數(shù)字超寬帶梳狀譜信號發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種數(shù)字超寬帶梳狀譜信號發(fā)生器，包括限幅器、比較器邏輯轉(zhuǎn)換器、微分器、寬帶開關(guān)、高通濾波器、開關(guān)驅(qū)動電路、電源模塊，高通濾波器的信號輸出端作為數(shù)字超寬帶梳狀譜信號輸出端；本發(fā)明利用限幅器進(jìn)行雙向限幅，保護器件免受強信號的影響而燒毀；將比較器的輸入信號與零比較，產(chǎn)生方波時鐘信號；再通過邏輯轉(zhuǎn)換器與高電平相與，跟隨輸出，提高方波上升沿或下降沿；然后經(jīng)過微分器，實現(xiàn)上升沿或下降沿充放電，形成窄脈沖；之后通過寬帶開關(guān)，時域相乘，調(diào)制輸出所需脈沖，控制譜線的間隔；最后利用高通濾波器，高通濾波低頻抑制；同時，通過開關(guān)驅(qū)動電路，取樣調(diào)制周期，從而實現(xiàn)了超寬帶、譜線可調(diào)、波形穩(wěn)定的梳狀譜。
【專利說明】數(shù)字超寬帶梳狀譜信號發(fā)生器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及梳狀譜發(fā)生器研究【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種數(shù)字超寬帶梳狀譜信號發(fā)生器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，梳狀譜信號產(chǎn)生方法主要是利用微波二極管的高次諧波產(chǎn)生，其原理是利用儲能元件充放電得到短持續(xù)時間的信號，再經(jīng)過脈沖成形網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行整形后滿足要求的脈沖波形，這類器件包括隧道二極管、階躍恢復(fù)二極管、雪崩晶體三極管、俘越二極管和脈沖放電管等，主要應(yīng)用于信號的標(biāo)校和電磁兼容的測試。其中，微波二極管是利用其特殊的能帶結(jié)構(gòu)產(chǎn)生隧道電流，可以使得脈沖振幅為幾百毫伏，上升沿可達(dá)幾十皮秒。階躍管是利用電荷儲存效應(yīng)產(chǎn)生階躍恢復(fù)的性質(zhì)，與電感構(gòu)成振蕩回路后生成振幅為幾伏到十幾伏的納秒和亞納秒脈沖，雪崩晶體管和俘越二極管利用晶體管的雪崩擊穿特性，生成脈沖振幅可達(dá)幾十伏到幾百伏；脈沖放電管是用高壓電將火花隙擊穿后產(chǎn)生電離，可以產(chǎn)生幅度超過幾百伏的亞納秒脈沖。目前這些電路由于放電拖尾現(xiàn)象的存在，產(chǎn)生的脈沖波形不穩(wěn)定，譜線的間隔不可調(diào)，高次諧波有限帶寬不能做到現(xiàn)在所需要的寬度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種數(shù)字超寬帶梳狀譜信號發(fā)生器，根據(jù)梳狀譜輸出的需要通過設(shè)置開關(guān)調(diào)制頻率實現(xiàn)不同譜線間隔的梳狀譜信號輸出。
[0004]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種數(shù)字超寬帶梳狀譜信號發(fā)生器，包括限幅器，限幅器的輸入端用于輸入正弦波信號，限幅器的第一信號輸出端連接比較器的信號輸入端，比較器的信號輸出端連接邏輯轉(zhuǎn)換器的信號輸入端，邏輯轉(zhuǎn)換器的信號輸出端連接微分器的信號輸入端，微分器的信號輸出端連接寬帶開關(guān)的信號輸入端，寬帶開關(guān)的信號輸出端連接高通濾波器的信號輸入端，高通濾波器的信號輸出端作為數(shù)字超寬帶梳狀譜信號輸出端，限幅器的第二信號輸出端通過開關(guān)驅(qū)動電路連接寬帶開關(guān)的控制端，電源模塊為整個裝置供電。
