數(shù)字超寬帶梳狀譜信號(hào)發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種數(shù)字超寬帶梳狀譜信號(hào)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(dòng)電路、電源模塊，高通濾波器的信號(hào)輸出端作為數(shù)字超寬帶梳狀譜信號(hào)輸出端；本實(shí)用新型利用限幅器進(jìn)行雙向限幅，保護(hù)器件免受強(qiáng)信號(hào)的影響而燒毀；將比較器的輸入信號(hào)與零比較，產(chǎn)生方波時(shí)鐘信號(hào)；再通過(guò)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(guò)微分器，實(shí)現(xiàn)上升沿或下降沿充放電，形成窄脈沖；之后通過(guò)寬帶開關(guān)，時(shí)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(shí)，通過(guò)開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路，取樣調(diào)制周期，從而實(shí)現(xiàn)了超寬帶、譜線可調(diào)、波形穩(wěn)定的梳狀譜。
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及梳狀譜發(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(hào)發(fā)生器。 數(shù)字超寬帶梳狀譜信號(hào)發(fā)生器

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，梳狀譜信號(hào)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(chǔ)能元件充放電得到短持續(xù)時(shí)間的信號(hào)，再經(jīng)過(guò)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(hào)的標(biāo)校和電磁兼容的測(cè)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(chǔ)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(guò) 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。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0003] 本實(shí)用新型的目的是提供一種數(shù)字超寬帶梳狀譜信號(hào)發(fā)生器，根據(jù)梳狀譜輸出的 需要通過(guò)設(shè)置開關(guān)調(diào)制頻率實(shí)現(xiàn)不同譜線間隔的梳狀譜信號(hào)輸出。
[0004] 本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為：
[0005] -種數(shù)字超寬帶梳狀譜信號(hào)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(hào)，限幅器的第一信號(hào)輸出端連接比較器的信號(hào)輸入端，比較器的信號(hào)輸出端連接邏 輯轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸入端，邏輯轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸出端連接微分器的信號(hào)輸入端，微分器的信 號(hào)輸出端連接寬帶開關(guān)的信號(hào)輸入端，寬帶開關(guān)的信號(hào)輸出端連接高通濾波器的信號(hào)輸入 端，高通濾波器的信號(hào)輸出端作為數(shù)字超寬帶梳狀譜信號(hào)輸出端，限幅器的第二信號(hào)輸出 端通過(guò)開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路連接寬帶開關(guān)的控制端，電源模塊為整個(gè)裝置供電。
[0006] 所述的限幅器包括兩個(gè)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(guò)串聯(lián)的第一電阻和第一電容輸入正弦波信號(hào)，第一二極管的正極和第二二極管的負(fù) 極還通過(guò)第二電容連接比較器的信號(hào)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(dòng)電路的信號(hào)輸入端，第一二極管的負(fù)極和第二二極管的正極接地。
[0007] 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(guò)第三電容接 地，比較器的信號(hào)輸出端通過(guò)第四電容連接邏輯轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸入端。
[0008] 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(guò)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。
[0009] 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(diǎn)，第三電阻的第一端接地。
[0010] 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(diǎn)連接高 通濾波器的信號(hào)輸入端，高通濾波器的信號(hào)輸出端通過(guò)第五電阻接地，高通濾波器的信號(hào) 輸出端還連接第四電阻的第一端，第四電阻的第二端通過(guò)第六電阻接地，第四電阻的第二 端連接輸出節(jié)點(diǎn)，輸出節(jié)點(diǎn)作為數(shù)字超寬帶梳狀譜信號(hào)輸出端。
[0011] 所述的開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)第七電阻連接限幅器，開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路的輸出端通過(guò)第八 電阻連接寬頻開關(guān)的控制端。
