CN216649648U - 一种超快沿脉冲信号发生器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种超快沿脉冲信号发生器，包括FPGA控制电路、电平转换器、引脚驱动器、数模转换器、电压跟随器、反相放大器、同相放大器、隔离电路I、直流偏置阶跃电路、可控恒流源和隔离电路II。FPGA编程产生脉冲频率和占空比可调的数字脉冲信号；电平转换器以及引脚驱动器构成的电路将数字脉冲信号转换为纳秒级边沿的脉冲信号；阶跃恢复二极管以及可控恒流源构成的直流偏置阶跃电路将纳秒级边沿的脉冲信号压缩为皮秒级边沿的脉冲信号；FPGA控制数模转换器输出三个电压值来调节脉冲信号的幅度和高、低电平；肖特基二极管构成的隔离电路来防止脉冲信号高频分量的分流，最终输出频率、占空比、幅度和电平等参数可调的皮秒级边沿的脉冲信号。
Description
技术领域
本实用新型涉及通信和测试计量领域，尤其是涉及一种超快沿脉冲信号发生器。
背景技术
超快沿脉冲信号，是高端信号发生器的主要信号类型，广泛应用于通信和测试计量领域，随着对超快沿脉冲信号研究的深入，所需求的关键指标要求也日益变高，主要体现在越来越陡峭的边沿变化和越来越短的边沿时间上。
采用隧道二极管、雪崩晶体管、阶跃恢复二极管等器件搭建的传统脉冲信号产生电路已经无法满足当前需求，因为随着脉冲边沿时间逐渐向皮秒级发展，脉冲信号高频分量越来越丰富且带宽越来越高。此外，受限于基础工艺水平的发展，器件本身的寄生电感、寄生电容等随着频率增加对脉冲信号带来越来越显著的影响，为了提高超快沿脉冲信号的指标及波形质量，人们开始从器件的工艺水平着手，采用超高速集成逻辑器件，通过搭建外围辅助电路，实现超快沿脉冲信号的产生。
在国内的超快沿脉冲信号发展领域，由于研究起步较晚且受限于半导体集成工艺技术发展，目前主要采用隧道二极管、雪崩晶体管、阶跃恢复二极管等器件搭建脉冲信号产生电路。随着相关领域对于脉冲边沿时间要求越来越高，现在的脉冲信号产生电路已经不能满足需求，我国急需开展相关技术研究，借助于集成器件的优势实现超快沿脉冲信号的产生。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种超快沿脉冲信号发生器，可产生频率、占空比、幅度和电平等参数可调的皮秒级边沿的脉冲信号，以克服现有技术的不足。
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
一种超快沿脉冲信号发生器，其特征在于：包括FPGA控制电路、电平转换器、引脚驱动器、数模转换器、电压跟随器、反相放大器、同相放大器、隔离电路I、直流偏置阶跃电路、可控恒流源和隔离电路II。
进一步地，所述FPGA控制电路的控制信号输出端分别与引脚驱动器的信号输入端和数模转换器的信号输入端电气连接，数模转换器的信号输出端分别与电压跟随器的信号输入端、反相放大器的信号输入端和可控恒流源的信号输入端电气连接，电压跟随器的信号输出端与引脚驱动器的信号输入端电气连接，反相放大器的信号输出端与引脚驱动器的信号输入端电气连接，可控恒流源的信号输出端与直流偏置阶跃电路的信号输入端电气连接。
进一步地，所述FPGA控制电路的脉冲信号输出端与电平转换器的信号输入端电气连接，电平转换器的信号输出端与引脚驱动器的信号输入端电气连接，引脚驱动器的信号输出端与同相放大器的信号输入端电气连接，同相放大器的信号输出端与隔离电路I的信号输入端电气连接，隔离电路I的信号输出端与直流偏置阶跃电路的信号输入端电气连接，直流偏置阶跃电路的信号输出端与隔离电路II的信号输入端电气连接，由隔离电路II输出频率、占空比、幅度和电平等参数可调的超快沿脉冲信号。