[0005]所述的限幅器包括兩個反向并聯(lián)的二極管，第一二極管的正極和第二二極管的負(fù)極通過串聯(lián)的第一電阻和第一電容輸入正弦波信號，第一二極管的正極和第二二極管的負(fù)極還通過第二電容連接比較器的信號輸入端，第一二極管的正極和第二二極管的負(fù)極還連接開關(guān)驅(qū)動電路的信號輸入端，第一二極管的負(fù)極和第二二極管的正極接地。
[0006]所述的比較器的同相輸入端連接第二電容，比較器的反相輸入端通過第三電容接地，比較器的信號輸出端通過第四電容連接邏輯轉(zhuǎn)換器的信號輸入端。
[0007]邏輯轉(zhuǎn)換器的邏輯輸入端口連接第四電容，邏輯轉(zhuǎn)換器的邏輯高電平輸入端口通過第二電阻接地，邏輯轉(zhuǎn)換器的邏輯輸出口連接第五電容的第一端。
[0008]所述的微分器包括第五電容和第三電阻，第五電容的第二端和第三電阻的第二端連接寬帶開關(guān)的第一接觸點，第三電阻的第一端接地。[0009]所述的寬帶開關(guān)采用高速寬帶微波開關(guān)，高速寬帶微波開關(guān)的第二接觸點連接高通濾波器的信號輸入端，高通濾波器的信號輸出端通過第五電阻接地，高通濾波器的信號輸出端還連接第四電阻的第一端，第四電阻的第二端通過第六電阻接地，第四電阻的第二端連接輸出節(jié)點，輸出節(jié)點作為數(shù)字超寬帶梳狀譜信號輸出端。
[0010]所述的開關(guān)驅(qū)動電路通過第七電阻連接限幅器，開關(guān)驅(qū)動電路的輸出端通過第八電阻連接寬頻開關(guān)的控制端。
[0011]本發(fā)明利用限幅器進(jìn)行雙向限幅，保護器件免受強信號的影響而燒毀；將比較器的輸入信號與零比較，產(chǎn)生方波時鐘信號；再通過邏輯轉(zhuǎn)換器與高電平相與，跟隨輸出，提高方波上升沿或下降沿；然后經(jīng)過微分器，實現(xiàn)上升沿或下降沿充放電，形成窄脈沖；之后通過寬帶開關(guān)，時域相乘，調(diào)制輸出所需脈沖，控制譜線的間隔；最后利用高通濾波器，高通濾波低頻抑制；同時，通過開關(guān)驅(qū)動電路，取樣調(diào)制周期，從而實現(xiàn)了超寬帶、譜線可調(diào)、波形穩(wěn)定的梳狀譜。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的電路原理框圖；
圖2為本發(fā)明的電路原理圖；
圖3為本發(fā)明的輸入的正弦時鐘信號波形圖；
圖4為本發(fā)明的由限幅器限幅的頂部削平的信號波形圖；
圖5為本發(fā)明的由比較器輸出的方波時鐘信號波形圖；
圖6為本發(fā)明的由邏輯轉(zhuǎn)換器輸出的上升沿和下降沿更為陡峭的數(shù)字方波信號的波形圖；
圖7為本發(fā)明的由微分器輸出的窄脈沖信號波形圖；
圖8為本發(fā)明的由寬帶開關(guān)過濾后的窄脈沖信號波形圖；
圖9為本發(fā)明的寬帶開關(guān)導(dǎo)通信號波形圖。
【具體實施方式】
[0013]如圖1、2所示，本發(fā)明包括限幅器，限幅器包括兩個反向并聯(lián)的二極管，第一二極管Dl的正極和第二二極管D2的負(fù)極通過串聯(lián)的第一電阻Rl和第一電容Cl輸入正弦波信號，第一二極管Dl的正極和第二二極管D2的負(fù)極還通過第二電容C2連接比較器Ul的同相輸入端VP，第一二極管Dl的正極和第二二極管D2的負(fù)極還通過第七電阻R2連接開關(guān)驅(qū)動電路U4的信號輸入端，開關(guān)驅(qū)動電路U4的輸出端通過第八電阻R4連接與寬帶開關(guān)SPST的控制端相接的節(jié)點port3，第一二極管Dl的負(fù)極和第二二極管D2的正極接地；比較器Ul的反相輸入端VN通過第三電容C3接地，比較器Ul的信號輸出端Q通過第四電容C4連接邏輯轉(zhuǎn)換器U2的信號輸入端AP，邏輯轉(zhuǎn)換器U2的邏輯高電平輸入端口 BN通過第二電阻R8接地,邏輯轉(zhuǎn)換器U2的邏輯輸出口 DP連接第五電容C5的第一端。