CN101141122A - 脉冲快速沿转换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种脉冲快速沿转换装置，包括正反向阶跃恢复二极管并联构成的脉冲快速沿整形电路，并联的正反向阶跃恢复二极管一端为快速沿脉冲信号输出端，并通过一电阻接待整形的脉冲信号；另一端接到脉冲直流偏置电源端。当阶跃恢复二极管由正向导通进入反向截止时，由于少子效应，阶跃恢复二极管内会有很大的反向电流，当反向电流把二极管内的少子驱散干净时，时间为tq，二极管内的电流迅速趋向反向饱和电流，时间为tt，这样负载上的电压在tq期间不变，在tt时间以内迅速下降或者上升。利用阶跃恢复二极管的阶跃恢复特性，可以大大加速脉冲的上升/下降时间，其时间等于阶跃恢复二极管的反向恢复时间，从而实现对脉冲快速沿整形的目的。
Description
技术领域
本发明属于高速脉冲信号发生技术领域，具体来讲涉及一种脉冲快速沿转换装置。
背景技术
高速脉冲信号是构成测试系统的关键因素，在通信、雷达、半导体制造、集成电路测试、微处理器测试及地质探测等各个与电子相关的行业都有广泛的应用。同时，在超宽带通信、雷达、制导以及示波器校准中，对高速脉冲信号源有很大需求。
随着微电子技术飞速发展和射频电路的广泛使用，其系统测试所需的脉冲信号源的性能指标也不断提高，高速脉冲发生技术已逐步成为许多高速电路和高性能设备研制和测试的基础。快速沿转换技术在高速脉冲信号发生装置中有着重要的作用，快速沿是高重复频率脉冲、极窄脉冲和超宽带通信脉冲信号的必备特征，是超高速系统测试、半导体检测以及超宽带雷达、超宽带通信中必不可少的。
快速沿脉冲信号的产生，主要是通过隧道二极管、阶跃恢复二极管、俘越二极管、雪崩三极管直接产生极窄脉冲信号，并利用其特殊性质获得极小的脉冲上升/下降沿时间。传统的快速沿脉冲信号的应用，极大的受制于脉冲信号的可编程能力及可控制性。数字合成式产生可编程脉冲信号由于其控制方便、调整分辨率高、精度高等优点，而应用广泛。但是，对于合成式的脉冲产生方法，目前仍然缺乏具体的脉冲快速沿转换装置。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种为高速脉冲信号的产生提供方便的脉冲快速沿转换装置。
为实现上述发明目的，本发明的脉冲快速沿转换装置，包括正反向阶跃恢复二极管并联构成的脉冲快速沿整形电路，并联的正反向阶跃恢复二极管一端为快速沿脉冲信号输出端，并通过一电阻接待整形的脉冲信号；另一端接到脉冲直流偏置电源端。
阶跃恢复二极管为一种特殊的变容二极管，通常被用在梳状谱发生器、倍频器和脉冲发生器中脉冲形成级器件。在本发明中则利用阶跃恢复二极管具有反向恢复时间短的特点实现对脉冲上升/下降边沿的整形：
当阶跃恢复二极管由正向导通进入反向截止时，由于少子效应，在一段时间内阶跃恢复二极管内会有很大的反向电流，当反向电流把二极管内的少子驱散干净时，时间为tq，tq为少子驱散与复合时间，二极管内的电流迅速趋向反向饱和电流-I0，时间为tt，tt为PN结势垒电容充放电时间即阶跃恢复二极管由较大反向电流趋向反向饱和电流时间。这一过程表现在与之相连的负载上就是：负载上的电压在tq期间不变，在tt时间以内迅速下降或者上升。利用阶跃恢复二极管的这一阶跃恢复特性，可以大大加速脉冲的上升/下降时间，其时间等于阶跃恢复二极管的反向恢复时间，从而实现对脉冲快速沿整形的目的。
作为改进，本发明的脉冲快速沿转换装置还包括两只高频三极管或高速开关三极管组成的差分电路，对待整形的脉冲信号进行整形放大，初步调整齐上升/下降时间，然后输出到所述的脉冲快速沿整形电路。
作为进一步的改进，所述的差分电路的两只高频三极管或高速开关三极管的发射极通过一恒流源，接到到负电源，集电极通过各自的集电极电阻连接到一恒压源，待整形的脉冲信号从基极输入，整形放大后再从集电极输出到所述的脉冲快速沿整形电路。
恒压源控制差分电路的输出脉冲信号的高电平，可以通过外围电路设置来控制恒压源输出的稳压电平，该调整将有利于适应于后端不同参数的正反向阶跃恢复二极管并联构成的脉冲快速沿整形电路。
恒流源控制差分电路的输出脉冲信号的幅度，可以通过外围电路设置来控制恒流源输出的恒定电流，该调整将有效的保证输出幅度满足不同参数的阶跃恢复二极管的阶跃恢复条件。
