极窄脉冲合成与超快沿产生电路设计

摘要

超快沿脉冲信号，是高端信号发生器的主要信号类型，其广泛应用于电子设备测试中。随着相关技术的发展，对脉冲的需求越来越高。其中，主要体现在两个方面，“超快”的脉冲边沿以及“极窄”的脉冲宽度。此外，国外在该领域具有领先的技术，国内起步较晚，急需开展相关技术的研究。 本论文的研究是基于高速脉冲信号发生技术课题，设计了100ps脉宽极窄脉冲合成电路以及上升时间为40ps超快沿产生电路。主要包括以下几个方面： （1）超低重复频率下极窄脉冲合成电路设计：对极窄脉冲合成技术进行了深入研究，并结合课题中脉宽变化范围大且高精度要求，采用相对延时控制的方式实现极窄脉冲的合成。设计了由初延时、次延时以及精密延时构成的三级延时通路。双路设计减少了误差，实现了皮秒级到纳秒级精准延时。设计了由高速D触发器构成脉宽预压缩电路，实现脉宽一级压缩。由高速T触发器构成的合成电路，实现极窄脉冲的合成。 （2）脉冲波形预处理电路设计：该模块为SRD压缩电路提供合适的预压缩脉冲信号。首先，介绍了幅度/电平调理技术。其次，采用非线性调理技术，设计了基于偏置树以及放大器的预处理电路，对数字波形的电平、幅度进行了调理。最终，实现了电平、幅度一定范围内的连续可调。 （3）超快沿产生电路设计：首先，对超快沿技术进行了研究，重点分析了非线性传输线沿压缩技术及阶跃恢复二极管沿压缩技术。其次，设计了变电容型非线性传输线模型，最大可提供30节非线性传输线压缩电路，验证了该传输线的沿压缩能力。最后，重点分析了阶跃恢复二极管的结构及反向特性，对经典电路进行了优化，设计了幅度可控150ps快沿产生电路，在此基础上，设计了40ps超快沿产生电路。 通过以上设计与调试工作，实现了100ps极窄脉冲合成以及上升时间为40ps超快沿脉冲产生，完成了课题指标要求。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外发展动态

1.3 本课题的设计任务

1.3.1 本课题主要指标

1.3.2 本课题章节安排

第二章 总体方案设计

2.1.1几种脉冲参数定义

2.1.2 课题中主要指标分析

2.2 极窄脉冲合成方案

2.3 超快沿产生方案

2.3.1 数字波形合成方案

2.3.2 波形预处理方案

2.3.3 超快沿沿压缩方案

2.4 本章小结

第三章 极窄脉冲技术研究及模块设计

3.1 极窄脉冲合成技术

3.1.1 基于比较器的极窄脉冲合成技术

3.1.2 基于相对延时的极窄脉冲合成技术

3.2 100ps脉宽模块设计

3.2.1 时钟电路设计

3.2.2 三级双路延时电路设计

3.2.3 脉宽预压缩电路设计

3.2.4 合成电路设计

3.2.5 外触发输入电路设计

3.3 影响因素分析

3.4 本章小结

第四章 超快沿技术研究及模块设计

4.1 基于阶跃恢复二极管的沿压缩技术

4.1.1 阶跃恢复二极管的特殊结构

4.1.2 阶跃恢复二极管的反向特性

4.1.3 基于阶跃恢复二极管沿压缩技术

4.2 基于非线性传输线的沿压缩技术

4.2.1 非线性传输线模型及压缩原理

4.2.2 非线性传输线压缩电路

4.2.3 测试结果与分析

4.3 幅度可控150ps模块设计

4.3.1 预处理电路设计

4.3.2 沿压缩电路设计

4.3.3 沿压缩电路仿真

4.3.4 测试结果与分析

4.4 超快沿40ps模块设计

4.4.1 超快沿40ps电路设计

4.4.2 超快沿40ps电路仿真

4.4.3 影响因素分析

4.5 本章小结

第五章 电路调试及测试结果

5.1.1 100ps脉宽合成电路调试

5.1.2 超快沿40ps电路调试

5.2 测试与分析

5.2.1 100ps脉宽合成电路测试

5.2.2 超快沿40ps电路测试

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的成果

附录