微分器包括第五電容C5和第三電阻R9，第五電容C5的第二端和第三電阻R9的第二端連接寬帶開關(guān)SPST的第一接觸點SW，第三電阻R9的第一端接地。寬帶開關(guān)SPST采用高速寬帶微波開關(guān)，高速寬帶微波開關(guān)的第二接觸點SL連接高通濾波器U5的信號輸入端，高通濾波器U5的信號輸出端通過第五電阻R12接地，高通濾波器U5的信號輸出端還連接第四電阻R13的第一端，第四電阻R13的第二端通過第六電阻Rll接地，第四電阻R13的第二端還連接輸出節(jié)點port2，作為數(shù)字超寬帶梳狀譜信號輸出端。
[0014]其中，第一電阻R1、第七電阻R2起到微波信號的耦合功分作用，將輸入的IOMHz信號率禹合給開關(guān)驅(qū)動電路U4 ;第一電容Cl、第二電容C2、第四電容C4為隔直電容,防止電源進(jìn)入相應(yīng)的器件干擾有用信號。高通濾波器U5為濾除電路中的低頻部分，從而輸出想要的信號，在頻域上即為梳狀譜信號。第六電阻R11、第五電阻R12、第四電阻R13組成衰減網(wǎng)絡(luò)對信號的幅度進(jìn)行衰減調(diào)整。電路中的各個模塊還包含有其他外圍電路，屬于現(xiàn)有常規(guī)電路，在此不再詳細(xì)贅述。
[0015]其中，限幅器采用兩個二極管雙向限幅，保護器件免受強信號的影響而燒毀。比較器Ul的輸入信號與零比較，產(chǎn)生方波時鐘信號，比較器Ul的信號輸出端連接邏輯轉(zhuǎn)換器U2的信號輸入端，邏輯與門轉(zhuǎn)換，與高電平相與，跟隨比較器Ul的輸出，提高方波上升沿或下降沿的高度；邏輯轉(zhuǎn)換器U2的信號輸出端連接微分器的信號輸入端，微分器即RC充放電路，上升沿或下降沿充放電，形成窄脈沖；微分器的信號輸出端連接寬帶開關(guān)SPST的信號輸入端，寬帶開關(guān)SPST進(jìn)行時域相乘，調(diào)制輸出所需脈沖，控制譜線的間隔；寬帶開關(guān)SPST的信號輸出端連接高通濾波器U5的信號輸入端，高通濾波器U5高通濾波低頻抑制，高通濾波器U5的信號輸出端作為數(shù)字超寬帶梳狀譜信號輸出端，限幅器的第一信號輸出端通過開關(guān)驅(qū)動電路U4連接寬帶開關(guān)SPST的控制端，開關(guān)驅(qū)動電路U4取樣調(diào)制周期，電源模塊U3為整個裝置供電。
[0016]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的工作原理:
如圖1和圖2所示，圖2中portl是信號輸入端口，輸入正弦時鐘信號，以IOMHz為例，輸入的是IOMHz的正弦波信號，如圖3所示的波形圖，IOMHz的正弦波信號首先經(jīng)過限幅器的限幅，限幅器由雙向二極管Dl、D2組成，限幅器將輸入的正弦信號變?yōu)轫敳肯髌降男盘枺鐖D4所示的波形圖，限幅后分為兩路，一路發(fā)送給比較器U1，比較器Ul采用ADCMP572，比較器Ul的輸入信號與零比較，將限幅器輸出的模擬量信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字方波信號，從而產(chǎn)生方波時鐘信號，如圖5所示的波形圖；另一路發(fā)送給開關(guān)驅(qū)動電路U4。