这样可以通过非线性的方式，独立控制差分电路输出脉冲信号的幅度和电平以满足脉冲快速沿整形电路中阶跃恢复二极管的阶跃恢复条件。
本发明脉冲快速沿转换装置利用恒流源差动放大原理和阶跃恢复二极管快速沿产生原理，通过差分电路实现待整形的脉冲信号，如数字电平的脉冲信号的整形放大，通过正反向并联的阶跃恢复二极管完成脉冲的前后沿的转换，最小上升/下降时间达80pS。
同时，如果更换不同指标参数的阶跃恢复二极管，通过调整恒压源电压、恒流源电流，本发明的脉冲快速沿转换装置可以完成对多种电平模式数字脉冲信号，甚至电平幅度范围更加广泛的输入脉冲信号，即待整形的脉冲信号上升/下降沿转换，得到相同幅度、不同上升/下降时间的快速沿脉冲信号。
此外，待整形的脉冲信号的产生，一般是根据脉冲信号发生系统的输出脉冲信号指标进行选择的。目前可供选择的脉冲产生方法有数据式可编程脉冲产生技术、可编程波形合成技术、振荡电路技术，以及以分立元件，如雪崩三极管、隧道二极管和阶跃恢复二极管等为核心的脉冲生成技术。设计者需要根据实际的脉冲信号需求，选择合适脉冲信号产生方法。
附图说明
图1是本发明脉冲快速沿转换装置的一种具体实施方式原理框图；
图2是图1中虚线框内部分，即脉冲快速沿转换装置的电路图；
图3是图2电路图中VIN+、VX以及VOUT的波形图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明优选具体实施方式进行描述。需要提醒注意的是，尽管相似部件出现在不同附图中，但它们被赋予相似的参考数字标记。此外，在以下的描述中，当采用的已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主题内容时，这些描述在这儿将被忽略。
图1是本发明脉冲快速沿转换装置的一种具体实施方式原理框图，其中虚线框内部分为本发明脉冲快速沿转换装置。
在本实施例中，脉冲快速沿转换装置对数字合成式产生可编程脉冲信号进行脉冲快速沿转换，与外围电路一起构成一个可编程高速脉冲发生器。其中，数字驱动器1根据输入IN、IN*产生可编程脉冲信号作为待整形的脉冲信号，其上升/下降都比较长。恒压源通过一数/模转换器(D/A1)2连接到可编程高速脉冲发生器控制数据总线3上，恒流源通过另一数/模转换器(D/A2)4连接到可编程高速脉冲发生器控制数据总线3上。通过控制数据总线3、数/模转换器2、4控制恒压源5电压、恒流源6电流，使差分电路7输出不同幅度和电平脉冲信号，以满足脉冲快速沿整形电路8中阶跃恢复二极管的阶跃恢复条件。
在本实施例中，数模转换器2、4和数字驱动器1为转换装置外部电路。
数字驱动器1产生的可编程脉冲信号以差分的方式输入差分电路7的对应输入端，如果该可编程脉冲信号为单端信号，则可以将差动输入的另一个输入端接地。
恒压源5控制差分电路7的输出脉冲信号的高电平，在数/模转换器2的控制下，恒压源输出的稳压电平，该调整将有利于适应于后端不同参数的正反向阶跃恢复二极管并联构成的脉冲快速沿整形电路8。
恒流源6控制差分电路7的输出脉冲信号的幅度，在数/模转换器3的控制下，恒流源输出的恒定电流，该调整将有效的保证输出幅度满足不同参数的正反向阶跃恢复二极管并联构成的脉冲快速沿整形电路8。
恒流源6控制差分电路7的输出脉冲信号，通过正反向阶跃恢复二极管并联构成的脉冲快速沿整形电路8调整脉冲上升/下降沿，其高低电平分别等于阶跃恢复二极管的导通电压。
利用恒流源差动放大原理和阶跃恢复二极管快速沿产生原理，通过差分电路7实现可编程脉冲信号的整形放大，通过正反向并联的阶跃恢复二极管完成脉冲的前后沿的转换，最小上升/下降时间达80pS。
同时通过调整恒压源5电压、恒流源6电流，编程产生不同的待整形的脉冲信号，本实施例的脉冲快速沿转换装置可以完成对多种电平模式数字脉冲信号，甚至电平幅度范围更加广泛的输入脉冲信号的上升/下降沿转换。如果更换不同指标参数的阶跃恢复二极管，将得到相同幅度、不同上升/下降时间的快速沿脉冲信号。
在本实施例中，脉冲快速沿转换装置可以分为两个部分：差分电路7、恒压源5、恒流源6构成的脉冲整形与放大以及正反向阶跃恢复二极管并联构成的脉冲快速沿整形电路8对脉冲沿的调整。