[0012] 本實(shí)用新型利用限幅器進(jìn)行雙向限幅，保護(hù)器件免受強(qiáng)信號(hào)的影響而燒毀；將比 較器的輸入信號(hào)與零比較，產(chǎn)生方波時(shí)鐘信號(hào)；再通過(guò)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(guò)微分器，實(shí)現(xiàn)上升沿或下降沿充放電，形成窄脈沖； 之后通過(guò)寬帶開關(guān)，時(shí)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(shí)，通過(guò)開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路，取樣調(diào)制周期，從而實(shí)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(shuō)明】
[0013] 圖1為本實(shí)用新型的電路原理框圖；
[0014] 圖2為本實(shí)用新型的電路原理圖；
[0015] 圖3為本實(shí)用新型的輸入的正弦時(shí)鐘信號(hào)波形圖；
[0016] 圖4為本實(shí)用新型的由限幅器限幅的頂部削平的信號(hào)波形圖；
[0017] 圖5為本實(shí)用新型的由比較器輸出的方波時(shí)鐘信號(hào)波形圖；
[0018] 圖6為本實(shí)用新型的由邏輯轉(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(hào)的波形圖；
[0019] 圖7為本實(shí)用新型的由微分器輸出的窄脈沖信號(hào)波形圖；
[0020] 圖8為本實(shí)用新型的由寬帶開關(guān)過(guò)濾后的窄脈沖信號(hào)波形圖；
[0021] 圖9為本實(shí)用新型的寬帶開關(guān)導(dǎo)通信號(hào)波形圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 如圖1、2所示，本實(shí)用新型包括限幅器，限幅器包括兩個(gè)反向并聯(lián)的二極管，第 一二極管D1的正極和第二二極管D2的負(fù)極通過(guò)串聯(lián)的第一電阻R1和第一電容C1輸入正 弦波信號(hào)，第一二極管D1的正極和第二二極管D2的負(fù)極還通過(guò)第二電容C2連接比較器U1 的同相輸入端VP，第一二極管D1的正極和第二二極管D2的負(fù)極還通過(guò)第七電阻R2連接 開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路U4的信號(hào)輸入端，開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路U4的輸出端通過(guò)第八電阻R4連接與寬帶開 關(guān)SPST的控制端相接的節(jié)點(diǎn)port3,第一二極管D1的負(fù)極和第二二極管D2的正極接地； 比較器U1的反相輸入端VN通過(guò)第三電容C3接地，比較器U1的信號(hào)輸出端Q通過(guò)第四電 容C4連接邏輯轉(zhuǎn)換器U2的信號(hào)輸入端AP，邏輯轉(zhuǎn)換器U2的邏輯高電平輸入端口 BN通過(guò) 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(diǎn)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(diǎn)SL連接高通濾波器U5的信號(hào)輸入端，高通濾波器U5的信 號(hào)輸出端通過(guò)第五電阻R12接地，高通濾波器U5的信號(hào)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(guò)第六電阻R11接地，第四電阻R13的第二端還連接輸出節(jié)點(diǎn) P〇rt2,作為數(shù)字超寬帶梳狀譜信號(hào)輸出端。
[0023] 其中，第一電阻R1、第七電阻R2起到微波信號(hào)的耦合功分作用，將輸入的10MHz信 號(hào)奉禹合給開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路U4 ;第一電容C1、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(hào)。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(hào)，在頻域上即為梳狀譜信號(hào)。第六電阻R11、第五電阻R12、第四電阻R13組成衰減網(wǎng)絡(luò) 對(duì)信號(hào)的幅度進(jìn)行衰減調(diào)整。電路中的各個(gè)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。
[0024] 其中，限幅器采用兩個(gè)二極管雙向限幅，保護(hù)器件免受強(qiáng)信號(hào)的影響而燒毀。比較 器U1的輸入信號(hào)與零比較，產(chǎn)生方波時(shí)鐘信號(hào)，比較器U1的信號(hào)輸出端連接邏輯轉(zhuǎn)換器U2 的信號(hào)輸入端，邏輯與門轉(zhuǎn)換，與高電平相與，跟隨比較器U1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(hào)輸出端連接微分器的信號(hào)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(hào)輸出端連接寬帶開關(guān)SPST的信號(hào) 輸入端，寬帶開關(guān)SPST進(jìn)行時(shí)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(hào)輸出端連接高通濾波器U5的信號(hào)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(hào)輸出端作為數(shù)字超寬帶梳狀譜信號(hào)輸出端，限幅器的第一信號(hào)輸出端通過(guò) 開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路U4連接寬帶開關(guān)SPST的控制端，開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路U4取樣調(diào)制周期，電源模塊 U3為整個(gè)裝置供電。
[0025] 下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的工作原理：
