[發(fā)明專利]大幅度超高速同步脈沖產(chǎn)生裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310017729.5
• 申請日: 2013-01-17
• 公開（公告）號: CN103066960A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李鋒;陳煉;梁福田;金革
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: H03K5/01
• 分類號: H03K5/01;H03K5/156
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高速脈沖發(fā)生器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種信號前沿和脈沖寬度都在亞納秒級的大幅度超高速同步脈沖的產(chǎn)生裝置和方法。

背景技術(shù)

隨著高科技的發(fā)展，測量領(lǐng)域所使用的高精度測量設(shè)備對大幅度觸發(fā)脈沖源的要求越來越高，不僅要求其能給出滿足一定信號特征(包括上升下降時間、脈沖寬度、幅度等)的脈沖，而且隨著越來越多高精度測量設(shè)備的使用，對信號的前沿時間和觸發(fā)信號延遲時間的要求也越來越高，許多高帶寬示波器、光譜儀等測量設(shè)備已經(jīng)要求提供前沿小于200ps的大幅度(接近±15V)脈沖信號作為觸發(fā)源以保證其測量的精度，而且觸發(fā)信號輸出相對于輸入的延遲時間要求很小，延遲時間的晃動也很小，在幾十ps以內(nèi)。因此，無論是為了給高精度測量儀器提供高質(zhì)量的觸發(fā)脈沖，還是為了發(fā)展電子學(xué)技術(shù)本身，都需要對這種大幅度超高速同步脈沖的產(chǎn)生方法和技術(shù)進行研究。

目前，大幅度超高速同步脈沖的產(chǎn)生方法都是基于兩種技術(shù)：高速開關(guān)晶體管電路和雪崩管電路。高速開關(guān)晶體管電路會在輸入觸發(fā)信號的條件下，使晶體管瞬間導(dǎo)通或者截止，從而輸出一個已經(jīng)事先在某個輸入端準(zhǔn)備好的電壓值，這種技術(shù)能夠給出很高的電壓，但由于晶體管帶寬的限制，這種電路只能產(chǎn)生前沿為數(shù)納秒的大幅度信號，而且一般脈沖寬度比較寬，因此無法實現(xiàn)對高精度測量設(shè)備的精密觸發(fā)。

雪崩管電路可以產(chǎn)生脈沖前沿為納秒級、幅度從幾伏到高達數(shù)百伏、脈寬數(shù)納秒的大幅度脈沖，但這種方案有兩個缺點：一、需要高達幾十甚至幾百伏的直流電壓源給電路供電，使雪崩管一直處于雪崩預(yù)觸發(fā)的狀態(tài)，這樣才能在一個較小的觸發(fā)脈沖輸入的情況下產(chǎn)生雪崩，從而輸出一個高速脈沖，也就是說，這種實現(xiàn)方案對直流電壓源有比較高的要求；二、雪崩管電路產(chǎn)生的高速脈沖前沿仍然是納秒級，與高精度測量設(shè)備需要的小于200ps上升前沿的要求仍有較大差距。

而且，由于以前這種大幅度、前沿時間極短的超高速同步脈沖的應(yīng)用范圍較小，其產(chǎn)生方法的研究也很少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是給出大幅度超高速同步脈沖的產(chǎn)生方案，以及具體的電路實現(xiàn)方法。本發(fā)明涉及的技術(shù)不需要使用工作電壓非常高的晶體管，因此對直流電壓源的電壓要求不是很高。其主要功能由多級寬帶晶體管電路來實現(xiàn)，能夠給出脈沖前沿小于200ps，幅度接近15V左右的正脈沖及負脈沖。同時，輸出的同步脈沖相對于輸入的延遲時間的抖動很小，不到20ps。

本發(fā)明提出了一種大幅度超高速同步脈沖產(chǎn)生裝置，其包括：

輸入信號整形電路，其用于將輸入的觸發(fā)脈沖信號進行整形以輸出LVPECL標(biāo)準(zhǔn)電平信號；

同步脈沖產(chǎn)生電路，其以LVPECL標(biāo)準(zhǔn)電平信號作為觸發(fā)信號，用于產(chǎn)生大幅度超高速同步脈沖。

其中，所述同步脈沖產(chǎn)生電路包括：

高速電平轉(zhuǎn)換電路，用于將輸入的所述LVPECL標(biāo)準(zhǔn)電平信號轉(zhuǎn)換為LVTTL電平信號，所述LVTTL電平信號用于過壓驅(qū)動寬帶晶體管電路；

寬帶晶體管電路，以所述LVTTL電平信號作為驅(qū)動信號，用于產(chǎn)生大幅度超高速同步脈沖信號。

其中，所述寬帶晶體管電路為兩級串聯(lián)寬帶晶體管電路；其中第一級寬帶晶體管電路以所述LVTTL電平信號作為驅(qū)動信號，其輸出信號用來對第二級寬帶晶體管電路做過壓驅(qū)動，其輸出信號作為大幅度超高速同步脈沖信號。

其中，該裝置為多通道大幅度超高速同步脈沖產(chǎn)生裝置，其還包括高精度時鐘扇出電路，其用于對所述LVPECL標(biāo)準(zhǔn)電平信號作扇出，所述多路高精度觸發(fā)信號作為多個所述同步脈沖電路的觸發(fā)信號。

其中，所述同步脈沖產(chǎn)生電路包括正極性脈沖產(chǎn)生電路和負極性脈沖產(chǎn)生電路，所述多路高精度觸發(fā)信號用于分別觸發(fā)所述正極性脈沖產(chǎn)生電路和所述負極性脈沖產(chǎn)生電路。

其中，所述高精度時鐘扇出電路包括至少一片高精度時鐘扇出芯片。

其中，所述高精度時鐘扇出電路包括多片高精度時鐘扇出芯片時，以其中一個所述高精度時鐘扇出芯片的輸出連接到另一個所述高精度時鐘扇出芯片的觸發(fā)輸入引腳的方式進行級聯(lián)，以滿足所述多通道大幅度超高速同步脈沖產(chǎn)生裝置的通道數(shù)量要求。

其中，所述LVTTL電平信號的高低電平邏輯擺幅大于LVPECL標(biāo)準(zhǔn)電平信號的高低電平邏輯擺幅。

其中，該裝置為單通道大幅度超高速同步脈沖產(chǎn)生裝置。

本發(fā)明還提出了一種大幅度超高速同步脈沖產(chǎn)生方法，其包括：

輸入信號整形電路將輸入的觸發(fā)脈沖信號進行整形以輸出LVPECL標(biāo)準(zhǔn)電平信號；