具有時鐘驅動電路的測量儀器的製造方法
2023-06-05 19:46:56
具有時鐘驅動電路的測量儀器的製造方法
【專利摘要】本發明提供一種具有時鐘驅動電路的測量儀器，所述時鐘驅動電路包括一個時鐘輸入端，一個增益模塊、一個單元門電路模塊，所述時鐘輸入端用於接收一個外部時鐘信號，所述增益模塊用於對外部時鐘信號的電平進行放大或者衰減，得到放大或衰減後的信號，以滿足所述單元門電路模塊的電平需求，所述單元門電路模塊，包括由反相器構成的單元門電路晶片，用於對所述放大或衰減後的信號進行多路分配、電平轉換，輸出多路時鐘信號。本發明通過在測量儀器中採用包括時鐘輸入端，增益模塊和單元門電路模塊的小電路來代替現有的集成時鐘緩衝器，價格低廉，節約了測量儀器的成本。並且依據不同的單元門電路晶片，輸出時鐘的路數和時鐘頻率靈活設定，使用方便。
【專利說明】具有時鐘驅動電路的測量儀器【技術領域】
[0001]本發明涉及電變量測試領域，尤其涉及一種具有時鐘驅動電路的測量儀器。
【背景技術】
[0002]測量儀器中，往往包括很多個電路單元，這些電路單元中，又有很多電路單元是需要時鐘的。當測量儀器只有一個時鐘源，而同時需要多路時鐘輸出給不同的電路單元時，現有技術的解決方案是採用市場上集成的IC:時鐘緩衝器(clock Buffer),時鐘緩衝器一般可以將時鐘源輸入時鐘的電平轉換為另外一種電平，同時也可以將時鐘源輸入的一路時鐘轉換為多路時鐘，進行時鐘的多路分配。參照圖1，是現有技術集成IC:時鐘緩衝器的工作示意圖，集成IC:時鐘緩衝器接收了一路輸入時鐘,並輸出了多路時鐘。
[0003]現有技術存在以下的缺點:
[0004]1、有時針對特殊應用不一定找得到合適的時鐘緩衝器IC ;例如:有時需要CMOS電平下輸出頻率250MHZ的時鐘，但是業內目前只有一個廠家生產輸出頻率250MHZ時鐘的時鐘緩衝器1C，因此使用十分不便，在測量儀器中電路單元的時鐘設計上比較受限，不能靈活設計。
[0005]2、現有的時鐘緩衝器IC價格昂貴，例如:現有輸出頻率250MHZ時鐘的時鐘緩衝器IC價格在1.3美元左右。
[0006]3、時鐘輸入的電 平不一定滿足時鐘緩衝器輸入電平的需求；比如時鐘源輸入的電平是CMOS的或者TTL的，但是時鐘緩衝器的輸入電平需求為LVDS ;或者時鐘源輸入的電平是TTL的，但是時鐘緩衝器的輸入電平需求為CMOS的。
【發明內容】
[0007]本發明所要解決的技術問題是:在測量儀器中，獨創設計價格低廉的小電路來代替現有的集成時鐘緩衝器。輸出時鐘的路數和時鐘頻率靈活設定，使用方便。
[0008]解決上述技術問題，本發明提供一種具有時鐘驅動電路的測量儀器，所述時鐘驅動電路包括一個時鐘輸入端、一個增益模塊和一個單兀門電路模塊，所述時鐘輸入端用於接收一個外部時鐘信號，所述增益模塊用於對所述外部時鐘信號的電平進行放大或者衰減，得到放大或衰減後的信號，以滿足所述單元門電路模塊的電平需求，所述單元門電路模塊，包括由反相器構成的單元門電路晶片，用於對所述放大或衰減後的信號進行多路分配、電平轉換，以輸出多路頻率相同的時鐘信號。
[0009]作為一種舉例，所述增益模塊包括一個第一電容、一個第二電容、一個第一電阻、一個第二電阻、一個第三電阻、一個第四電阻和一個三極體，第一電容的輸入端作為所述增益模塊的輸入端連接所述時鐘輸入端，第一電容的輸出端連接第一電阻的輸入端，第一電阻的輸出端連接第二電阻的輸入端、第二電阻的輸出端同時連接第三電阻的輸出端、第二電容的輸入端和三極體的集電極，第二電阻的輸入端還連接三極體的基極，第三電阻的輸入端連接一個外部第一直流電源，三極體的發射極通過第四電阻接地，第二電容的輸出端作為所述增益模塊的輸出端。
