CN208143207U - 一种采用补偿网络的窄脉冲峰值保持电路 - Google Patents
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Abstract
一种采用补偿网络的窄脉冲峰值保持电路，包括采样保持级、跟随输出级、补偿级以及控制级，所述采样保持级包括采样运算跨导放大器、肖特基二极管D1、采样保持电容Ch以及模拟开关Sh，所述跟随输出级包括三极管，所述补偿级包括电流反馈型运算放大器与补偿电容Cc，所述控制级包括单片机处理器与反馈二极管D2。本实用新型采用补偿网络修正了峰值保持，消除了几百mV的误差，在纳秒级的窄脉冲峰值保持中，消除二极管结电容带来的采样误差，提高了峰值保持电路的准确度，尤其对幅度较小的脉冲信号，本实用新型采样保持电容Ch充电快，有效保证了带宽，同时降低了输出信号的过冲；同时采用宽带的电流反馈式运算放大器输出补偿信号，也有效保证了带宽。
Description
技术领域
本实用新型涉及单光子探测技术领域，特别涉及一种采用补偿网络的窄脉冲峰值保持电路。
背景技术
在核与高能物理领域，获取探测器输出信号的时间与幅度信息，有着很广泛的需求。连接在探测器的快前置放大器的输出，通常是幅度随机，上升沿可低至十几纳秒甚至几纳秒的高速脉冲信号，直接采用纳秒级的窄脉冲峰值保持电路，探测脉冲峰值，并保持一定的时间供后续电路采集，可以有效降低读出电路的系统复杂度
然而，现有的峰值保持电路，带宽不够高，为提高带宽，满足信号跟踪速度要求，采样保持电容Ch容值需小至几pF。峰值保持电路中二极管的结电容也在几pF量级，当脉冲信号达峰后，二极管反向截止，二极管对结电容进行充电，从而导致采样保持电容Ch的电荷变化，引起信号误差。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种采用补偿网络的窄脉冲峰值保持电路，以消除二极管结电容带来的采样误差，使电压信号保持后提高了峰值保持电路的准确度。
本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种采用补偿网络的窄脉冲峰值保持电路，包括采样保持级、跟随输出级、补偿级以及控制级，
所述采样保持级包括采样运算跨导放大器、肖特基二极管D1、采样保持电容Ch以及模拟开关Sh，所述采样运算跨导放大器的输出端连接肖特基二极管D1的阳极，所述肖特基二极管D1的阴极连接采样保持电容Ch后接地，所述采样保持电容Ch与模拟开关Sh并联，所述采样运算跨导放大器的同相输入端通过匹配电阻接信号输入端，
所述跟随输出级包括三极管，所述三极管的基极通过串联电阻接采样保持电容Ch，三极管的集电极接地，三极管的发射极通过串联匹配电阻输出信号，跟随输出级的反馈回路由发射极引出至采样运算跨导放大器的反相输入端，
所述补偿级包括电流反馈型运算放大器与补偿电容Cc，所述电流反馈型运算放大器的同相输入端接地，反相端通过电阻Rg与肖特基二极管D1的阳极相连，反相端还通过反馈电阻Rf与其输出端相连，其输出端通过补偿电容Cc连接采样保持电容Ch，
所述控制级包括单片机处理器与反馈二极管D2，所述反馈二极管D2的阴极连接采样运算跨导放大器的输出端，阳极连接采样运算跨导放大器的反相输入端，所述反馈二极管D2的阳极以及模拟开关Sh均连接单片机处理器。
优选地，所述电阻Rg为可调电阻。
优选地，所述采样运算跨导放大器采用型号为OPA615放大器。
优选地，所肖特基二极管D1采用型号为MA2C700的二极管
优选地，所述模拟开关Sh采用的型号为SD5400。
优选地，所述电流反馈型运算放大器采用的型号为OPA695。
与现有技术相比，本实用新型有以下有益效果：
