈衝。用於產生該高速脈衝的器件主要有:隧道二極體、階躍恢復二極體、雪崩電晶體、雙極型電晶體、光導開關等器件。利用隧道二極體、階躍恢復二極體能產生極窄脈衝，但產生的脈衝幅度一般為幾百毫伏，脈衝的上升沿一般為幾百皮秒；基於Marx電路的雪崩電晶體能產生納秒級的脈衝，產生的脈衝幅度為幾十至幾百伏，但可觸發頻率低且要求較高的電源電壓，脈衝的上升沿一般為納秒級；基於火花隙的光導開關能產生千伏以上的脈衝，但產生的脈衝重複頻率太低，而且工作時需要幾百至幾千伏的電源電壓，體積龐大，不利於小型化的設計要求；雙極型電晶體產生的脈衝性能好，可觸發頻率高，幅度可達幾十伏，能夠滿足一般收、發系統的技術要求，但產生的脈衝的上升沿一般為納秒級。利用傳統的脈衝產生方法很難實現上升沿小於50ps的脈衝信號。
實用新型內容
[0003]針對現有技術中存在的不足，本實用新型提供一種基於超高速電壓比較器的超快脈衝產生電路，以利於實現50ps超快脈衝沿的產生，解決傳統電路難以實現的超快脈衝產生的問題。
[0004]為解決現有技術存在的技術問題，本實用新型提供一種基於超高速電壓比較器的超快脈衝產生電路，其特徵在於:該電路包括
[0005]FPGA波形控制器，用於產生第一控制信號和第二控制信號，
[0006]信號轉換模塊，用於將來自所述FPGA波形控制器的第一控制信號和第二控制信號轉換為相位相同幅度不同的第一脈衝信號和第二脈衝信號，和
[0007]超高速電壓比較器，用於對所述第一脈衝信號和第二脈衝信號進行幅度比較，並輸出超快脈衝信號。 [0008]優選的，所述信號轉換模塊包括第一支路和第二支路，所述第一支路包括第一數模變換器和第一放大器，所述第一數模轉換器的輸出端與第一放大器連接；所述第二支路包括第二數模變換器和第二放大器，所述第二數模轉換器的輸出端與第二放大器連接。
[0009]優選的，所述信號轉換模塊還包括在第一數模變換器和第一放大器之間連接的第一濾波器，在第二數模變換器和第二放大器之間連接的第二濾波器。
[0010]優選的，所述第一支路根據所述第一控制信號輸出直流電壓作為超高速電壓比較器的門限電壓Vh ;所述第二支路根據所述第二控制信號輸出頻率可調、幅度可控的脈衝信號作為超高速電壓比較器的輸入信號。
[0011]優選的，所述超快脈衝產生電路採用多層板設計。[0012]優選的，該電路的輸入輸出阻抗為50歐姆。
[0013]優選的，該電路的輸入輸出接口採用2.92mmSMA。
[0014]優選的，所述超快脈衝產生電路輸出上升沿小於50ps的超快脈衝信號。
[0015]本實用新型的有益效果:本實用新型基於超高速電壓比較器可獲得上升沿為50ps、脈寬大約為lOOps，並且具有理想功率、理想波形的高速低抖動的脈衝信號，同時該電路還具有功率低、體積小、重量輕和結構簡單的特點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1示出一種基於超高速電壓比較器的超快脈衝產生電路的示意性框圖。
[0017]圖中1、FPGA波形控制器，2、第一數模變換器，3、第二數模變換器，4、第一濾波器，
5、第二濾波器，6、第一放大器，7、第二放大器，8、超高速電壓比較器。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本實用新型作進一步說明。
[0019]一種超快脈衝產生電路，該電路包括FPGA波形控制器1，用於產生第一控制信號和第二控制信號；信號轉換模塊，用於將來自所述FPGA波形控制器I的第一控制信號和第二控制信號轉換為相位相同幅度不同的第一脈衝信號和第二脈衝信號，所述信號轉換模塊包括第一支路和第二支路，所述第一支路包括第一數模變換器2和第一放大器6,所述第一數模轉換器2的輸出端與第一放大器6連接，所述第二支路包括第二數模變換器3和第二放大器7，所述第二數模轉換器3的輸出端與第二放大器7連接，所述信號轉換模塊還包括在第一數模變換器2和第一放大器6之間連接的第一濾波器4，在第二數模變換器3和第二放大器7之間連接的第二濾波器5 ;超高速電壓比較器8，用於對所述第一脈衝信號和第二脈衝信號進行幅度比較，並輸出上升沿小於50ps的脈衝信號，所述電路採用多層板設計，所述電路的輸入輸出接口採用2.92mmSMA。
[0020]本實用新型工作原理:FPGA波形控制器I輸出兩路控制信號，分別控制兩個支路上的第一數模變換器2和第二數模變換器3，使兩支路上的第一數模變換器2和第二數模變換器3輸出相位同步、幅度不同的脈衝信號。由於受其它噪聲信號影響，數模變換器2，3輸出信號的抖動比較大，幅度和頻率不穩定，需要對該信號進行濾波，消除雜散信號。濾波器4，5主要作用是濾除雜散，提高數模變換器輸出信號的質量，減小兩支路上脈衝信號的幅度波動。由於數模變換器輸出的信號幅度都比較小，而且兩支路信號幅度差也較小，不能驅動超高速電壓比較器正常工作，因此兩支路上信號幅度需要放大，使兩支路上的電壓及兩支路的信號電壓差足夠驅動超高速電壓比較器正常工作。放大器6，7主要用於將信號電壓放大到需要的大小；當兩支路輸出的信號電壓差大於例如400mV時，超高速電壓比較器8輸出高電平；當兩支路輸出的信號電壓差小於例如400mV時，超高速電壓比較器輸出低電平；超高速電壓比較器8會產生上升沿為50ps的快速小抖動脈衝信號。