[0010]作為一種舉例，所述第一電阻的阻值是O歐姆。
[0011]作為一種舉例，所述單元門電路模塊包括一個第一偏置電阻，一個第二偏置電阻和一個單兀門電路晶片,第一偏置電阻一端連接一個外部第二直流電源,第一偏置電阻的另一端連接單元門電路晶片的第一反相器的輸入端，第一反相器的輸入端作為單元門電路模塊的輸入端，與增益模塊的輸出端相連，第一偏置電阻的另一端還同時連接第二偏置電阻的一端，第二偏置電阻的另一端接地，第一反相器的輸出端還同時連接第二反相器至第η反相器的輸入端，第二反相器至第η反相器的輸出端作為單元門電路模塊的η-1個輸出端，分別輸出η-1路時鐘信號，η為大於等於2的自然數。
[0012]作為一種舉例，所述三極體是射頻三極體。
[0013]作為一種舉例，所述單兀門電路模塊包括一個第一偏置電阻，一個第二偏置電阻和一個單兀門電路晶片,第一偏置電阻一端連接一個外部第二直流電源,第一偏置電阻的另一端連接單元門電路晶片的第一反相器的輸入端，第一反相器的輸入端作為單元門電路模塊的輸入端，與增益模塊的輸出端相連，第一偏置電阻的另一端還同時連接第二偏置電阻的一端，第二偏置電阻的另一端接地，第一反相器的輸出端還同時連接第二反相器至第η反相器的輸入端，第二反相器至第η反相器的輸出端還依次通過第二匹配電阻至第η匹配電阻輸出η-1路時鐘信號，η為大於等於2的自然數。
[0014]本發明通過在測量儀器中，採用一個包括時鐘輸入端，增益模塊和單元門電路模塊的小電路來代替現有的集成時鐘緩衝器，價格低廉，節約了測量儀器的成本。並且依據由反相器構成的不同的單元門電路晶片，輸出時鐘的路數和時鐘頻率靈活設定，使用方便。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是現有技術集成IC:時鐘緩衝器的工作示意圖
[0016]圖2是本發明優選實施例1時鐘驅動電路100的工作示意圖
[0017]圖3是本發明優選實施例2時鐘驅動電路200的工作示意圖
[0018]圖4是本發明優選實施例3時鐘驅動電路300的工作示意圖
[0019]圖5是本發明優選實施例4信號發生器400的結構示意圖
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本發明做進一步詳細地說明。
[0021]優選實施例1:
[0022]參照圖2，時鐘驅動電路100包括一個時鐘輸入端101、一個增益模塊102和一個單元門電路模塊103，所述時鐘輸入端101用於接收一個外部時鐘信號，所述外部時鐘信號可以由時鐘源產生。所述增益模塊102用於對所述外部時鐘信號的電平進行放大或者衰減，得到放大或衰減後的信號，以滿足所述單元門電路模塊103的電平需求，所述單元門電路模塊103，包括由反相器構成的單元門電路晶片，用於對所述放大或衰減後的信號進行多路分配、電平轉換，以輸出多路相同輸出頻率的時鐘信號。
[0023]優選實施例2:
[0024]參照圖3，時鐘驅動電路200包括一個時鐘輸入端201，一個增益模塊202、一個單元門電路模塊203，所述時鐘輸入端201用於接收一個外部時鐘信號，所述增益模塊202包括電容Cl、電容C6、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5和三極體Q602，電容Cl的輸入端作為所述增益模塊的輸入端連接時鐘輸入端201，電容Cl的輸出端連接電阻R2的輸入端，電阻R2的輸出端連接電阻R3的輸入端、電阻R3的輸出端同時連接電阻R4的輸出端、電容C6的輸入端和三極體Q602的集電極，電阻R3的輸入端還連接三極體Q602的基極，電阻R4的輸入端連接一個外部第一直流電源，三極體Q602的發射極通過電阻R5接地。電容C6的輸出端作為所述增益模塊202的輸出端。