本实用新型的采用补偿网络的窄脉冲峰值保持电路，采用补偿网络修正了峰值保持，消除了几百mV的误差，在纳秒级的窄脉冲峰值保持中，消除二极管结电容带来的采样误差，提高了峰值保持电路的准确度，尤其对幅度较小的脉冲信号，本实用新型采用了采样运算跨导放大器，其为电流输出，对采样保持电容Ch充电快，有效保证了带宽，同时降低了输出信号的过冲；同时采用宽带的电流反馈式运算放大器输出补偿信号，也有效保证了带宽。
附图说明
图1为本实用新型采用补偿网络的窄脉冲峰值保持电路的电路图；
图2为图1中各个标识点的信号输出波形图。
图中：采样运算跨导放大器1，肖特基二极管D1 2，保持电容Ch 3，模拟开关Sh 4，三极管5，反馈型运算放大器6，补偿电容Cc 7，单片机处理器8，反馈二极管D2 9。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型进行清楚、完整地描述。
如图1所示，一种采用补偿网络的窄脉冲峰值保持电路，包括采样保持级、跟随输出级、补偿级以及控制级，
所述采样保持级包括采样运算跨导放大器1、肖特基二极管D1 2、采样保持电容Ch3以及模拟开关Sh 4，所述采样运算跨导放大器1的输出端连接肖特基二极管D1 2的阳极，所述肖特基二极管D1 2的阴极连接采样保持电容Ch 3后接地，所述采样保持电容Ch 3与模拟开关Sh 4并联，所述采样运算跨导放大器1的同相输入端通过匹配电阻R1接信号输入端，所述采样运算跨导放大器1具有高带宽、高输出阻抗和高跨导特性，如OPA615，其内部的采样运算跨导放大器带宽为710MHz，输出阻抗大于1M欧姆，跨导为20mA/V。所述肖特基二极管D1 2具有低结电容和低反向恢复时间，如MA2C700，结电容为1.3pF，反向恢复时间为1ns，所述采样保持电容Ch 3极间绝缘电阻极高，如聚乙烯电容。
所述跟随输出级包括三极管5，所述三极管5的基极通过串联电阻R2接采样保持电容Ch 3，三极管5的集电极接地，三极管5的发射极通过串联匹配电阻R3输出信号，跟随输出级的反馈回路由发射极引出至采样运算跨导放大器1的反相输入端，所述跟随输出级为射极跟随电路，所述三极管5可由运算跨导放大器等效实现，
所述补偿级包括电流反馈型运算放大器6与补偿电容Cc 7，所述电流反馈型运算放大器6的同相输入端接地，反相端通过电阻Rg与肖特基二极管D1 2的阳极相连，反相端还通过反馈电阻Rf与其输出端相连，其输出端通过补偿电容Cc 7连接采样保持电容Ch 3，所述反馈型运算放大器6由高带宽电流反馈式运算放大器实现，如OPA695，所述反馈电阻Rg为可调电阻，
所述控制级包括单片机处理器8与反馈二极管D2 9，所述反馈二极管D2 9的阴极连接采样运算跨导放大器1的输出端，阳极连接采样运算跨导放大器1的反相输入端，所述反馈二极管D2 9的阳极以及模拟开关Sh 4均连接单片机处理器8。
工作原理：
在窄脉冲上升阶段，采样运算跨导放大器1反相端电压，即跟随输出级反馈电压，低于同相端输入电压，采样运算跨导放大器1输出正向电流，肖特基二极管D1 2正向导通，肖特基二极管D1 2反向截止，采样保持电容Ch 3充电，输出信号Vout跟随输入信号Vin，跟踪速率最大可达于5V/ns。
在窄脉冲下降阶段，输入信号低于采样保持电容Ch 3电压，采样运算跨导放大器1输出反向电流，肖特基二极管D1 2反向截止，反馈二极管D2 9正向导通，电路进入保持状态，输入信号峰值被采样保持电容Ch 3电压保持。
在峰值保持阶段，反馈二极管D2 9正向导通，发出保持开始信号(ho l d)，单片机处理器8在保证后端电路采样需求下，经过一定时间后，发出清零信号(clear)，通过模拟开关Sh 4对采样保持电容Ch 3放电，电路重新进入跟踪状态。
