CN102769445A

CN102769445A - 超窄脉冲采样电路

Info

Publication number: CN102769445A
Application number: CN2012102809401A
Authority: CN
Inventors: 吴斌; 赵凯; 孙健; 姜涛
Original assignee: Northeast Institute of Geography and Agroecology of CAS
Current assignee: Northeast Institute of Geography and Agroecology of CAS
Priority date: 2012-08-08
Filing date: 2012-08-08
Publication date: 2012-11-07

Abstract

超窄脉冲采样电路涉及高频信号采样技术领域，该电路是将控制系统产生的数字控制信号经过高通滤波器滤除低频分量，再将滤波后的高频信号经过开关晶体管进行放大，得到窄脉冲信号，然后通过两个电感耦合回路产生两个幅度相等、方向相反的纳秒级采样脉冲，之后用得到的采样脉冲驱动二极管桥式采样电路，通过控制桥式采样电路的通断实现信号的采样，桥式采样电路输出通过大电阻与采样保持电容相连，电容对输入的信号采样保持，并通过场效应管输出，得到最后的采样信号输出。本发明采样电路产生的采样脉冲宽度可以达到10ns以内，且电路结构简单，成本低。

Description

超窄脉冲采样电路

技术领域

本发明涉及高频信号采样技术领域，具体涉及一种超窄脉冲采样电路，其是一种能将数字控制信号转化为采样窄脉冲并对输入信号进行纳秒级时间积分的采样电路。

背景技术

目前，典型的信号采样电路大多使用采样保持放大器对信号进行跟踪、保持及采样，这种电路适用于对频率较低的信号进行采样，但难于实现积分时间很短的高频信号的采集；对于要求采样积分时间在纳秒级的高频信号的采样，目前主要采用快速恢复二极管产生采样窄脉冲，但由于器件购买困难等因素，难于推广。

发明内容

本发明的目的是提供一种超窄脉冲采样电路，其由分立元件组成，可以实现对高频信号的实时采样，采样积分时间可达10ns以下。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

超窄脉冲采样电路，包括高通滤波器、开关晶体管、两个电感耦合回路、二极管桥式采样电路和采样保持电路；高通滤波器滤除采样的数字控制信号中的低频分量，并将滤波后的高频信号输出给开关晶体管；开关晶体管将接收的高频信号进行放大，得到窄脉冲信号，并将信号输出给两个电感耦合回路；两个电感耦合回路将接收的窄脉冲信号进行处理，产生两个幅度相等、方向相反的纳秒级采样脉冲信号；二极管桥式采样电路由上述得到的纳秒级采样脉冲信号驱动，通过控制二极管桥式采样电路的通断实现信号的采样，二极管桥式采样电路的输出接采样保持电路，经采样保持电路输出最后的采样信号。

本发明的有益效果是：该电路采用分立元件构成，电路结构简单，成本低，易于实现，产生的采样脉冲宽度可以达到10ns以内。

附图说明

图1是本发明超窄脉冲采样电路的结构框图。

图2是本发明超窄脉冲采样电路的原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明超窄脉冲采样电路包括：高通滤波器、开关晶体管、两个电感耦合回路、二极管桥式采样电路和采样保持电路；控制系统产生的数字控制信号经过高通滤波器滤除低频分量，滤波后的高频信号经过开关晶体管进行放大，得到窄脉冲信号，然后通过两个电感耦合回路产生两个幅度相等、方向相反的纳秒级采样脉冲，之后用得到的采样脉冲驱动二极管桥式采样电路，通过控制桥式采样电路的通断实现信号的采样，桥式采样电路输出通过大电阻与采样保持电容相连，电容对输入的信号采样保持，并通过场效应管输出，得到最后的脉冲宽度在10ns以内的采样信号。

实施例1：

如图2所示，控制采样的数字信号经过电容C2和电阻R2组成的高通滤波器之后，数字信号中的低频分量被滤除，高频分量通过电容C2形成一个1V左右的脉冲信号，并驱动开关晶体管Q1，开关晶体管Q1选用3DK4。当正脉冲信号到来时，开关晶体管Q1导通，否则，开关晶体管Q1保持截止。

开关晶体管Q1的集电极负载由电阻R1与稳压二极管D1组成，稳压二极管D1选用1N4733A，稳幅电压5V，其作用是当开关晶体管Q1导通时，二极管D1两端将保持固定的电压5V，从而使后续输出窄脉冲的幅度保持稳定。高通滤波器（由C2和R2组成）输出的小幅度脉冲信号通过开关晶体管Q1与稳压二极管D1的作用，变为幅度放大的脉冲信号，同时由于开关晶体管Q1的电流放大作用，使输出脉冲具有50mA左右的电流驱动能力。