比較器Ul輸出的方波信號發(fā)送給邏輯轉(zhuǎn)換器U2，邏輯轉(zhuǎn)換器U2采用HMC722LC3C，執(zhí)行與門邏輯變換，將數(shù)字方波信號的上升沿和下降沿變得更為陡峭，如圖6所示的波形圖，邏輯轉(zhuǎn)換器U2再將信號發(fā)送給微分器，微分器由電容C5和電阻R9構(gòu)成RC微分電路,方波信號經(jīng)過微分后形成窄脈沖信號，由于微分時方波的下降沿和上升沿均產(chǎn)生一個窄脈沖，兩個脈沖幅度、脈寬不同在頻域會產(chǎn)生疊加，如圖7所示的波形圖，微分后經(jīng)過寬帶開關(guān)SPST的處理，利用時域相乘頻域卷積，即寬帶開關(guān)SPST從時域上濾去上升沿或下降沿所產(chǎn)生的脈沖中的一個，如圖8所示的波形圖，寬帶開關(guān)SPST的動作由開關(guān)驅(qū)動電路U4控制，圖2中port3是開關(guān)驅(qū)動電路U4的輸出端，開關(guān)高電平有效，導(dǎo)通輸出下降沿脈沖信號，開關(guān)關(guān)斷上升沿脈沖。高通濾波器U5，濾除電路中的低頻部分，從而輸出想要的信號，在頻域上即為梳狀譜信號，圖2中port2端口是梳狀譜信號輸出端。電源模塊U3，將+5V的直流電變?yōu)?3.3V，以供電路所需。
[0017]其中，信號經(jīng)過微分器將方波信號通過RC微分電路產(chǎn)生兩個脈沖，而最終只需要一個脈沖即可，所以通過寬帶開關(guān)SPST關(guān)斷其中一個脈沖，輸出另一個脈沖。開關(guān)驅(qū)動電路U4驅(qū)動的時鐘由IOMHz輸入信號耦合，這樣寬帶開關(guān)SPST及開關(guān)驅(qū)動電路U4在時鐘上做到同步，開關(guān)驅(qū)動電路U4發(fā)送的控制信號為寬帶開關(guān)SPST輸入信號的分路，同步關(guān)斷導(dǎo)通。寬帶開關(guān)SPST的采樣頻率為譜線的間隔，例如寬帶開關(guān)SPST的導(dǎo)通寬度為50ns，導(dǎo)通情況如圖9所示，軸線上方的方形脈沖為開關(guān)驅(qū)動電路U4發(fā)送的開關(guān)控制信號，軸線上方和下方的窄脈沖為正、負(fù)脈沖信號，導(dǎo)通后輸出軸線下方的窄脈沖信號。
[0018]以梳狀譜輸出頻率到12GHz，譜線間隔IOMHz為例。
[0019]梳狀譜在時域上是以T=l/f；為重復(fù)周期(f；為譜線間隔)，其脈沖寬度τ等于I/f10的窄脈沖(fltl為梳狀譜的第一零點譜線頻率)。則要產(chǎn)生所要求的梳狀譜，在時域上產(chǎn)生重復(fù)周期T=l/f；=l/10MHZ=100ns，脈沖寬度小于
τ =1/f 10=l/12GHz=83.3ps 的窄脈沖即可。
[0020]邏輯轉(zhuǎn)換器U2采用HMC722LC3C，是HITTITE公司生產(chǎn)的一款超速邏輯芯片，最高速率為13Gbps，可實現(xiàn)與、與非、或、或非邏輯。主要應(yīng)用于16G光纖信道、射頻自動測試、寬度測試測量、13GHz以下的數(shù)字邏輯、高速連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸，傳輸延遲為90ps，上升沿19ps，下降沿18ps,單電壓供電,速率13Gbps。
[0021]利用Ansoft軟件對RC微分電路進(jìn)行充放電仿真，R取51 Ω，C取0.3pF,方波信號重頻10MHz，脈寬50ns，上升沿19ps，下降沿18ps，則結(jié)果輸出正脈沖寬度為53.9ps，輸出負(fù)脈沖寬度為52.9ps。因此采用邏輯轉(zhuǎn)換器U2 (HMC722LC3C)能夠滿足設(shè)計要求。
[0022] 本裝置的電路設(shè)置在電路板上，電路板設(shè)計采用專用微波板材Rogers4350，介電常數(shù)溫度系數(shù)低、寬頻率介電常數(shù)穩(wěn)定、材料的玻璃化溫度大于280度，低Z軸熱膨脹系數(shù)，加工過程中尺寸穩(wěn)定。頻率越高，分布參數(shù)影響越大，接地要求越高，設(shè)計中采用50歐姆阻抗傳輸線，傳輸線兩邊增加接地過孔數(shù)量，保證良好接地。
