CN211656103U - 一种脉冲形成电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电子电路技术领域，具体为一种脉冲形成电路，包括单片机或FPGA、低通滤波器，还包括高电平产生精密DAC、低电平产生精密DAC以及K1、K2、K3和K4四路模拟开关，所述K1与K3闭合时，K2与K4断开，高电平产生精密DAC产生高电平信号，所述K2与K4闭合时，K1与K3断开，低电平产生精密DAC产生低电平信号，所述单片机或FPGA产生数字脉冲信号控制四路模拟开关的高速打开关闭实现高电平信号和低电平信号的选通输出。本实用新型用低电平产生精密DAC输出低电平信号代替零电平信号可以直接校准系统的直流偏置误差，具备电路成本低、输出波形质量好、幅度调整精度高、直流偏置校准方便的优点，解决了现有的脉冲形成单元精度不高和价格昂贵的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子电路技术领域，具体为一种脉冲形成电路。
背景技术
脉冲电压源及脉冲电流源广泛的应用于各种工业生产和测试测量中，常见的脉冲电压源及脉冲电流源主要由脉冲形成单元、控制单元、功率放大单元及反馈单元组成。脉冲电压源与脉冲电流源的主要不同在于反馈单元是取样输出电压作为反馈还是取样输出电流作为反馈。功率放大单元主要是将控制单元输出的误差信号放大并进行功率输出，控制单元主要是将脉冲形成单元的输出信号与反馈单元的输出信号进行误差比较，因而脉冲形成单元直接决定了输出脉冲的幅度精度、输出脉冲的时间精度，因此精密幅度可编程窄脉冲的形成单元对于脉冲电压源及脉冲电流源的性能至关重要。
在大功率激光器测试系统中，往往需要100nS左右的脉冲宽度进行测试，同时其恒流源精度至少需要0.1％。常用的脉冲形成单元由MCU/FPGA、高速DAC、缓冲放大器组成，MCU/FPGA将数字化的高速脉冲数据通过高速数模转换器(DAC)转换成脉冲信号。为产生100nS脉宽的脉冲，需要使用高速DAC，假定边沿时间为10nS，则DAC转换速率至少需要100MHz，这样的DAC价格高、难购买且高速DAC往往精度不高。为此，我们提出一种脉冲形成电路。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种脉冲形成电路，具备电路成本低、输出波形质量好、幅度调整精度高、直流偏置校准方便的优点，解决了现有的脉冲形成单元精度不高和价格昂贵的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种脉冲形成电路，包括单片机或FPGA、低通滤波器，还包括高电平产生精密DAC、低电平产生精密DAC以及K1、K2、K3和K4四路模拟开关，所述单片机或FPGA分别与高电平产生精密DAC和低电平产生精密DAC电连接，所述高电平产生精密DAC通过K1和K2与低通滤波器电连接，且K1与K3串联，所述K2的一端与低电平产生精密DAC电连接，所述K2的另一端位于K1与K3之间，所述K4的一端与低电平产生精密DAC电连接，所述K4的另一端位于K3与低通滤波器之间，所述单片机或FPGA分别与K1、K2、K3和K4电连接；
所述K1与K3闭合时，K2与K4断开，高电平产生精密DAC产生高电平信号，所述K2与K4闭合时，K1与K3断开，低电平产生精密DAC产生低电平信号，所述单片机或FPGA产生数字脉冲信号控制四路模拟开关的高速打开关闭实现高电平信号和低电平信号的选通输出。
优选的，所述低通滤波器滤波模拟开关切换瞬间的过冲，所述低通滤波器输出信号再经过缓冲放大器提高带载能力。
优选的，所述K1、K2、K3和K4四路模拟开关的导通及关闭延时为5ns。
优选的，所述模拟开关替换为FET、BJT或具有选通功能的电路中的一种。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
通过单片机或FPGA产生数字脉冲信号用来控制模拟开关阵列的高速开关实现高电平信号和低电平信号的选通输出，低通滤波器滤波开关切换瞬间的过冲，滤波输出信号再经过缓冲放大器提高带载能力，对精密DAC的转换速率没有要求，有很多高分辨率且价格便宜的可选，且模拟开关也为常见器件，电路整体成本低。实际电路中的各级电路不可避免的会引入的直流偏置误差，用低电平产生精密DAC输出低电平信号代替零电平信号可以直接校准系统的直流偏置误差，具备电路成本低、输出波形质量好、幅度调整精度高、直流偏置校准方便的优点，解决了现有的脉冲形成单元精度不高和价格昂贵的问题。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图；
