CN110073598B - 非线性传输线高压脉冲锐化 - Google Patents

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Abstract

一些实施例包括高压非线性传输线，高压非线性传输线包括：高压输入，被配置为接收具有大于5kV的第一峰值电压的电脉冲，第一峰值电压具有第一上升时间；多个电路元件，多个电路元件中的每一个具有电阻器和非线性半导体结电容器件；多个电感器，多个电感器至少其中之一电耦接在多个电路元件中的两个电路元件之间；以及高压输出，用于提供具有第二上升时间的第二峰值电压，第二上升时间比第一上升时间更快。

Description

非线性传输线高压脉冲锐化
背景技术
产生具有快速上升时间的高压脉冲是具有挑战性的。例如，为了实现高电压(例如大于10kV)脉冲的快速上升时间(例如小于50ns)，脉冲上升的斜率必须非常陡。这种陡的上升时间非常难以产生，尤其对于以紧凑方式使用标准电气部件来说更难。此外，难以产生这种具有可变脉冲宽度和/或高脉冲重复率的、具有快速上升时间的高压脉冲。
发明内容
一些实施例包括高压非线性传输线，该高压非线性传输线包括：高压输入，被配置为接收具有大于5kV的第一峰值电压的电脉冲，所述第一峰值电压具有第一上升时间；与地电耦接的多个电路元件，所述多个电路元件中的每一个包括电阻器和非线性半导体结电容器件；多个电感器，所述多个电感器至少其中之一电耦接在所述多个电路元件中的两个电路元件之间；以及高压输出，用于提供具有第二上升时间的第二峰值电压，所述第二上升时间比所述第一上升时间更快。
在一些实施例中，所述第二峰值电压与所述第一峰值电压基本相同。
在一些实施例中，所述多个电感器中的每一个具有小于约500nH的电感。
在一些实施例中，所述多个电阻器中的每一个具有小于约1000欧姆的电阻。
在一些实施例中，所述多个非线性半导体结电容器件中的每一个具有小于约100nH的电感。
在一些实施例中，所述非线性半导体结电容器件中的每一个包括二极管。
在一些实施例中，所述非线性半导体结电容器件中的每一个具有随电压非线性变化的电容。
在一些实施例中，所述多个电路元件包括至少10个电路元件。
在一些实施例中，所述非线性半导体结电容器件中的每一个包括并联和/或串联布置的多个非线性半导体结电容器件。
在一些实施例中，所述非线性半导体结电容器件具有小于10nF的电容。
附图说明
当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本公开的这些和其他特征、方面和优点。
图1是根据一些实施例的纳秒脉冲发生器和非线性传输线的方框图。
图2是根据一些实施例的非线性传输线的电路图。
图3是根据一些实施例的非线性传输线的电路图。
图4是根据一些实施例的非线性传输线的电路图。
图5是包括任何数量个NSJC器件的串联组合的非线性传输线的电路图。
图6是包括任何数量个NSJC器件的串联组合的非线性传输线的电路图。
图7示出非线性传输线的输入脉冲波形和输出波形。
图8和图9是具有高脉冲重复频率的波形。
具体实施方式
公开了一种非线性传输线。在一些实施例中，非线性传输线可包括多个非线性半导体结电容器件(例如，非线性电感器和/或非线性电容器)。在一些实施例中，非线性传输线可以锐化高压输入脉冲的上升时间，该高压输入脉冲例如可具有可变脉冲宽度和/或高脉冲重复率。
本发明的一些实施例包括使用非线性半导体结电容器件。在一些电压状态下的非线性半导体结电容器件可具有随着非线性半导体结电容器件两端的电压而变化的电容。
非线性半导体结可包括P型结或N型结。由P型和N型导电材料的区域之间的边界限定的半导体结在某些条件下是电容器。该结电容从与该结相关联的耗尽层或空间电荷区域的电荷产生。空间电荷区域识别两侧上与结相邻的体积：在该体积中由于电离的杂质原子的存在而引起的净固定电荷未被移动电荷载流子中和。在耗尽层之外，移动载流子(即P型材料中的空穴和N型材料中的电子)以几乎正好适当的数量存在，以中和固定电荷。