[0025]單元門電路模塊203包括偏置電阻R7，偏置電阻R8和單元門電路晶片Ul，偏置電阻R7 —端連接一個外部第二直流電源，偏置電阻R7的另一端連接單元門電路晶片Ul的第一反相器的輸入端，第一反相器的輸入端作為單兀門電路模塊203的輸入端，與增益模塊202的輸出端相連。偏置電阻R7的另一端還同時連接偏置電阻R8的一端，偏置電阻R8的另一端接地，第一反相器的輸出端還同時連接第二反相器至第三反相器的輸入端，第二反相器至第三反相器的輸出端還依次通過匹配電阻R9和匹配電阻RlO輸出2路時鐘信號。這裡的反相器起到整形緩衝、增加驅動能力和多路輸出分配的作用。
[0026]由於本實施例中，需要時鐘驅動電路200實現兩路時鐘輸出，且時鐘輸出頻率為200MHZ,因此單元門電路模塊203選擇了 SN74LVC04A晶片，由於SN74LVC04A晶片是CMOS電平，CMOS電平需要0-3.3v電壓，而本例中外部時鐘信號的電壓為Ο-lv，所以需要增益模塊202將外部時鐘信號的電平放大3.3倍，轉換至3.3v,以符合單元門電路模塊203的電平需求。
[0027]作為一種舉例，當時外部時鐘信號的時鐘電平大於單兀門電路模塊203的電平時，增益模塊202就會起到衰減的作用。
[0028]本例中，由於驅動電路200工作在高頻，所以增益模塊202中的三極體Q602採用射頻三極體，增益模塊202的電路設計採用PSPICE仿真軟體+實際調試，以放大倍數3.3倍為增益模塊202的增益結果，確定了增益模塊202中的電阻值及電容值。其中電阻R2的阻值是O歐姆，不直接短路電阻R2的目的是:在電路板上隨時可以將電阻R2替換為其他阻值的電阻，以適應不同輸出時鐘路數，不同輸出時鐘頻率的需求。單元門電路模塊203中，當輸出信號頻率與傳輸信號的線纜的長度大於1/4波長的長度時，會出現較為明顯的阻抗反射現象，為減小信號的反射需要使用匹配電阻R9和R10，匹配電阻的阻值的取值範圍在10ohm-50ohm之間，偏置電阻R7和R8提供直流偏置。
[0029]作為一種舉例，當驅動電路200工作在中低頻時，增益模塊202中的三極體Q602可以採用普通晶體三極體，增益模塊202的電路設計可以採用小信號模型分析法，以放大倍數3.3倍為增益模塊202的增益結果，確定增益模塊202中的電阻值及電容值。單元門電路模塊203中，由於在中低頻不會出現較為明顯的阻抗反射現象，因此不必使用匹配電阻R9和RlO。
[0030]優選實施例3:
[0031]參照圖4，時鐘驅動電路300包括一個時鐘輸入端301，一個增益模塊302、一個單元門電路模塊303，所述時鐘輸入端301用於接收一個外部時鐘信號，所述增益模塊302包括電容C2、電容C7、電阻R13、電阻R6、電阻R16、電阻R17和三極體Q603，電容C2的輸入端作為所述增益模塊的輸入端連接時鐘輸入端301，電容C2的輸出端連接電阻R13的輸入端，電阻R13的輸出端連接電阻R6的輸入端、電阻R6的輸出端同時連接電阻R16的輸出端、電容C7的輸入端和三極體Q603的集電極，電阻R6的輸入端還連接三極體Q603的基極，電阻R16的輸入端連接一個外部第一直流電源，三極體Q603的發射極通過電阻R17接地。電容C7的輸出端作為所述增益模塊302的輸出端。