作为优选，所述电平转换器采用MC100EPT22DTG芯片。
作为优选，所述引脚驱动器采用ADATE209BBCZ芯片。
作为优选，所述数模转换器采用LTC2600IGN芯片。
作为优选，所述电压跟随器和反相放大器采用LT1112S8芯片。
作为优选，所述同相放大器采用THS3201DGK芯片。
作为优选，所述直流偏置阶跃电路采用阶跃恢复二极管MP4023。
作为优选，所述可控恒流源采用LT1114S芯片、NPN型三极管PZT222A和PNP型三极管MMBT5087LT1G。
作为优选，所述隔离电路I和隔离电路II采用肖特基二极管LL60P。
本实用新型相比现有技术而言，具有以下优点和效果：采用FPGA编程产生脉冲频率和占空比可调的数字脉冲信号；采用电平转换器以及引脚驱动器构成的电路将数字脉冲信号转换为纳秒级边沿的脉冲信号；采用阶跃恢复二极管以及可控恒流源构成的直流偏置阶跃电路将纳秒级边沿的脉冲信号压缩为皮秒级边沿的脉冲信号；采用FPGA控制数模转换器输出三个电压值来调节脉冲信号的幅度和高、低电平；采用肖特基二极管构成的隔离电路来防止脉冲信号高频分量的分流，最终输出频率、占空比、幅度和电平等参数可调的皮秒级边沿的脉冲信号。
附图说明
图1为本实用新型的超快沿脉冲信号发生器结构框图。
图2为本实用新型的超快沿脉冲信号发生器电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作更加详细的描述。
如图1所示，本实用新型公开了一种超快沿脉冲信号发生器，包括FPGA控制电路、电平转换器、引脚驱动器、数模转换器、电压跟随器、反相放大器、同相放大器、隔离电路I、直流偏置阶跃电路、可控恒流源和隔离电路II。
FPGA控制电路的控制信号输出端分别与引脚驱动器的信号输入端和数模转换器的信号输入端电气连接，数模转换器的信号输出端分别与电压跟随器的信号输入端、反相放大器的信号输入端和可控恒流源的信号输入端电气连接，电压跟随器的信号输出端与引脚驱动器的信号输入端电气连接，反相放大器的信号输出端与引脚驱动器的信号输入端电气连接，可控恒流源的信号输出端与直流偏置阶跃电路的信号输入端电气连接。
FPGA控制电路的脉冲信号输出端与电平转换器的信号输入端电气连接，电平转换器的信号输出端与引脚驱动器的信号输入端电气连接，引脚驱动器的信号输出端与同相放大器的信号输入端电气连接，同相放大器的信号输出端与隔离电路I的信号输入端电气连接，隔离电路I的信号输出端与直流偏置阶跃电路的信号输入端电气连接，直流偏置阶跃电路的信号输出端与隔离电路II的信号输入端电气连接，由隔离电路II输出频率、占空比、幅度和电平等参数可调的超快沿脉冲信号。
如图2所示，在本实施例中，电平转换器采用MC100EPT22DTG芯片，该芯片可将LVTTL/LVCMOS电平标准的单端信号转换为LVPECL电平标准的差分信号；引脚驱动器采用ADATE209BBCZ芯片，该芯片输入为LVPECL电平标准的差分输入；数模转换器采用LTC2600IGN芯片，该芯片具有八通道16位、2.5V至5.5V轨对轨电压输出的数模转换器(DAC)；电压跟随器和反相放大器采用LT1112S8芯片，该芯片内部具有两个运算放大器；同相放大器采用THS3201DGK芯片，该芯片是一种宽带、高速、电流反馈型运算放大器；直流偏置阶跃电路采用阶跃恢复二极管MP4023，该二极管的阶跃时间为50ps；可控恒流源采用LT1114S芯片、NPN型三极管PZT222A和PNP型三极管MMBT5087LT1G，其中LT1114S芯片内部具有四个运算放大器；隔离电路I和隔离电路II采用肖特基二极管LL60P。