如果通过向结的一侧上的触点施加电压而使结在正向或反向上略微偏置，则该电压促使空穴和电子分布分别朝向或远离彼此移动。当耗尽层变窄或变宽时，附加的空穴和电子在触点处进入或离开半导体，以保持P型区域和N型区域的中性。因此，在器件的端子处引入一定量的电荷，并忽略电荷载流子的复合或生成，如果施加的电压变回零，则相同量的电荷返回。因此，半导体结器件类似于电容器。施加的电压与在端子处引入的电荷量之间的关系是非线性的，即电容(被定义为随电压变化的电荷变化率)取决于电压。
非线性半导体结还可包括金属-半导体结，其中金属与半导体材料紧密接触。金属与半导体材料之间的这种紧密接触可以产生结电容，结电容可以随施加的电压而变化。金属-半导体结可称为肖特基势垒二极管、肖特基势垒结或点接触二极管。金属-半导体结例如可包括具有P型或N型半导体区域的金属。
在一些实施例中，NSJC器件可以是一个电容器或多个电容器。在一些实施例中，NSJC器件可包括在电路板上蚀刻的两个并联导体(或电容器)。
图1是根据一些实施例的具有高压脉冲发生器(high voltage pluser)105和非线性传输线115的系统的方框图。该系统可包括或不包括与非线性传输线115的输出耦接的输出120。在一些实施例中，例如，高压脉冲发生器105的浮动输出可以与非线性传输线115电耦接。
高压脉冲发生器105例如可包括多个固态开关(例如，IGBT、MOSFET、FET、SiC、GaN开关)和/或变压器。高压脉冲发生器105例如可以设计和/或构造为具有低杂散电感和/或低杂散电容。高压脉冲发生器105例如可以产生高压脉冲，该高压脉冲具有快速上升时间、高电压(例如大于1kV)、可变脉冲宽度、高重复率等。可以使用任何类型的高压脉冲发生器。高压脉冲发生器105可包括在美国专利公开第2015/0130525号和/或美国专利公开第2015/0318846号中所述的高压纳秒脉冲发生器，其全部内容通过参考合并于此以公开脉冲发生器105。
在一些实施例中，高压脉冲发生器105例如可以以可变脉冲宽度、大于1kV(或甚至高达100kV)的电压和/或10kHz-100kHz的脉冲重复频率操作。
在一些实施例中，高压脉冲发生器105可以以单脉冲状态操作，或者以具有长脉冲的状态操作。
例如，非线性传输线115可以锐化高压脉冲发生器105产生的一个或多个高压脉冲的上升时间(例如，缩短上升时间、加快上升时间等)。锐化的输出脉冲可以具有与高压脉冲发生器105所产生的一个或多个电压脉冲基本相同的高电压、基本相同的重复率和/或基本相同的可变脉冲宽度。非线性传输线115可包括非线性传输线200、300、400、500、600或它们的一些变型。
在一些实施例中，输出120可以产生高压输出，其具有与由输入(例如，来自高压脉冲发生器105)提供的电压大致相同的电压。在一些实施例中，输出脉冲可具有比输入上升时间更快的上升时间。例如，输入脉冲可以具有10kV的电压和20ns的上升时间；输出脉冲可以具有10kV的电压和10ns的上升时间。
图2是根据一些实施例的非线性传输线200的电路图。非线性传输线200可包括能够连接到高压脉冲发生器105的输入。在一些实施例中，非线性传输线200可包括高压脉冲发生器105。
非线性传输线200包括第一电路元件250A，第一电路元件250A包括第一电阻器210A、第一非线性半导体结电容(NSJC)器件205A和第一电感器215A。在一些实施例中，第一电路元件250A可以电耦接到高压脉冲发生器105和地两者。
非线性传输线200包括第二电路元件250B，第二电路元件250B包括第二电阻器210B、第二NSJC器件205B和第二电感器215B。在一些实施例中，第二电路元件250B可以电耦接到第一电感器215A和地两者。
非线性传输线200包括第三电路元件250C，第三电路元件250C包括第三电阻器210C、第三NSJC器件205C和第三电感器215C。在一些实施例中，第三电路元件250C可以电耦接到第二电感器215B和地两者。
非线性传输线200包括第四电路元件250D，第四电路元件250D包括第四电阻器210D、第四NSJC器件205D和第四电感器215D。在一些实施例中，第四电路元件250D可以电耦接到第三电感器215C和地两者。
非线性传输线200可包括输出，该输出可以提供与由高压脉冲发生器105所提供的峰值电压类似的峰值电压和/或具有比输入的上升时间更快的上升时间。