由于肖特基二极管D1 2两端的电压变化，采样保持电容Ch 3对其的结电容进行充电，导致输出信号Vout下降。肖特基二极管D1 2阳极的电压Va，通过补偿级反相放大后，通过补偿电容Cc 7，将电荷注入采样保持电容Ch 3，输出信号Vout上升，并与输入信号Vin峰值相等。如图2所示，为保持电路中各个点输出波形图，其中,信号a为输入窄脉冲信号(Vin)，信号b为输出峰值保持信号(Vout)，信号c为补偿网络信号(Vc)，信号d为二极管阳极信号(Va)。
综合本实用新型的电路结构与工作原理可知，本实用新型采用补偿网络修正了峰值保持，消除了几百mV的误差，在纳秒级的窄脉冲峰值保持中，消除二极管结电容带来的采样误差，提高了峰值保持电路的准确度，尤其对幅度较小的脉冲信号，本实用新型采用了采样运算跨导放大器，其为电流输出，对采样保持电容Ch充电快，有效保证了带宽，同时降低了输出信号的过冲；同时采用宽带的电流反馈式运算放大器输出补偿信号，也有效保证了带宽。
Claims (6)
1.一种采用补偿网络的窄脉冲峰值保持电路，其特征在于，包括采样保持级、跟随输出级、补偿级以及控制级，
所述采样保持级包括采样运算跨导放大器、肖特基二极管D1、采样保持电容Ch以及模拟开关Sh，所述采样运算跨导放大器的输出端连接肖特基二极管D1的阳极，所述肖特基二极管D1的阴极连接采样保持电容Ch后接地，所述采样保持电容Ch与模拟开关Sh并联，所述采样运算跨导放大器的同相输入端通过匹配电阻接信号输入端，
所述跟随输出级包括三极管，所述三极管的基极通过串联电阻接采样保持电容Ch，三极管的集电极接地，三极管的发射极通过串联匹配电阻输出信号，跟随输出级的反馈回路由发射极引出至采样运算跨导放大器的反相输入端，
所述补偿级包括电流反馈型运算放大器与补偿电容Cc，所述电流反馈型运算放大器的同相输入端接地，反相端通过电阻Rg与肖特基二极管D1的阳极相连，反相端还通过反馈电阻Rf与其输出端相连，其输出端通过补偿电容Cc连接采样保持电容Ch，
所述控制级包括单片机处理器与反馈二极管D2，所述反馈二极管D2的阴极连接采样运算跨导放大器的输出端，阳极连接采样运算跨导放大器的反相输入端，所述反馈二极管D2的阳极以及模拟开关Sh均连接单片机处理器。
2.如权利要求1所述的采用补偿网络的窄脉冲峰值保持电路，其特征在于，所述电阻Rg为可调电阻。
3.如权利要求1所述的采用补偿网络的窄脉冲峰值保持电路，其特征在于，所述采样运算跨导放大器采用型号为OPA615放大器。
4.如权利要求2或3所述的采用补偿网络的窄脉冲峰值保持电路，其特征在于，所肖特基二极管D1采用型号为MA2C700的二极管。
5.如权利要求2或3所述的采用补偿网络的窄脉冲峰值保持电路，其特征在于，所述模拟开关Sh采用的型号为SD5400。
6.如权利要求2或3所述的采用补偿网络的窄脉冲峰值保持电路，其特征在于，所述电流反馈型运算放大器采用的型号为OPA695。
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| CN110007311A (zh) * | 2019-03-19 | 2019-07-12 | 湖北三江航天万峰科技发展有限公司 | 一种峰值保持输出系统 |
| CN110868229A (zh) * | 2019-10-28 | 2020-03-06 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种基于共轭双极点的射频前端电路宽带补偿方法 |
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