图2是图1中虚线框内部分，即脉冲快速沿转换装置的电路图。图中，待整形的脉冲信号VIN接到差分电路正、反向输入端VIN+、VIN-，即差分三极管Q1与Q2的基极，在本实施例中，通过基极电阻R1、R2接到差分三极管Q1与Q2的基极。
图3是图2电路图中VIN+、VX以及VOUT的波形图。参见图3(a)，待整形的脉冲信号VIN+的高低电平为VH1和VL1，tr、tf是其上升/下降时间。
差分三极管Q1与Q2通过各自的发射极电阻R3、R4接到恒流源IAMP，再连接到差分电路的负电源VEE上。差分三极管Q1与Q2通过各自的发射极电阻R5、R6接到恒压源VIH，再连接到差分电路的正电源VCC上。
整形放大的差分三极管和恒流源、恒压源电路可以根据前端产生的待整形的脉冲信号VIN的参数要求进行选择设计。这种差分结构对于阻抗隔离和提供大电流都有较大的好处。输入信号，即待整形的脉冲信号幅度要求大于200mV，差分电路工作于非线性状态。
工作中，差分三极管Q1与Q2的基极两点电压进行比较，高的一个三极管导通，低的三极管截止，恒流源电流近似等于导通三极管的集电极电流。参见图3(b)，这样由于恒流源与恒压源的共同作用，差分电路的输出脉冲VX，即三极管Q2的集电极输出，高电平VH2等于恒压源的稳压电平、高电平VH2与低电平VL2之差，即输出幅度等于恒流源电流与集电极输出阻抗的乘积。
参见图3(b)，差分电路对待整形的脉冲信号VIN+进行整形放大，初步调整齐上升/下降时间。图中，差分电路的输出脉冲，与待整形的脉冲信号VIN+相比，脉冲幅度增大，上升/下降时间缩短，并调齐；其中，tD为差分电路产生的信号延迟时间。
正反向阶跃恢复二极管D1、D2并联以双向限幅电路的形式，一端通过电阻R7与三极管Q2的集电极输出脉冲和负载(未画出)相连，另一端接到直流偏置电源VDD。参见图3，当三极管Q2的集电极输出脉冲的上升沿到来时，二极管D1的状态由正偏进入到反偏，由于少子效应，在时间tq内阶跃恢复二极管内会有很大的反向电流，在tq这段时间内，由于反向电流的存在，快速沿脉冲信号VOUT电压维持前态不变，当二极管D1内的少子被驱散后，VOUT电压在tt时间内突跃，当二极管D2上电压超过二极管D2的导通电压时，二极管D2正偏导通，负载上的输出电压上升到D2的导通电压VD2时被嵌位；同理，脉冲的下降沿到来时，二极管D2的状态由正偏进入到反偏，tq为少子驱散与复合时间，在tq期间，VOUT上电压为此不变，当二极管D2内的少子被驱散后，快速沿脉冲信号VOUT电压在tt时间内突跃到D1的导通电压VD1。这样就利用阶跃恢复二极管的这一阶跃恢复特性，可以大大加速脉冲的上升/下降时间，其时间等于阶跃恢复二极管的反向恢复时间，从而实现对脉冲快速沿整形的目的。
通过选择适当的阶跃恢复二极管，整形后的脉冲幅度1.5V左右，高电平VOH：VDD+750mV，低电平VOL：VDD-750mV，上升、下降时间可以达到100pS以内。另外，可以根据需要调整直流偏置电源VDD的值，从而加入改变直流偏置。但改变VDD则必须改变前端的查分放大输出，以满足输出幅度大于1000mV，高电平大于VDD+1000mV，低电平小于VDD-1000mV。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，但应当清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (3)
1.一种脉冲快速沿转换装置，其特征在于：包括正反向阶跃恢复二极管并联构成的脉冲快速沿整形电路，并联的正反向阶跃恢复二极管一端为快速沿脉冲信号输出端，并通过一电阻接待整形的脉冲信号；另一端接到脉冲直流偏置电源端。
2.根据权利要求1所述的脉冲快速沿转换装置，其特征在于，还包括两只高频三极管或高速开关三极管组成的差分电路，对待整形的脉冲信号进行整形放大，初步调整齐上升/下降时间，然后输出到所述的脉冲快速沿整形电路。
3.根据权利要求2所述的脉冲快速沿转换装置，其特征在于，所述的差分电路的两只高频三极管或高速开关三极管的发射极通过一恒流源，接到到负电源，集电极通过各自的集电极电阻连接到一恒压源，待整形的脉冲信号从基极输入，整形放大后再从集电极输出到所述的脉冲快速沿整形电路。
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