互之間有20dB以上的隔離度，且引入的插入損耗盡量小等要求。
[0037] 下面以合成孔徑雷達(dá)（SAR)中自研的時(shí)鐘同步裝置在雙通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng) 用為例，進(jìn)行具體說(shuō)明。
[0038] 本實(shí)施例的雙通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需完成中心頻率I. 5±0. 4GHz的寬帶中頻信號(hào) 采樣，采樣頻率的要求如下表所示：
[0039] 表1采樣時(shí)鐘指標(biāo)要求
[0041] 圖2為作為本發(fā)明一實(shí)施例的同步裝置的電路圖，圖中主要包括:第一電容Cl、第 二電容C2、第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5、第一功分器HH、第二功分器TO2、第三 功分器FO3、信號(hào)調(diào)理單元GC1、開(kāi)關(guān)單元S1、放大單元AMP1、電源及控制單元。
[0042] 第一電容CU第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5在電路中起到 耦合作用，要求在時(shí)鐘頻率處具有較好的幅相特性。以實(shí)施例中2GHz的采樣頻率為例，選 用IOOpF的高頻電容可滿(mǎn)足使用要求。
[0043] 信號(hào)調(diào)理單元GC主要用于調(diào)節(jié)時(shí)鐘信號(hào)的幅度大小，可以用電控衰減器實(shí)現(xiàn)，也 可以用固定衰減器實(shí)現(xiàn)。在本實(shí)施例中，選用η型固定電阻組成的衰減網(wǎng)絡(luò)，對(duì)信號(hào)幅度 進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0044] 開(kāi)關(guān)單元Sl用于控制時(shí)鐘信號(hào)的通斷，進(jìn)而控制A/D電路采樣的起始和截止時(shí) 亥|J，其特性需要穩(wěn)定可靠，可以選用美國(guó)M/A-C0M公司的SW-311，或者國(guó)內(nèi)的替代型號(hào)中國(guó) 電科集團(tuán)13所生產(chǎn)的HE-118均可，二者工作頻率均可以到3GHz，且都采用了 GaAS麗IC工 藝，并在芯片內(nèi)部集成了 TTL驅(qū)動(dòng)器，控制電平與TTL/CM0S電平兼容，具有極高的開(kāi)關(guān)速度 (ns級(jí)）和極低的插入損耗。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證二者試驗(yàn)效果沒(méi)有差別，最終選用了國(guó)內(nèi)產(chǎn)品。
[0045] 放大單元AMPl要求一方面用于把時(shí)鐘信號(hào)幅度輸出到合適的電平，并飽和工作， 提高開(kāi)關(guān)電路上升沿/下降沿的陡峭度，另一方面，把時(shí)鐘信號(hào)的單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信 號(hào)，滿(mǎn)足A/D差分采樣時(shí)鐘的要求。由于對(duì)放大單元要求較高，這里選用美國(guó)ADI公司的 ADL5565差分放大器，該放大器的最高頻率可到6GHz，且具有極高的擺率和極寬的動(dòng)態(tài)范 圍，可以實(shí)現(xiàn)單端到差分的轉(zhuǎn)換。
[0046] 第一功分器F1DU第二功分器Η)2、第三功分器PD3都是對(duì)信號(hào)的功率分配，后兩 個(gè)功分器對(duì)幅相一致性要求較高，由于三者工作頻率相同，這里都選用美國(guó)mini-circuits 公司的0°功分器GP-2Y+，該器件在3. 3GHz以下具有良好的幅相一致性和較好的隔離度， 并且體積很小，利于小型化實(shí)現(xiàn)。
[0047] 供電及控制單元用于提供上述各單元電路所需的電源和控制信號(hào)，包含放大單元 的+5V、開(kāi)關(guān)單元的-5V、開(kāi)關(guān)單元的TTL控制信號(hào)，共三路信號(hào)，其中+5V電源和開(kāi)關(guān)控制 信號(hào)由信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)直接提供，控制信號(hào)需與信號(hào)產(chǎn)生單元的觸發(fā)時(shí)刻同步，而-5V電源 由+5V轉(zhuǎn)換而來(lái)，選擇美國(guó)TI公司的PTN04050A電源轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)+5V到-5V的高效轉(zhuǎn)換， 該電源采用無(wú)引線結(jié)構(gòu)，具有很小的體積和很高的可靠性。
