窄脈沖信號(hào)峰值保持器

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1、第29卷第1期核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù)Vo1．29No．12009年1月NuclearElectronics&DetectionTechnologyJan．2009窄脈沖信號(hào)峰值保持器胡賢龍，翁?hào)|山，馮旗，周世椿(1．中科院上海技術(shù)物理研究所，上海200083；2．中科院研究生院，北京100049)摘要：介紹一種窄脈沖信號(hào)峰值保持器，采用跨導(dǎo)型放大器，可對(duì)窄脈寬(10ns~250ns)、重頻(單脈沖到kHz)的脈沖信號(hào)進(jìn)行峰值檢測(cè)。通過(guò)spice模型仿真和實(shí)際電路測(cè)量，表明該電路具有動(dòng)態(tài)范圍大、非線性小等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：窄脈沖；峰值檢測(cè)；跨導(dǎo)型放大器中圖分類號(hào)：TN202文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

2、文章編號(hào)：0258—0934(2009)01—0042-04對(duì)ns級(jí)脈寬的窄脈沖信號(hào)，為方便使用常如圖1所示。規(guī)的A／D器件進(jìn)行采集和處理，須用高性能的峰值保持器把真實(shí)的峰值保持下來(lái)，要求峰值保持器有良好的線性和寬的通頻帶。傳統(tǒng)的電壓型峰值保持器的線性較差、通頻帶較小，而采用跨導(dǎo)型放大器，能有效提高電路的通頻帶，以圖1峰值保持電路基本原理響應(yīng)快速變化的窄脈沖信號(hào)。本文采用跨導(dǎo)型對(duì)于電壓型峰值保持電路，第一級(jí)放大器峰值檢測(cè)器，能對(duì)脈寬在ns級(jí)的脈沖進(jìn)行檢為電壓放大，考慮到信號(hào)從輸入到反饋有一定測(cè)，對(duì)20ns脈沖的動(dòng)態(tài)檢測(cè)范圍大于40db，脈的時(shí)間，稱為回路時(shí)問(wèn)t，所以在到達(dá)峰值時(shí)

3、，沖重頻范圍從單脈沖到kHz。在脈寬一定的電容上電壓會(huì)在這段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)變化，從而條件下，總的誤差不超過(guò)59／6。結(jié)合復(fù)位電路、產(chǎn)生過(guò)沖，過(guò)沖的大小為u]：邊沿檢測(cè)電路和FPGA控制器，能在脈沖到來(lái)十l1r時(shí)產(chǎn)生信號(hào)啟動(dòng)AD，在AD轉(zhuǎn)換結(jié)束以后對(duì)一lA(V(￡)一())／[c(+Zc)]√電路復(fù)位。(1)l電路原理式中和z分別為二極管D和電容C的阻抗，A為運(yùn)算放大器的開環(huán)放大倍數(shù)。由于A1．1電壓型和跨導(dǎo)型峰值保持器的比較分析通常比較大(約10)，在t的大部分時(shí)間里輸峰值保持器是利用二極管的單向?qū)щ娦院统鰹樽畲箅娏?，使過(guò)沖較大且為非線性。另外電容的存儲(chǔ)作用構(gòu)成的，當(dāng)脈沖信號(hào)到來(lái)時(shí)

4、，二從頻域角度看，二極管D和電容C組成的網(wǎng)絡(luò)極管D導(dǎo)通，電容器C被充電至脈沖峰值時(shí)，D有一個(gè)極點(diǎn)，而運(yùn)算放大器本身也有極點(diǎn)，所以截止，C上保持峰值電壓。電路的基本原理圖整個(gè)電路的通頻帶較低(一般小于10MHz)[2j?？鐚?dǎo)型峰值保持器是利用跨導(dǎo)運(yùn)算放大器收稿日期：2008-07-03(OTA)代替電壓型的一般運(yùn)算放大器。它將作者簡(jiǎn)介：胡賢龍(1983一)，男，安徽懷寧人，在讀碩電壓輸入變?yōu)殡娏鬏敵?，?duì)該電路有博連讀研究生。主要研究方向是電路與系統(tǒng)。42i—g(Vi—Vo)在設(shè)計(jì)中，我們選擇的是聚苯乙烯電容，它在t0+t125。C時(shí)的絕緣電阻是5×1OQ，容值為27pf，r—lg

5、(()一Vo(t))／Cdt(2)容差在±。所以fT—g／27cc一≈其中g(shù)為跨導(dǎo)放大器的跨導(dǎo)系數(shù)，一般較／b(約424．6MHz，滿足要求。10)。當(dāng)達(dá)到峰值時(shí)，電流已趨于零，所以二極管選用肖特基二極管，肖特基二極管基本無(wú)過(guò)沖。分析該電路的頻率響應(yīng)：具有正向?qū)妷盒?、開關(guān)時(shí)間特別快、方向恢1廠：——g(Vi-Vo)．復(fù)時(shí)間短的特性，特別適合高頻電路。c∞C1．3實(shí)際電路原理圖H()一一—L(3)設(shè)計(jì)的電路原理圖如圖2，輸人信號(hào)分成H兩路，一路經(jīng)過(guò)峰值保持器后得到峰值信號(hào)輸電路的轉(zhuǎn)折頻率叫—g／c，可見這個(gè)電路入至AD，另外一路經(jīng)過(guò)邊沿檢測(cè)電路和比較只有一個(gè)極點(diǎn)。另外，跨導(dǎo)型

6、放大器的第一轉(zhuǎn)器，得到脈沖信號(hào)的到達(dá)時(shí)刻，輸入至FPGA，折頻率容易做到很高，輸出阻抗極大(10Q)，由FPGA根據(jù)這個(gè)信號(hào)啟動(dòng)A／D進(jìn)行轉(zhuǎn)換。其輸出電流可近似認(rèn)為與負(fù)載無(wú)關(guān)。所以整個(gè)在轉(zhuǎn)換結(jié)束后，F(xiàn)PGA產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，控制峰值電路的通頻帶較高，且穩(wěn)定性好，適于處理快信保持器內(nèi)部CMOS開關(guān)，對(duì)保持電容放電復(fù)號(hào)。位，以準(zhǔn)備下次采樣。虛線框內(nèi)的詳細(xì)電路[4]1．2影響峰值保持器結(jié)果的參數(shù)分析和器件如圖3。選擇峰值保持器由OTA、肖特基二極管、保持從上面的分析可以看出，為了能得到ns級(jí)電容、復(fù)位開關(guān)和輸出緩沖組成，A1微分電路脈寬的峰值，首先電路的轉(zhuǎn)折頻率需要大于脈組成邊沿檢測(cè)電路

7、，在脈沖的上升沿到來(lái)時(shí)，輸沖信號(hào)的帶寬。設(shè)脈沖信號(hào)上升時(shí)間t，，則信出高電平，下降沿來(lái)到時(shí)，輸出低電平。通過(guò)比號(hào)的3dB帶寬為較器A2和地電平比較，產(chǎn)生脈沖指示信號(hào)輸入至FPGA。一(4)2性能分析測(cè)試取t，-~2ns時(shí)，．一159．2MHz。因此，需要選擇合適的OTA和保持電容，2．1pspice仿真結(jié)果分析以滿足一叫／2>廠H，在我們的設(shè)計(jì)中，跨在capture中通過(guò)建立電路的SPICE模型導(dǎo)放大器選擇的是TI的OPA615，它的典型跨原理圖，可以對(duì)電路進(jìn)行仿真。導(dǎo)人OPA615導(dǎo)g-7