图2所示的非线性传输线200示出四个电路元件(各自具有电阻器和/或NSJC器件)。可包括任何数量的电路元件和/或电感器。例如，非线性传输线可包括五个以上电路元件和/或电感器。作为另一个示例，非线性传输线可包括十个以上的电路元件和/或电感器。
在一些实施例中，每个NSJC器件(例如，NSJC器件205A、205B、205C、205D等)可具有小于约500nH、250nH、100nH、50nH、25nH等的电感。在一些实施例中，每个NSJC器件(例如，NSJC器件205A、205B、205C、205D等)可包括串联或并联的多个NSJC器件。
在一些实施例中，每个电阻器(例如，电阻器210A、210B、210C、210D等)可具有小于约1000欧姆、500欧姆、250欧姆、100欧姆、50欧姆、25欧姆等的电阻。在一些实施例中，每个电阻器(例如，电阻器210A、210B、210C、210D等)可包括串联或并联的多个电阻器。
在一些实施例中，每个电感器(例如，电感器215A、215B、215C、215D等)可具有小于约500nH、250nH、100nH、50nH、25nH等的电感。在一些实施例中，每个电感器(例如，电感器215A、215B、215C、215D等)可包括串联或并联布置的多个电感器。
图3是根据一些实施例的非线性传输线300的电路图。非线性传输线300可包括可以连接到高压脉冲发生器105的输入，如图1和/或图2所示。在一些实施例中，非线性传输线300可包括高压脉冲发生器105。非线性传输线300可以类似于非线性传输线200，在该示例中，非线性传输线300包括两个电感器位于电路元件之间而不是一个电感器。
非线性传输线300包括第一电路元件250A，第一电路元件250A包括第一电阻器210A、第一非线性半导体结电容(NSJC)器件205A、第一上部电感器315A和第一下部电感器316A。在一些实施例中，第一电路元件250A可以电耦接到高压脉冲发生器105和地两者。
非线性传输线300包括第二电路元件250B，第二电路元件250B包括第二电阻器210B、第二NSJC器件205B、第二上部电感器315B和第二下部电感器316B。在一些实施例中，第二电路元件250B可以电耦接到第一上部电感器315A和第一下部电感器316A两者。
非线性传输线300包括第三电路元件250C，第三电路元件250C包括第三电阻器210C、第三NSJC器件205C、第三上部电感器315C和第三下部电感器316C。在一些实施例中，第三电路元件250C可以电耦接到第二上部电感器315B和第二下部电感器316B两者。
非线性传输线300包括第四电路元件250D，第四电路元件250D包括第四电阻器210D、第四NSJC器件205D、第四上部电感器315D和第四下部电感器316D。在一些实施例中，第四电路元件250D可以电耦接到第三上部电感器315C和第三下部电感器316C两者。
非线性传输线300可包括输出，该输出可以提供与由输入105提供的峰值电压类似的峰值电压和/或具有比输入的上升时间更快的上升时间。
图3中所示的非线性传输线300示出四个电路元件(各自具有电阻器和NSJC器件)。可包括任何数量的电路元件和/或电感器。例如，非线性传输线可包括五个以上电路元件和/或电感器。作为另一个示例，非线性传输线可包括十个以上电路元件和/或电感器。
在一些实施例中，每个NSJC器件(例如，NSJC器件205A、205B、205C、205D等)可具有小于约500nH、250nH、100nH、50nH、25nH等的电感。在一些实施例中，每个NSJC器件(例如，NSJC器件205A、205B、205C、205D等)可包括串联或并联的多个NSJC器件。在一些实施例中，每个NSJC器件(例如，NSJC器件205A、205B、205C、205D等)可具有小于约10nF、5nF、2.5nF、1nF等的电容。
在一些实施例中，每个电阻器(例如，电阻器210A、210B、210C、210D等)可具有小于约1000欧姆、500欧姆、250欧姆、100欧姆、50欧姆、25欧姆等的电阻。在一些实施例中，每个电阻器(例如，电阻器210A、210B、210C、210D等)可包括串联或并联的多个电阻器。