[0048] 圖4為時(shí)鐘信號(hào)波形圖，其中圖4(a)為2GHz時(shí)鐘信號(hào)只經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)后的波形圖，圖 4(b)為該信號(hào)經(jīng)過(guò)本同步裝置后的波形圖。由圖4(b)可以看出，經(jīng)過(guò)本同步裝置后，時(shí)鐘 上升時(shí)間大幅減少，除了第一個(gè)周期較小外，第二個(gè)周期信號(hào)已經(jīng)明顯達(dá)到正常值范圍內(nèi)， 這樣第一個(gè)周期信號(hào)在A/D采樣頻率幅度的門(mén)限值以下，從第二個(gè)周期開(kāi)始，各路采集系 統(tǒng)開(kāi)始正常工作，同步性得到很好的保證。圖4(c)為本同步裝置差分端口的幅度、相位關(guān) 系圖，由Agilent N5244A矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)得，由圖上可以看出，2GHz信號(hào)差分端相位差 178. 72°，幅度差0.0 ldB，非常接近理想值。
[0049] 信號(hào)調(diào)理單元GCl用于調(diào)節(jié)輸入時(shí)鐘信號(hào)的幅度大小，可以使用電控衰減器，也 可以用固定衰減器取代，后者更為簡(jiǎn)單和快捷。
[0050] 另外，放大單元AMPl可以采用差分放大器，也可以使用單端放大器來(lái)代替，根據(jù) A/D單元是否需要差分采樣時(shí)鐘來(lái)確定。
[0051] 以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在 本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù) 范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高速并行采集系統(tǒng)時(shí)鐘同步裝置，所述高速并行采集系統(tǒng)時(shí)鐘同步裝置通過(guò)配 置信號(hào)調(diào)理單元，設(shè)置時(shí)鐘輸入幅度范圍，在開(kāi)關(guān)單元導(dǎo)通前，把信號(hào)幅度提高到足以讓后 級(jí)放大器飽和的程度，使得觸發(fā)初始時(shí)刻的時(shí)鐘信號(hào)在各通道內(nèi)得到一致的識(shí)別，實(shí)現(xiàn)多 路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的同步。2. -種高速并行采集系統(tǒng)時(shí)鐘同步裝置，包括： 一信號(hào)調(diào)理單元，用于調(diào)節(jié)輸入的時(shí)鐘信號(hào)的幅度，在開(kāi)關(guān)單元控制信號(hào)來(lái)臨之前把 所述時(shí)鐘信號(hào)的幅度提高至使后級(jí)的放大單元飽和的程度； 一開(kāi)關(guān)單元，用于控制來(lái)自信號(hào)調(diào)理單元的時(shí)鐘信號(hào)的通斷，進(jìn)而控制A/D單元電路 采樣的起始和截止時(shí)刻； 一放大單元，一方面用于在所述開(kāi)關(guān)單元控制接通時(shí)把來(lái)自所述開(kāi)關(guān)單元的所述時(shí)鐘 信號(hào)的幅度輸出到合適的電平，并飽和工作，提高開(kāi)關(guān)電路上升沿/下降沿的陡峭度，另一 方面，用于把所述時(shí)鐘信號(hào)從單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，滿(mǎn)足A/D差分采樣時(shí)鐘的要求。3. 如權(quán)利要求2所述的高速并行采集系統(tǒng)時(shí)鐘同步裝置，其中所述放大單元的輸出 信號(hào)的幅度滿(mǎn)足后續(xù)多通道A/D單元采樣時(shí)鐘的功率電平要求，輸出相位滿(mǎn)足兩路相差 180°的差分相位要求。4. 如權(quán)利要求2所述的高速并行采集系統(tǒng)時(shí)鐘同步裝置，其中所述高速并行采集系統(tǒng) 時(shí)鐘同步裝置還包括兩個(gè)多路功分網(wǎng)絡(luò)，用于把所述放大單元輸出的差分時(shí)鐘信號(hào)分成等 幅同相、完全一致的多路輸出信號(hào)，滿(mǎn)足后級(jí)多通道A/D單元數(shù)據(jù)采集的使用要求，且兩個(gè) 所述多路功分網(wǎng)絡(luò)的幅相特性完全一致。5. 