【權(quán)利要求】
1.一種數(shù)字超寬帶梳狀譜信號發(fā)生器，其特征在于:包括限幅器，限幅器的輸入端用于輸入正弦波信號，限幅器的第一信號輸出端連接比較器的信號輸入端，比較器的信號輸出端連接邏輯轉(zhuǎn)換器的信號輸入端，邏輯轉(zhuǎn)換器的信號輸出端連接微分器的信號輸入端，微分器的信號輸出端連接寬帶開關(guān)的信號輸入端，寬帶開關(guān)的信號輸出端連接高通濾波器的信號輸入端，高通濾波器的信號輸出端作為數(shù)字超寬帶梳狀譜信號輸出端，限幅器的第二信號輸出端通過開關(guān)驅(qū)動電路連接寬帶開關(guān)的控制端，電源模塊為整個裝置供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字超寬帶梳狀譜信號發(fā)生器，其特征在于:所述的限幅器包括兩個反向并聯(lián)的二極管，第一二極管的正極和第二二極管的負(fù)極通過串聯(lián)的第一電阻和第一電容輸入正弦波信號，第一二極管的正極和第二二極管的負(fù)極還通過第二電容連接比較器的信號輸入端，第一二極管的正極和第二二極管的負(fù)極還連接開關(guān)驅(qū)動電路的信號輸入端，第一二極管的負(fù)極和第二二極管的正極接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字超寬帶梳狀譜信號發(fā)生器，其特征在于:所述的比較器的同相輸入端連接第二電容，比較器的反相輸入端通過第三電容接地，比較器的信號輸出端通過第四電容連接邏輯轉(zhuǎn)換器的信號輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)字超寬帶梳狀譜信號發(fā)生器，其特征在于:邏輯轉(zhuǎn)換器的邏輯輸入端口連接第四電容，邏輯轉(zhuǎn)換器的邏輯高電平輸入端口通過第二電阻接地，邏輯轉(zhuǎn)換器的邏輯輸出口連接第五電容的第一端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的數(shù)字超寬帶梳狀譜信號發(fā)生器，其特征在于:所述的微分器包括第五電容和第三電阻，第五電容的第二端和第三電阻的第二端連接寬帶開關(guān)的第一接觸點，第三電阻的第一端接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的數(shù)字超寬帶梳狀譜信號發(fā)生器，其特征在于:所述的寬帶開關(guān)采用高速寬帶微波開關(guān)，高速寬帶微波開關(guān)的第二接觸點連接高通濾波器的信號輸入端，高通濾波器的信號輸出端通過第五電阻接地，高通濾波器的信號輸出端還連接第四電阻的第一端，第四電阻的第二端通過第六電阻接地，第四電阻的第二端連接輸出節(jié)點，輸出節(jié)點作為數(shù)字超寬帶梳狀譜信號輸出端。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)字超寬帶梳狀譜信號發(fā)生器，其特征在于:所述的開關(guān)驅(qū)動電路通過第七電阻連接限幅器，開關(guān)驅(qū)動電路的輸出端通過第八電阻連接寬頻開關(guān)的控制端。
【文檔編號】H03K5/13GK103997321SQ201410229380
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月28日
【發(fā)明者】張長軍, 于志華, 李軍, 高英桃, 李慧 申請人:中國電子科技集團公司第二十七研究所