在一些实施例中，每个电感器(例如，电感器315A、315B、315C、315D、316A、316B、316C、316D等)可具有小于约500nH、250nH、100nH、50nH、25nH等的电感。在一些实施例中，每个电感器(例如，电感器315A、315B、315C、315D、316A、316B、316C、316D等)可包括串联或并联布置的多个电感器。
图4是根据一些实施例的非线性传输线400的电路图。非线性传输线400的电路图示出许多杂散元件，例如表示为电阻器的杂散电阻和表示为电感器的杂散电感。
在一些实施例中，非线性传输线400可包括多个NSJC器件405A、405B、405C。因为正在利用NSJC器件的非线性电容，所以NSJC器件在图4中示意性地表示为电容器。在一些实施例中，非线性传输线400可包括多个电路元件，每个电路元件包括电阻器(例如，电阻器210A、210B、210C其中之一)，并且电阻器(例如，电阻器210A、210B、210C中的相应一个)例如可以与NSJC器件(例如，多个NSJC器件405A、405B、405C中的相应一个)串联电耦接。在一些实施例中，传输线400可包括多个电感器215A、215B、215C。例如，多个电感器中的每一个可以与两个电路元件和/或电路元件和输出电耦接。
虽然图4所示的传输线400示出三个电路元件，但是可以使用任何数量的电路元件。在一些实施例中，每个NSJC器件405A、405B或405C可包括串联或并联的一个或多个NSJC器件(例如，串联布置的2、3、5、7、9、12、15个NSJC器件)，它们例如可以提供具有足够工作电压的NSJC器件组合，例如，大于500V、1kV、2.5kV、5kV、10kV等的组合的工作电压。在一些实施例中，NSJC器件可包括二极管，例如碳化硅肖特基二极管(一个或多个)、硅二极管(一个或多个)或其他二极管(一个或多个)。在一些实施例中，每个NSJC器件405A、405B、405C可包括具有作为结电压的函数的非线性电容的半导体器件。
例如，每个NSJC器件405A、405B、405C(或NSJC器件的组合)可具有大于1.0kV的额定电压，例如1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、3.4kV。在一些实施例中，每个NSJC器件405A、405B、405C(或NSJC器件的组合)可具有小于约1000nH、750nH、500nH、250nH、100nH、50nH、30nH、20nH、15nH、10nH等的杂散电感225A、225B、225C。
虽然图4所示的非线性传输线400示出相互并联的三个电阻器210A、210B、210C，但是可以为每个相应的电阻器210A、210B、210C使用任何数量的电阻器。在一些实施例中，电阻器210A、210B、210C可具有小于约1000欧姆、500欧姆、250欧姆、100欧姆、50欧姆等的电阻。
虽然图4所示的非线性传输线400示出了三个电感器215A、215B、215C，但是可以使用任何数量的电感器。电感器例如可以具有小于约250nH、100nH、50nH、25nH、10nH等的电感。
非线性传输线400可包括输入150。输入例如可以与纳秒脉冲发生器耦接。在一些实施例中，输入可以与一个或多个附加的非线性传输线耦接。
一些实施例中，非线性传输线400可以与纳秒脉冲发生器耦接，该纳秒脉冲发生器可以产生具有多个脉冲的高压脉冲序列。纳秒脉冲发生器产生的高压脉冲序列可以具有任何数量个的特性，例如，具有高于例如1kV、2.5kV、5kV、10kV、15kV、20kV等的电压；以及具有快速上升时间，例如，上升时间小于约50ns、40ns、30ns、20ns、10ns等。高压脉冲序列的多个脉冲例如可以具有可变脉冲宽度(例如，3ns-275ns)。
在一些实施例中，非线性传输线400可以缩短高压脉冲序列的上升时间，同时保持输入高压脉冲序列的可变脉冲宽度和/或脉冲重复频率。例如，非线性传输线400可以输出例如具有高电压、缩短的上升时间(例如，缩短了20ns)和可变脉冲宽度(例如，3ns-275ns)的高压脉冲序列，该可变脉冲宽度与纳秒脉冲发生器产生的可变脉冲宽度相对应。
非线性传输线400可包括任何数量个的NSJC器件的串联组合和/或任何数量个电阻器与电感器并联连接的串联组合。图5和图6示出一些示例。