脉冲信号由稳压二极管D1两端输出，输出负载为2个电感耦合回路T1和T2，双电感耦合回路能够将开关晶体管Q1输出的单一脉冲信号转换为大小相等、方向相反的2个窄脉冲，同时在电感耦合回路T1、T2与电容C3的作用下，会进一步滤除低频分量，从而压缩脉冲宽度，脉冲顶部宽度可压缩至十纳秒以内。

电感耦合回路T1、T2输出的采样窄脉冲分别经过滤波电容C4和C6，加载于二极管桥式采样电路D2上。二极管桥式采样电路D2由4个肖特基二极管1N5711桥接构成，其偏置电路由可变电阻RW1、电阻R3~R8构成，其中可变电阻RW1、电阻R3与电阻R4构成直流电压设置电路，用来根据采样脉冲的幅度调节二极管桥式采样电路D2的反偏直流电压，即通过调节可变电阻RW1的电阻值来调节RW1上的直流分压，从而调节二极管桥式采样电路D2两端的反偏直流电压。电阻R5和R6为限流电阻，电阻R7和R8则作为电感耦合回路T1、T2输出脉冲的负载电阻。当没有采样脉冲产生时，二极管桥式采样电路D2在反偏直流电压的作用下保持截止状态，当采样脉冲到来时，二极管桥式采样电路D2在脉冲电压的作用下进入短暂的正向导通状态，此时外部信号通过二极管桥式采样电路D2并经过隔直电容C11和限流电阻R9对保持电容C12充电，当脉冲电压消失后，二极管桥式采样电路D2重新进入反向偏置的截止状态。这样就完成了一次信号的采样，采样的积分时间则由二极管桥式采样电路D2的导通时间决定。

采样保持电路由限流电阻R9、积分电容C12与场效应管Q2构成，其中限流电阻R9电阻值很大，一般选为几十kΩ以上，此处选择50kΩ，其作用是防止采样保持状态下积分电容C12反方向向前级采样电路放电。积分电容C12用来对采样信号进行保持，根据脉冲宽度范围选择4700pF，场效应管Q2选择2SK241（输入电阻大，对前后级有足够的隔离，是一种用于信号放大的N沟道场MOS管），其作用是在对采样信号与后续信号处理电路进行隔离以防止积分电容C12放电的同时，对采样信号进行10倍左右的幅度放大，电路中的电阻R10与R11用来为场效应管Q2提供栅极的偏置电压，这里电阻R10与R11电阻值较大，一般选为几十kΩ以上，以防止积分电容C12在保持状态下反向放电，此处为设置场效应管Q2的工作点，R10与R11分别选取100kΩ和20kΩ。积分电容C12累积的电压信号经场效应管Q2隔离并放大后，通过隔直电容C13输出，即得到最后的采样信号。

Claims

1.超窄脉冲采样电路，其特征在于，该电路包括高通滤波器、开关晶体管、两个电感耦合回路、二极管桥式采样电路和采样保持电路；高通滤波器滤除采样的数字控制信号中的低频分量，并将滤波后的高频信号输出给开关晶体管；开关晶体管将接收的高频信号进行放大，得到窄脉冲信号，并将信号输出给两个电感耦合回路；两个电感耦合回路将接收的窄脉冲信号进行处理，产生两个幅度相等、方向相反的纳秒级采样脉冲信号；二极管桥式采样电路由上述得到的纳秒级采样脉冲信号驱动，通过控制二极管桥式采样电路的通断实现信号的采样，二极管桥式采样电路的输出接采样保持电路，经采样保持电路输出最后的采样信号。

2.如权利要求1所述的超窄脉冲采样电路，其特征在于，所述最后的采样信号的脉冲宽度小于10ns。

3.如权利要求1所述的超窄脉冲采样电路，其特征在于，所述高通滤波器由电容C2和电阻R2构成。

4.如权利要求1所述的超窄脉冲采样电路，其特征在于，所述开关晶体管的集电极负载由电阻R1与稳压二极管D1组成，稳压二极管D1用于在开关晶体管导通时，使后续输出窄脉冲的幅度保持稳定。

5.如权利要求1所述的超窄脉冲采样电路，其特征在于，所述二极管桥式采样电路由四个肖特基二极管桥接构成，其偏置电路由可变电阻RW1、电阻R3~R8构成，可变电阻RW1、电阻R3与电阻R4构成直流电压设置电路，用于根据采样脉冲的幅度调节二极管桥式采样电路的反偏直流电压。

6.如权利要求1所述的超窄脉冲采样电路，其特征在于，所述采样保持电路由限流电阻R9、积分电容C12与场效应管Q2构成；限流电阻R9用于防止采样保持状态下积分电容C12反方向向前级采样电路放电，积分电容C12用于对采样信号进行保持，场效应管Q2用于对采样信号与后续信号处理电路进行隔离的同时，对采样信号进行幅度放大。