如權(quán)利要求4所述的高速并行采集系統(tǒng)時(shí)鐘同步裝置，其中所述兩個(gè)多路功分網(wǎng)絡(luò) 完成所述時(shí)鐘信號(hào)的功率分配功能時(shí)，多個(gè)輸出端滿(mǎn)足相互之間有20dB以上隔離度，且引 入的插入損耗盡量小的要求。6. -種高速并行采集系統(tǒng)時(shí)鐘同步方法，包括以下步驟： 配置信號(hào)調(diào)理單元，設(shè)置時(shí)鐘輸入幅度范圍，在開(kāi)關(guān)單元導(dǎo)通前，把信號(hào)幅度提高到足 以讓后級(jí)放大器飽和的程度，使得觸發(fā)初始時(shí)刻的時(shí)鐘信號(hào)在各通道內(nèi)得到一致的識(shí)別， 從而實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的同步。7. -種高速并行采集系統(tǒng)時(shí)鐘同步方法，包括以下步驟： 調(diào)節(jié)輸入到信號(hào)調(diào)理單元的時(shí)鐘信號(hào)的幅度，在開(kāi)關(guān)單元控制信號(hào)來(lái)臨之前把所述時(shí) 鐘信號(hào)的幅度提高至使后級(jí)的放大單元飽和的程度； 控制來(lái)自信號(hào)調(diào)理單元的時(shí)鐘信號(hào)的通斷，進(jìn)而控制A/D單元電路采樣的起始和截止 時(shí)刻； 在所述開(kāi)關(guān)單元控制接通時(shí)把來(lái)自所述開(kāi)關(guān)單元的所述時(shí)鐘信號(hào)的幅度輸出到合適 的電平，并飽和工作，提高開(kāi)關(guān)電路上升沿/下降沿的陡峭度； 把所述時(shí)鐘信號(hào)從單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，滿(mǎn)足A/D差分采樣時(shí)鐘的要求。8. 如權(quán)利要求7所述的高速并行采集系統(tǒng)時(shí)鐘同步方法，其中所述放大單元的輸出 信號(hào)的幅度滿(mǎn)足后續(xù)多通道A/D單元采樣時(shí)鐘的功率電平要求，輸出相位滿(mǎn)足兩路相差 180°的差分相位要求。9. 如權(quán)利要求7所述的高速并行采集系統(tǒng)時(shí)鐘同步方法，其中所述高速并行采集系統(tǒng) 時(shí)鐘同步裝置還包括兩個(gè)多路功分網(wǎng)絡(luò)，用于把所述放大單元輸出的差分時(shí)鐘信號(hào)分成等 幅同相、完全一致的多路輸出信號(hào)，滿(mǎn)足后級(jí)多通道A/D單元數(shù)據(jù)采集的使用要求，且兩個(gè) 所述多路功分網(wǎng)絡(luò)的幅相特性完全一致。10.如權(quán)利要求9所述的高速并行采集系統(tǒng)時(shí)鐘同步方法，其中所述兩個(gè)多路功分網(wǎng) 絡(luò)完成所述時(shí)鐘信號(hào)的功率分配功能時(shí)，多個(gè)輸出端滿(mǎn)足相互之間有20dB以上隔離度，且 引入的插入損耗盡量小的要求。
【專(zhuān)利摘要】一種高速并行采集系統(tǒng)時(shí)鐘同步裝置及同步方法，該同步裝置通過(guò)配置信號(hào)調(diào)理單元，設(shè)置時(shí)鐘輸入幅度范圍，在開(kāi)關(guān)單元導(dǎo)通前，把信號(hào)幅度提高到足以讓后級(jí)放大器飽和的程度，使得觸發(fā)初始時(shí)刻的時(shí)鐘信號(hào)在各通道內(nèi)得到一致的識(shí)別，實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的同步。本發(fā)明的同步裝置可以把信號(hào)采集系統(tǒng)的同步性只集中在射頻開(kāi)關(guān)的通斷上，將開(kāi)關(guān)通斷瞬間的過(guò)渡時(shí)間大幅壓縮，消除A/D采樣起始位置時(shí)鐘抖動(dòng)帶來(lái)的誤差影響，使得時(shí)鐘信號(hào)幅度在各通道內(nèi)得到一致識(shí)別，具有良好穩(wěn)定性和可靠性；此外，利用射頻電路極低的相噪特性，完成了高速時(shí)鐘信號(hào)從單端到差分的低噪聲轉(zhuǎn)換，在提高器件利用效率的同時(shí)有效減小了體積，利于電路的小型化實(shí)現(xiàn)。
【IPC分類(lèi)】G01S13/90
【公開(kāi)號(hào)】CN105116413
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510563065
【發(fā)明人】郭征, 王巖飛, 張琦, 周長(zhǎng)義, 周以國(guó), 趙風(fēng)華
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所
【公開(kāi)日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年9月7日