非线性传输线400可以被描述为具有多个电路元件。例如，图4示出三个电路元件。第一电路元件250A包括具有第一杂散电感225A的第一NSJC器件205A、第一电阻器210A和具有第一杂散电阻220A的第一电感器215A。第二电路元件250B包括具有第二杂散电感225B的第二NSJC器件205B、第二电阻器210B和具有第二杂散电阻220B的第二电感器215B。第三电路元件250C包括具有第三杂散电感225C的第三NSJC器件205C、第三电阻器210C和具有第三杂散电阻220C的第三电感器215C。第一电路元件250、第二电路元件250B和第三电路元件250C可以并联布置。非线性传输线400可包括并联布置的任何数量个的电路元件。可以基于脉冲的上升时间的增加来确定电路元件的数量，如下更详细所述。
图5是根据一些实施例的串联布置的两个非线性传输线500的电路图。第一非线性传输线505包括10个电路元件，且第二非线性传输线510包括10个电路元件。在任一非线性传输线中可包括任何数量个电路元件。可以串联布置任何数量个非线性传输线。高压脉冲发生器105驱动两个非线性传输线500。
图6是根据一些实施例的并联布置的两个非线性传输线600的电路图。第一非线性传输线605包括10个电路元件，且第二非线性传输线610包括10个电路元件。在任一非线性传输线中可包括任何数量个电路元件。任何数量个高压脉冲发生器105可以驱动第一非线性传输线605。另外的高压脉冲发生器105可以驱动第二非线性传输线610。第一非线性传输线605和第二非线性传输线610都耦接到相同的负载。
在一些实施例中，非线性传输线的多个电感器可以具有变化的电感。例如，远离输入(例如，高压脉冲发生器105)的电感器的电感可以具有比更靠近输入的电感器更低的电感。作为另一示例，远离输入(例如，高压脉冲发生器105)的电感器的电感可以具有比更靠近输入的电感器更高的电感。
在一些实施例中，非线性传输线的多个电阻器可具有变化的电阻。例如，远离输入(例如，高压脉冲发生器105)的电阻器的电阻可以具有比更靠近输入的电阻器更低的电阻。作为另一示例，远离输入(例如，高压脉冲发生器105)的电阻器的电阻可以具有比更靠近输入的电阻器更高的电阻。
在一些实施例中，非线性传输线的多个NSJC器件可具有变化的电容。例如，远离输入(例如，高压脉冲发生器105)的NSJC器件的电容可以具有比更靠近输入的NSJC器件更低的电容。作为另一示例，远离输入(例如，高压脉冲发生器105)的NSJC器件的电容可以具有比更靠近输入的NSJC器件更高的电容。
图7示出非线性传输线的输入脉冲705和输出脉冲710。如图7所示，输出脉冲710具有更陡和/或更快和/或更尖锐的上升时间。特别地，在该示例中，输入波形具有33ns的上升时间，而输出波形具有9ns的上升时间，其已经被非线性传输线锐化。
此外，在该示例中，输出脉冲的脉冲宽度与输入脉冲的脉冲宽度基本相同。该示例中的平顶电压可以是大约10kV。在该示例中的非线性传输线可以说已经将上升时间锐化，同时保持输入脉冲的高电压和输入脉冲的脉冲宽度。
在一些实施例中，高压脉冲发生器105可包括纳秒脉冲发生器和/或可以向非线性传输线200的输入提供高压脉冲。纳秒脉冲发生器可以提供具有例如以下上升时间的脉冲，例如，小于约250ns、200ns、150ns、100ns、50ns、30ns、20ns、10ns、5ns、1ns等的上升时间。非线性传输线400的输出可以提供来自输入脉冲的输出，其具有小于约10ns、20ns、30ns、40ns、50ns等的上升时间，比输入上升时间更快。例如，如果输入脉冲具有50ns的上升时间，则输出脉冲可具有20ns的上升时间。
图7示出输入脉冲与输出脉冲或非线性传输线之间缩短的上升时间的一个示例。在输出脉冲710的波形旁边示出输出脉冲705的波形。如图所示，输入脉冲705的上升时间长于输出脉冲710的上升时间。在该示例中，输入上升时间为31ns，而输出上升时间已压缩为9ns。
例如，可以以脉冲从峰值电压的10％上升到90％所花费的时间量来测量上升时间。