[0032]單元門電路模塊303包括偏置電阻Rll，偏置電阻R12和單元門電路晶片U2，偏置電阻Rll —端連接一個外部第二直流電源，偏置電阻Rll的另一端連接單元門電路晶片U2的第一反相器的輸入端，第一反相器的輸入端作為單兀門電路模塊303的輸入端，與增益模塊302的輸出端相連，偏置電阻Rll的另一端還同時連接偏置電阻R12的一端，偏置電阻R12的另一端接地，第一反相器的輸出端還同時連接第二反相器至第六反相器的輸入端，第二反相器至第六反相器的輸出端還依次通過匹配電阻R14、R15、R16、R17和R18輸出5路時鐘信號。這裡的反相器起到整形緩衝、增加驅動能力和多路輸出分配的作用。
[0033]時鐘驅動電路300可以實現5路時鐘輸出，且時鐘輸出頻率為200MHZ，因此單元門電路模塊303選擇了 SN74LVC04A晶片，由於SN74LVC04A晶片是CMOS電平，CMOS電平需要0-3.3v電壓，而本例中外部時鐘信號的電壓為Ο-lv，所以需要增益模塊302將外部時鐘信號的電平放大3.3倍，轉換至3.3v,以符合單元門電路模塊303的電平需求。
[0034]作為一種舉例，當時外部時鐘信號的時鐘電平大於單兀門電路模塊303的電平時，增益模塊302就會起到衰減的作用。
[0035]本例中，由於驅動電路300工作在高頻，所以增益模塊302中的三極體Q603採用射頻三極體，增益模塊302的電路設計採用PSPICE仿真軟體+實際調試，以放大倍數3.3倍為增益模塊302的增益結果，確定了增益模塊302中的電阻值及電容值。其中電阻R13的阻值是O歐姆，不直接短路電阻R13的目的是:在電路板上隨時可以將電阻R13替換為其他阻值的電阻，以適應不同輸出時鐘路數，不同輸出時鐘頻率的需求。單元門電路模塊303中，當輸出信號頻率與傳輸信號的線纜的長度大於1/4波長的長度時，會出現較為明顯的阻抗反射現象，為減小信號的反射需要使用匹配電阻R14、R15、R16、R17和R18，匹配電阻的阻值的取值範圍在10ohm-50ohm之間，偏置電阻Rll和R12提供直流偏置。
[0036]作為一種舉例，當驅動電路300工作在中低頻時，增益模塊302中的三極體Q603可以採用普通晶體三極體，增益模塊302的電路設計可以採用小信號模型分析法，以放大倍數3.3倍為增益模塊302的增益結果，確定增益模塊302中的電阻值及電容值。單元門電路模塊303中，由於在中低頻不會出現較為明顯的阻抗反射現象，因此不必使用匹配電阻 R14、R15、R16、R17 和 R18。
[0037]作為一種舉例，如果時鐘輸出頻率要求為低於100MHZ可以採用SN74AHC04晶片；如果時鐘輸出頻率要求在100MHZ和200MHZ之間可以採用74AUC04晶片，74LVC04晶片等；如果時鐘輸出頻率要求250MHZ，可以採用SN74AUC04晶片。
[0038]優選實施例4:
[0039]參照圖5，信號發生器400包括時鐘驅動電路401、DSP or ARM模塊402、FPGA模塊403、波形輸出DAC模塊404、信號處理單元405和控制DAC模塊406。其中FPGA模塊403和波形輸出DAC模塊404都需要時鐘信號，而信號發生器400隻接收一個外部時鐘信號，或者也可以由本身的時鐘源產生一個時鐘信號，因此採用時鐘驅動電路401對外部時鐘信號進行多路分配、電平轉換，以輸出FPGA模塊403和波形輸出DAC模塊404需要的時鐘信號。[0040]本發明實施例通過在單元門電路模塊中選用不同的晶片來滿足輸出時鐘的頻率需求，通過在同一晶片中利用多個反相器的組合來滿足輸出時鐘的路數需要，設計靈活，使用方便。
[0041]當外部時鐘信號的電平不能滿足單元門電路模塊中晶片電平的需要時，通過增益模塊對外部時鐘信號的電平進行靈活放大或衰減，使得電平匹配容易，電路使用不受限。