FPGA控制电路是本领域的公知常识，其由FPGA芯片、晶振、配置芯片等组成，在本实施例中，FPGA控制电路的主要功能是产生频率、占空比可调的数字脉冲信号和控制数模转换器的电压输出值，由于FPGA控制电路的电平标准是LVTTL/LVCMOS，与引脚驱动器的电平标准LVPECL不同，因此需要电平转换器来实现电平的匹配。
FPGA控制电路输出的数字脉冲信号的幅度和电平是固定的，经引脚驱动器后可转换为纳秒级边沿的脉冲信号。其中，FPGA控制数模转换器的第一路DAC输出电压，此电压由电压跟随器提高了带负载能力后，输入到引脚驱动器的高电平控制输入端，以此来控制纳秒级边沿的脉冲信号的高电平；FPGA控制数模转换器的第二路DAC输出电压，此电压由反相放大器转换成负电压后输入到引脚驱动器的低电平控制输入端，以此来控制纳秒级边沿的脉冲信号的低电平，这样即可实现脉冲信号电平的可调节。但是引脚驱动器输出信号的幅度有一定的局限性，高、低电平可调节的范围也是一定的，其压摆率相对较低，所以输出脉冲信号边沿时间相对较长，处于纳秒级别。因此在引脚驱动器后级添加同相放大器，以此来输出幅度相对较高、功率相对稳定的脉冲信号。
由阶跃恢复二极管以及可控恒流源构成的直流偏置阶跃电路是本实用新型的核心部分，借助于阶跃恢复二极管的皮秒级阶跃时间特性，可将纳秒级边沿的脉冲信号压缩为皮秒级边沿的脉冲信号，而FPGA控制数模转换器的第三路DAC输出电压，该电压值可调节可控恒流源的输出电流值，该电流值可进而控制皮秒级边沿的脉冲信号的幅度值，这样就可实现脉冲信号幅度的可调节。由肖特基二极管构成的隔离电路I和隔离电路II可以有效地防止脉冲信号高频分量的分流，最终从隔离电路II输出频率、占空比、幅度和电平等参数可调的皮秒级边沿的脉冲信号。
以上所述只是本实用新型较佳的实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本实用新型所保护的范围内。
Claims (2)
1.一种超快沿脉冲信号发生器，其特征在于：包括FPGA控制电路、电平转换器、引脚驱动器、数模转换器、电压跟随器、反相放大器、同相放大器、隔离电路I、直流偏置阶跃电路、可控恒流源和隔离电路II；所述FPGA控制电路的控制信号输出端分别与引脚驱动器的信号输入端和数模转换器的信号输入端电气连接，数模转换器的信号输出端分别与电压跟随器的信号输入端、反相放大器的信号输入端和可控恒流源的信号输入端电气连接，电压跟随器的信号输出端与引脚驱动器的信号输入端电气连接，反相放大器的信号输出端与引脚驱动器的信号输入端电气连接，可控恒流源的信号输出端与直流偏置阶跃电路的信号输入端电气连接；所述FPGA控制电路的脉冲信号输出端与电平转换器的信号输入端电气连接，电平转换器的信号输出端与引脚驱动器的信号输入端电气连接，引脚驱动器的信号输出端与同相放大器的信号输入端电气连接，同相放大器的信号输出端与隔离电路I的信号输入端电气连接，隔离电路I的信号输出端与直流偏置阶跃电路的信号输入端电气连接，直流偏置阶跃电路的信号输出端与隔离电路II的信号输入端电气连接，由隔离电路II的输出端输出超快沿脉冲信号。
2.按照权利要求1所述的一种超快沿脉冲信号发生器，其特征在于：所述电平转换器采用MC100EPT22DTG芯片，所述引脚驱动器采用ADATE209BBCZ芯片，所述数模转换器采用LTC2600IGN芯片，所述电压跟随器和反相放大器采用LT1112S8芯片，所述同相放大器采用THS3201DGK芯片，所述直流偏置阶跃电路采用阶跃恢复二极管MP4023，所述可控恒流源采用LT1114S芯片、NPN型三极管PZT222A和PNP型三极管MMBT5087LT1G，所述隔离电路I和隔离电路II采用肖特基二极管LL60P。
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