例如，高压输入或高压输出脉冲可具有大于约1kV、5kV、10kV、15kV、20kV、30kV、50kV、100kV等的电压。高压输入或高压输出脉冲例如可具有可变脉冲宽度。高压脉冲例如可具有大于1ns、2ns、5ns、10ns、20ns、50ns、100ns、250ns、500ns等的脉冲宽度。高压输入或高压输出脉冲例如可具有可调节的脉冲重复率。高压输入或高压输出脉冲例如可具有大于50kHz、100kHz、250kHz、500kHz、1000kHz等的脉冲重复率。
在一些实施例中，非线性传输线可包括具有以下电容的NSJC器件：
Figure BDA0002087118690000111
其中Cj0是NSJC在零电压下的结电容。V是电压。
Figure BDA0002087118690000112
是结电位。m是介于0.25与0.75之间的常数值，其根据NSJC的类型而变化。
在一些实施例中，可以用作NSJC器件的肖特基二极管的总电容可以与非线性传输线中包括的二极管(例如，二极管、电阻器和电感器组合)的数量成反比，例如：
Figure BDA0002087118690000113
该等式可用于肖特基二极管，其不一定必用于所有NSJC器件。
在一些实施例中，非线性传输线的总电容Cs将随着二极管(或NSJC器件)部分的数量增加而减小。Cj0是单个二极管在零电压下的结电容，
Figure BDA0002087118690000114
是结电位，Vs是非线性传输线两端的电压。
在一些实施例中，作为一般经验法则，在一些条件下，非线性传输线400的特征阻抗可小于约180欧姆。在一些实施例中，可以使用以下公式计算非线性传输线的电感以例如阻抗匹配到180Ω，其中V40％是Vmax的40％：
Figure BDA0002087118690000115
在一些实施例中，当施加输入脉冲时，非线性传输线400的阻抗可以根据所施加的电压和/或例如时间而变化。
在一些实施例中，可将电阻器210A、210B、210C的值计算为显著抑制来自杂散电感225A、225B、225C和/或NSJC器件405A、405B、405C的任何可变电容的任何嗡嗡声(ringing)。在理想的非线性传输线中，例如在没有杂散电感225A、225B、225C的情况下，上升时间可能受布拉格频率的限制。但是，在很多示例性实施例中，杂散电感可以限制上升时间。可以使用C(Vmax)和C(V40％)来计算谐振上升时间，以提供两个不同的参考点。
在一些实施例中，作为一般规则，可以根据以下等式来确定非线性传输线400的上升时间的变化量：
Figure BDA0002087118690000121
根据该等式和上述用于总电容CS的等式，可以确定二极管部分的数量N，以实现期望的上升时间Δt。
例如，每个非线性传输线可用于将上升时间缩短一级。例如，一个是从10ns到5ns，第二个是从5ns到2ns，依此类推。每个都可以针对它所采用的具体级别进行优化。
图8示出接收脉冲重复频率为100kHz的输入脉冲序列并产生脉冲重复频率为100kHz的对应输出脉冲序列的非线性传输线。此外，输出的电压可以与输入电压相同。在图8所示的示例中，在输出端包括分压器，分压器降低了电压，如图所示。分压器并非必需。
图9示出接收脉冲重复频率为1000kHz的输入脉冲序列并产生脉冲重复频率为1000kHz的对应输出脉冲序列的非线性传输线。在图8和图9所示的波形中，脉冲宽度约为100ns。此外，输出电压可以与输入电压相同。在图9所示的示例中，在输出端包括分压器，分压器降低了电压，如图所示。分压器并非必需。
术语“基本上”是指在参考值的5％或10％内或制造公差范围内。
公开了各种实施例。各种实施例可以部分或完全组合以产生其他实施例。
在此阐述了许多具体细节以提供对所要求保护的主题的透彻理解。但是，本领域技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践所要求保护的主题。在其他情况下，没有详细描述本领域普通技术人员公知的方法、设备或系统，以免模糊所要求保护的主题。