[0042]現有的時鐘緩衝器IC價格昂貴，例如:現有輸出頻率250MHZ時鐘的時鐘緩衝器IC價格在1.3美元左右，而SN74AUC04晶片只有0.48美元，加上增益模塊中的小器件也不過0.5美元，在時鐘轉換效果完全一樣的情況下節約了 60%多的成本，這在測量儀器尤其是在中低端產品中是很有益的效果。
[0043]以上所述的僅為本發明的優選實施例，所應理解的是，以上優選實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想，並不用於限定本發明的保護範圍，凡在本發明的思想和原則之內所做的任何修改、等同替換等等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種具有時鐘驅動電路的測量儀器，其特徵在於，所述時鐘驅動電路包括一個時鐘輸入端、一個增益模塊和一個單元門電路模塊，所述時鐘輸入端用於接收一個外部時鐘信號，所述增益模塊用於對所述外部時鐘信號的電平進行放大或者衰減，得到放大或衰減後的信號，以滿足所述單元門電路模塊的電平需求，所述單元門電路模塊，包括由反相器構成的單元門電路晶片，用於對所述放大或衰減後的信號進行多路分配、電平轉換，以輸出多路頻率相同的時鐘信號。
2.根據權利要求1所述的測量儀器，其特徵在於，所述增益模塊包括一個第一電容、一個第二電容、一個第一電阻、一個第二電阻、一個第三電阻、一個第四電阻和一個三極體，第一電容的輸入端作為所述增益模塊的輸入端連接所述時鐘輸入端，第一電容的輸出端連接第一電阻的輸入端，第一電阻的輸出端連接第二電阻的輸入端、第二電阻的輸出端同時連接第三電阻的輸出端、第二電容的輸入端和三極體的集電極，第二電阻的輸入端還連接三極體的基極，第三電阻的輸入端連接一個外部第一直流電源，三極體的發射極通過第四電阻接地，第二電容的輸出端作為所述增益模塊的輸出端。
3.根據權利要求2所述的測量儀器，其特徵在於，所述第一電阻的阻值是O歐姆。
4.根據權利要求1所述的測量儀器，其特徵在於，所述單元門電路模塊包括一個第一偏置電阻，一個第二偏置電阻和一個單兀門電路晶片，第一偏置電阻一端連接一個外部第二直流電源，第一偏置電阻的另一端連接單元門電路晶片的第一反相器的輸入端，第一反相器的輸入端作為單元門電路模塊的輸入端，與增益模塊的輸出端相連，第一偏置電阻的另一端還同時連接第二偏置電阻的一端，第二偏置電阻的另一端接地，第一反相器的輸出端還同時連接第二反相器至第η反相器的輸入端，第二反相器至第η反相器的輸出端作為單元門電路模塊的η-1個輸出端，分別輸出η-1路時鐘信號，η為大於等於2的自然數。
5.根據權利要求2所述的測量儀器，其特徵在於，所述三極體是射頻三極體。
6.根據權利要求5所述的測量儀器，其特徵在於，所述單元門電路模塊包括一個第一偏置電阻，一個第二偏置電阻和一個單兀門電路晶片，第一偏置電阻一端連接一個外部第二直流電源，第一偏置電阻的另一端連接單元門電路晶片的第一反相器的輸入端，第一反相器的輸入端作為單元門電路模塊的輸入端，與增益模塊的輸出端相連，第一偏置電阻的另一端還同時連接第二偏置電阻的一端，第二偏置電阻的另一端接地，第一反相器的輸出端還同時連接第二反相器至第η反相器的輸入端，第二反相器至第η反相器的輸出端還依次通過第二匹配電阻至第η匹配電阻輸出η-1路時鐘信號，η為大於等於2的自然數。
【文檔編號】H03K5/15GK103929160SQ201310015260
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年1月16日 優先權日:2013年1月16日
【發明者】曾磊, 王悅, 王鐵軍, 李維森 申請人:北京普源精電科技有限公司