[0021]本實用新型所述電路採用多層板設計，每個供電平面相對獨立，最大限度減少迴路中感抗；其次，該電路結構應保證輸入輸出阻抗為50歐姆的阻抗匹配，輸入輸出接口為
2.92mmSMA,減少輸入輸出信號的抖動。電路板採用0.254mm羅傑斯4350B板材。電路運行前，需要對超高速電壓比較器8、第一數模變換器2和第二數模變換器3進行調節，首先，通過FPGA設定第一數模變換器2輸出直流電壓。該直流電壓通過第一放大器6放大後作為超高速電壓比較器8門限電壓Vh輸入超高速電壓比較器8的第一輸入端；其次，通過FPGA控制第二數模變換器3輸出頻率可調、幅度可控的脈衝信號。此脈衝信號經第二放大器7放大後作為輸入信號輸入超高速電壓比較器8的第二輸入端。如果第二輸入端的輸入信號從低狀態接近超高速電壓比較器8的門限電平+VH，同時輸入脈衝信號的電壓超過+Vh/2時，超高速電壓比較器8輸出一個從低變為高的上升信號；當輸入信號電平穩定不變時，超高速電壓比較器8輸出保留一個高狀態。如果輸入信號從高狀態變換為低狀態，同時輸入脈衝信號的電壓小於Vh/2時,超高速電壓比較器8輸出一個從高變為低的下降信號，當輸入信號電平穩定不變時，超高速電壓比較器8輸出保留一個低狀態，直到輸入信號從低狀態接近超高速電壓比較器8門限電平+Vh，超高速電壓比較器8輸出下一個變化周期。用這種工作方式，減少O電平信號對脈衝產生電路輸出脈衝信號的影響,大大降低了脈衝產生電路所輸出的脈衝信號的抖動。
[0022]基於上述本實用新型所述的技術方案，可獲得上升沿為50ps、脈寬大約為lOOps，並且具有理想功率、理想波形的高速低抖動的脈衝信號，同時該電路還具有功率低、體積小、重量輕和結構簡單的特點。本實用新型可可廣泛用於寬帶設備的瞬態響應的校準以及示波器上升沿的校準。同時也可以用於自動測試設備的設計、醫療成像與診斷、門限探測、高速觸發電路、高速時鐘信號產生等。
[0023]可以理解為，本實用新型是通過一些實施例進行描述的，本領域技術人員在不脫離本實用新型的精神和範圍的情況下，可以對這些特徵和實施例進行各種改變或等效替換。另外，在本實用新型的教導下，可以對這些特徵和實施例進行修改以適應具體的情況及材料而不會脫離本實用新型的精神和範圍。因此，本實用新型不受此處所公開的具體實施例的限制，所有落入本申請的權利要求範圍內的實施例都屬於本實用新型的保護範圍。
【權利要求】
1.一種基於超高速電壓比較器的超快脈衝產生電路，其特徵在於:該電路包括 FPGA波形控制器，用於產生第一控制信號和第二控制信號， 信號轉換模塊，用於將來自所述FPGA波形控制器的第一控制信號和第二控制信號轉換為相位相同幅度不同的第一脈衝信號和第二脈衝信號，和 超高速電壓比較器，用於對所述第一脈衝信號和第二脈衝信號進行幅度比較，並輸出超快脈衝信號。
2.根據權利要求1所述的一種基於超高速電壓比較器的超快脈衝產生電路，其特徵在於: 所述信號轉換模塊包括第一支路和第二支路，所述第一支路包括第一數模變換器和第一放大器，所述第一數模轉換器的輸出端與第一放大器連接； 所述第二支路包括第二數模變換器和第二放大器，所述第二數模轉換器的輸出端與第二放大器連接。
3.根據權利要求2所述的一種基於超高速電壓比較器的超快脈衝產生電路，其特徵在於: 所述信號轉換模塊還包括在第一數模變換器和第一放大器之間連接的第一濾波器，在第二數模變換器和第二放大器之間連接的第二濾波器。
4.根據權利要求2所述的一種基於超高速電壓比較器的超快脈衝產生電路，其特徵在於: 所述第一支路根據所述第一控制信號輸出直流電壓作為超高速電壓比較器的門限電壓Vh ； 所述第二支路根據所述第二控制信號輸出頻率可調、幅度可控的脈衝信號作為超高速電壓比較器的輸入信號。
5.根據權利要求1所述的一種基於超高速電壓比較器的超快脈衝產生電路，其特徵在於:所述超快脈衝產生電路採用多層板設計。
6.根據權利要求5所述的一種基於超高速電壓比較器的超快脈衝產生電路，其特徵在於該電路的輸入輸出阻抗為50歐姆。
7.根據權利要求5所述的一種基於超高速電壓比較器的超快脈衝產生電路，其特徵在於:該電路的輸入輸出接口採用2.92mmSMA。
8.根據權利要求1所述的一種基於超高速電壓比較器的超快脈衝產生電路，其特徵在於:所述超快脈衝產生電路輸出上升沿小於50ps的超快脈衝信號。
【文檔編號】H03K3/02GK203482170SQ201320602639
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年9月27日 優先權日:2013年9月27日
【發明者】孫小續, 杜慶榮 申請人:北京無線電計量測試研究所