一些部分是根据对存储在计算系统存储器(例如计算机存储器)内的数据位或二进制数字信号的算法或符号表示来呈现的。这些算法描述或表示是数据处理领域的普通技术人员所使用的用于将他们工作的实质传达给本领域其他技术人员的技术的示例。算法是自洽的操作序列或导致期望结果的类似处理。在这种情况下，操作或处理涉及物理量的物理操纵。通常，虽然并非必须，但是这些量可以采用能够被存储、传输、组合、比较或以其他方式操纵的电信号或磁信号的形式。主要出于通用的原因，已经证明将这些信号称为比特、数据、值、元素、符号、字符、术语、数字、数字等有时候是方便的。但是应当理解，所有这些和类似的术语都与适当的物理量相关联，并且仅仅是方便的标签。除非另外特别说明，否则应当理解，在整个说明书中，利用诸如“处理”、“计算”、“运算”、“确定”和“识别”等术语的讨论指的是计算装置(例如一个或多个计算机或类似的电子计算装置或多个装置)的动作或过程，其操纵或转换在存储器、寄存器或其他信息存储装置、传输装置或计算平台的显示装置内表示为物理、电或磁量的数据。
这里讨论的系统不限于任何特定的硬件架构或配置。计算装置可包括任何合适的组件布置，其提供以一个或多个输入为条件的结果。合适的计算装置包括访问存储的软件的基于多用途微处理器的计算机系统，该存储的软件将计算系统从通用计算设备编程或配置到用于实现本主题的一个或多个实施例的专用计算设备。可以使用任何合适的编程、脚本或其他类型的语言或语言的组合来在用于编程或配置计算装置的软件中实现本文包含的教导。
可以在这些计算装置的操作中执行本文公开的方法的实施例。上述示例中呈现的步骤的顺序可以变化，例如，可以将步骤重新排序、组合和/或分成子步骤。某些步骤或处理可以并行执行。
本文中“适应于”或“配置为”的使用意味着开放且包容性的语言，其不排除适于或配置为进行附加任务或步骤的装置。此外，“基于”的使用意味着开放和包容性，因为“基于”一个或多个引用条件或值的处理、步骤、计算或其他动作在实践中可以基于附加条件或超出引用值的值。这里包括的标题、列表和编号仅仅是为了便于解释而不是限制性的。
虽然已经关于本发明的具体实施方案详细描述了本主题，但是应当理解，本领域技术人员在获得对前述内容的理解后，可以容易地获得对这些实施例的改变、变化和等同物。因此应当理解，本公开是出于示例而非限制的目的而给出的，并且不排除包含对本主题的这些修改、变化和/或添加，这对于本领域普通技术人员而言显而易见。

Claims (20)

1.一种高压非线性传输线，包括：
高压输入，被配置为接收具有大于5kV的第一峰值电压的电脉冲，所述第一峰值电压具有第一上升时间；
多个电路元件，所述多个电路元件中的每一个具有电阻器和非线性半导体结电容器件，其中，所述非线性半导体结电容器件中的每一个包括半导体二极管，所述半导体二极管具有作为结电压函数的非线性电容；
多个电感器，所述多个电感器至少其中之一电耦接在所述多个电路元件中的两个电路元件之间；以及
高压输出，用于提供具有第二上升时间的第二峰值电压，所述第二上升时间比所述第一上升时间更快。
2.根据权利要求1所述的高压非线性传输线，其中，所述第二峰值电压与所述第一峰值电压基本相同。
3.根据权利要求1所述的高压非线性传输线，其中，所述多个电感器中的每一个具有小于约500nH的电感。
4.根据权利要求1所述的高压非线性传输线，其中，所述多个电阻器中的每一个具有小于约1000欧姆的电阻。
5.根据权利要求1所述的高压非线性传输线，其中，所述多个非线性半导体结电容器件中的每一个具有小于约100nH的电感。
6.根据权利要求1所述的高压非线性传输线，其中，每个所述非线性半导体结电容器件具有随电压非线性变化的电容。
7.根据权利要求1所述的高压非线性传输线，其中，所述多个电路元件包括至少10个电路元件。
8.根据权利要求1所述的高压非线性传输线，其中，每个所述非线性半导体结电容器件包括并联和/或串联布置的多个非线性半导体结电容器件。
9.根据权利要求1所述的高压非线性传输线，其中，所述非线性半导体结电容器件具有小于5nF的电容。
10.一种非线性传输线，包括：
高压输入，被配置为接收具有大于5kV的第一峰值电压的电脉冲，所述第一峰值电压具有第一上升时间；
第一电路元件，与所述高压输入电耦接，所述第一电路元件包括：
第一非线性半导体结电容器件，其中，所述第一非线性半导体结电容器件包括第一半导体二极管，所述第一半导体二极管具有作为结电压函数的非线性电容；
第一电阻器，与所述第一非线性半导体结电容器件串联电耦接；以及
第一电感器；
第二电路元件，与所述第一电感器电耦接，所述第二电路元件包括：