图2为本实用新型脉冲信号输出原理图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1-2，一种脉冲形成电路，包括单片机或FPGA、低通滤波器，还包括高电平产生精密DAC、低电平产生精密DAC以及K1、K2、K3和K4四路模拟开关，单片机或FPGA分别与高电平产生精密DAC和低电平产生精密DAC电连接，高电平产生精密DAC通过K1和K2与低通滤波器电连接，且K1与K3串联，K2的一端与低电平产生精密DAC电连接，K2的另一端位于K1与K3之间，K4的一端与低电平产生精密DAC电连接，K4的另一端位于K3与低通滤波器之间，单片机或FPGA分别与K1、K2、K3和K4电连接；
K1与K3闭合时，K2与K4断开，高电平产生精密DAC产生高电平信号，K2与K4闭合时，K1与K3断开，低电平产生精密DAC产生低电平信号，单片机或FPGA产生数字脉冲信号控制四路模拟开关的高速打开关闭实现高电平信号和低电平信号的选通输出。
单片机或FPGA产生数字脉冲信号用来控制模拟开关阵列的高速开关实现高电平信号和低电平信号的选通输出，低通滤波器滤波开关切换瞬间的过冲，滤波输出信号再经过缓冲放大器提高带载能力。电路中当K1与K3闭合时，K2与K4断开；当K2与K4闭合时,K1与K3断开。一般场合使用时，使用RC组成的低通滤波器即可满足低通滤波器要求。部分场合如果对直流偏置误差要求不高，可以去掉低电平产生精密DAC，只保留高电平产生精密DAC即可。部分电路如果对输出阻抗没有要求，缓冲放大器也可以省掉。
模拟开关的导通及关闭延时在5ns左右，完全胜任产生一个边沿在10nS左右，脉冲宽度100nS的脉冲信号。
电路中使用4个模拟开关而非常见的2个模拟开关方式(仅有K1及K2)，主要是为了减小模拟开关的分布电容对输出脉冲信号质量造成影响。模拟开关可以等效于PMOS和NMOS的并联，由于分布参数的存在，模拟开关两端存在等效电容。假定电路中只有K1和K2存在，则当K1断开时，K2闭合，理论上开关输出节点为低电平信号，但是由于K1存在等效电容，等效电容两端电压不能突变，开始输出节点会存在一定的过冲。但是增加了K3、K4则不一样，当K3断开时，K2与K4闭合，K3的左端由于K2的作用，迅速拉向低电平，进而K3等效电容电荷释放，对开关节点的输出影响很小，输出波形质量提高。
通过单片机或FPGA产生数字脉冲信号用来控制模拟开关阵列的高速开关实现高电平信号和低电平信号的选通输出，低通滤波器滤波开关切换瞬间的过冲，滤波输出信号再经过缓冲放大器提高带载能力，对精密DAC的转换速率没有要求，有很多高分辨率且价格便宜的可选，且模拟开关也为常见器件，电路整体成本低。实际电路中的各级电路不可避免的会引入的直流偏置误差，用低电平产生精密DAC输出低电平信号代替零电平信号可以直接校准系统的直流偏置误差，具备电路成本低、输出波形质量好、幅度调整精度高、直流偏置校准方便的优点，解决了现有的脉冲形成单元精度不高和价格昂贵的问题。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种脉冲形成电路，包括单片机或FPGA、低通滤波器，其特征在于：还包括高电平产生精密DAC、低电平产生精密DAC以及K1、K2、K3和K4四路模拟开关，所述单片机或FPGA分别与高电平产生精密DAC和低电平产生精密DAC电连接，所述高电平产生精密DAC通过K1和K2与低通滤波器电连接，且K1与K3串联，所述K2的一端与低电平产生精密DAC电连接，所述K2的另一端位于K1与K3之间，所述K4的一端与低电平产生精密DAC电连接，所述K4的另一端位于K3与低通滤波器之间，所述单片机或FPGA分别与K1、K2、K3和K4电连接；
所述K1与K3闭合时，K2与K4断开，高电平产生精密DAC产生高电平信号，所述K2与K4闭合时，K1与K3断开，低电平产生精密DAC产生低电平信号，所述单片机或FPGA产生数字脉冲信号控制四路模拟开关的高速打开关闭实现高电平信号和低电平信号的选通输出。
2.根据权利要求1所述的一种脉冲形成电路，其特征在于：还包括缓冲放大器，所述低通滤波器滤波模拟开关切换瞬间的过冲，所述低通滤波器输出信号再经过缓冲放大器提高带载能力。
3.根据权利要求1所述的一种脉冲形成电路，其特征在于：所述K1、K2、K3和K4四路模拟开关的导通及关闭延时为5ns。
4.根据权利要求1所述的一种脉冲形成电路，其特征在于：所述模拟开关替换为FET、BJT或具有选通功能的电路中的一种。
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| CN202020424831.2U Active CN211656103U (zh) | 2020-03-27 | 2020-03-27 | 一种脉冲形成电路 |
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2020
- 2020-03-27 CN CN202020424831.2U patent/CN211656103U/zh active Active
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