第二非线性半导体结电容器件，其中，所述第二非线性半导体结电容器件包括第二半导体二极管，所述第二半导体二极管具有作为结电压函数的非线性电容；
第二电阻器，与所述第二非线性半导体结电容器件串联电耦接；以及
第二电感器；
第三电路元件，与所述第二电感器电耦接，所述第三电路元件包括：
第三非线性半导体结电容器件，其中，所述第三非线性半导体结电容器件包括第三半导体二极管，所述第二半导体二极管具有作为结电压函数的非线性电容；
第三电阻器，与所述第三非线性半导体结电容器件串联电耦接；以及
第三电感器；
第四电路元件，与所述第三电感器电耦接，所述第四电路元件包括：
第四非线性半导体结电容器件，其中，所述第四非线性半导体结电容器件包括第四半导体二极管，所述第四半导体二极管具有作为结电压函数的非线性电容；
第四电阻器，与所述第四非线性半导体结电容器件串联电耦接；以及
第四电感器；
第五电路元件，与所述第四电感器电耦接，所述第五电路元件包括：
第五非线性半导体结电容器件，其中，所述第五非线性半导体结电容器件包括第五半导体二极管，所述第五半导体二极管具有作为结电压函数的非线性电容；
第五电阻器，与所述第五非线性半导体结电容器件串联电耦接；以及
第五电感器；以及
高压输出，用于提供具有第二上升时间的第二峰值电压，所述第二上升时间比所述第一上升时间更快，所述高压输出与所述第五电感器电耦接。
11.根据权利要求10所述的非线性传输线，其中，所述第一电阻器、所述第二电阻器、所述第三电阻器、所述第四电阻器和所述第五电阻器具有基本相同的电阻。
12.根据权利要求10所述的非线性传输线，其中，所述第一电阻器、所述第二电阻器、所述第三电阻器、所述第四电阻器和所述第五电阻器中的至少两个具有不同的电阻。
13.根据权利要求10所述的非线性传输线，其中，所述第一电感器、所述第二电感器、所述第三电感器、所述第四电感器和所述第五电感器具有基本相同的电感。
14.根据权利要求10所述的非线性传输线，其中，所述第一电感器、所述第二电感器、所述第三电感器、所述第四电感器和所述第五电感器中的至少两个具有不同的电感。
15.根据权利要求10所述的非线性传输线，其中，所述第一非线性半导体结电容器件、所述第二非线性半导体结电容器件、所述第三非线性半导体结电容器件、所述第四非线性半导体结电容器件和/或所述第五非线性半导体结电容器件中的每一个具有小于约100nH的杂散电感。
16.根据权利要求10所述的非线性传输线，其中，所述第一电感器、所述第二电感器、所述第三电感器、所述第四电感器和所述第五电感器中的每一个具有小于约500nH的电感。
17.根据权利要求10所述的非线性传输线，其中，所述第一电阻器、所述第二电阻器、所述第三电阻器、所述第四电阻器和所述第五电阻器中的每一个具有小于约1000欧姆的电阻。
18.一种高压装置，包括：
高压输入，被配置为接收具有大于5kV的第一峰值电压的电脉冲，所述第一峰值电压具有第一上升时间；
第一非线性传输线，与所述高压输入电耦接，所述第一非线性传输线包括：
第一多个电路元件，所述第一多个电路元件中的每一个具有电阻器和非线性半导体结电容器件，其中，所述非线性半导体结电容器件中的每一个包括二极管；以及
第一多个电感器，所述第一多个电感器至少其中之一电耦接在所述第一多个电路元件中的两个电路元件之间；
第二非线性传输线，与第一非线性传输线电耦接，所述第二非线性传输线包括：
第二多个电路元件，所述第二多个电路元件中的每一个具有电阻器和非线性半导体结电容器件，其中，所述非线性半导体结电容器件中的每一个包括半导体二极管，所述半导体二极管具有作为结电压函数的非线性电容；以及
第二多个电感器，所述第二多个电感器至少其中之一电耦接在所述第二多个电路元件中的两个电路元件之间；以及
高压输出，与所述第一非线性传输线和所述第二非线性传输线中的任一个或两者电耦接，所述高压输出用于提供具有第二上升时间的第二峰值电压，所述第二上升时间比所述第一上升时间更快。
19.根据权利要求18所述的高压装置，其中，所述第一非线性传输线与所述第二非线性传输线串联耦接。
20.根据权利要求18所述的高压装置，其中，所述第一非线性传输线与所述第二非线性传输线并联耦接。
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