[0026] 如圖1和圖2所示，圖2中portl是信號(hào)輸入端口，輸入正弦時(shí)鐘信號(hào)，以10MHz 為例，輸入的是10MHz的正弦波信號(hào)，如圖3所示的波形圖，10MHz的正弦波信號(hào)首先經(jīng) 過(guò)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(hào)變?yōu)轫敳肯?平的信號(hào)，如圖4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U1采用 ADCMP572,比較器U1的輸入信號(hào)與零比較，將限幅器輸出的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字方波信 號(hào)，從而產(chǎn)生方波時(shí)鐘信號(hào)，如圖5所示的波形圖；另一路發(fā)送給開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路U4。比較器 U1輸出的方波信號(hào)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(hào)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(hào)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(hào)經(jīng)過(guò)微分 后形成窄脈沖信號(hào)，由于微分時(shí)方波的下降沿和上升沿均產(chǎn)生一個(gè)窄脈沖，兩個(gè)脈沖幅度、 脈寬不同在頻域會(huì)產(chǎn)生疊加，如圖7所示的波形圖，微分后經(jīng)過(guò)寬帶開關(guān)SPST的處理，利用 時(shí)域相乘頻域卷積，即寬帶開關(guān)SPST從時(shí)域上濾去上升沿或下降沿所產(chǎn)生的脈沖中的一 個(gè)，如圖8所示的波形圖，寬帶開關(guān)SPST的動(dòng)作由開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路U4控制，圖2中port3是 開關(guān)驅(qū)動(dòng)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(hào)，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(hào)，在頻域上即為梳狀譜 信號(hào)，圖2中port2端口是梳狀譜信號(hào)輸出端。電源模塊U3,將+5V的直流電變?yōu)?3. 3V， 以供電路所需。
[0027] 其中，信號(hào)經(jīng)過(guò)微分器將方波信號(hào)通過(guò)RC微分電路產(chǎn)生兩個(gè)脈沖，而最終只需要 一個(gè)脈沖即可，所以通過(guò)寬帶開關(guān)SPST關(guān)斷其中一個(gè)脈沖，輸出另一個(gè)脈沖。開關(guān)驅(qū)動(dòng)電 路U4驅(qū)動(dòng)的時(shí)鐘由10MHz輸入信號(hào)耦合，這樣寬帶開關(guān)SPST及開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路U4在時(shí)鐘上 做到同步，開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路U4發(fā)送的控制信號(hào)為寬帶開關(guān)SPST輸入信號(hào)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(dòng)電路U4發(fā)送的開關(guān)控制信號(hào)，軸線上方 和下方的窄脈沖為正、負(fù)脈沖信號(hào)，導(dǎo)通后輸出軸線下方的窄脈沖信號(hào)。
[0028] 以梳狀譜輸出頻率到12GHz，譜線間隔10MHz為例。
[0029] 梳狀譜在時(shí)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1/ f1(l的窄脈沖（f1(l為梳狀譜的第一零點(diǎn)譜線頻率)。則要產(chǎn)生所要求的梳狀譜，在時(shí)域上產(chǎn)生 重復(fù)周期T=l/f；=l/10MHz=100ns，脈沖寬度小于
[0030] τ =l/f1(l=l/12GHz=83. 3ps 的窄脈沖即可。
[0031] 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(shí)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(dòng)測(cè)試、寬 度測(cè)試測(cè)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。
[0032] 利用Ansoft軟件對(duì)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(hào)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(jì)要求。
[0033] 本裝置的電路設(shè)置在電路板上，電路板設(shè)計(jì)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(guò)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(jì)中采用50歐姆阻 抗傳輸線，傳輸線兩邊增加接地過(guò)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(hào)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(hào)，限幅器的第一信號(hào)輸出端連接比較器的信號(hào)輸入端，比較器的信號(hào)輸 出端連接邏輯轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸入端，邏輯轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸出端連接微分器的信號(hào)輸入端， 微分器的信號(hào)輸出端連接寬帶開關(guān)的信號(hào)輸入端，寬帶開關(guān)的信號(hào)輸出端連接高通濾波器 的信號(hào)輸入端，高通濾波器的信號(hào)輸出端作為數(shù)字超寬帶梳狀譜信號(hào)輸出端，限幅器的第 二信號(hào)輸出端通過(guò)開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路連接寬帶開關(guān)的控制端，電源模塊為整個(gè)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(hào)發(fā)生器，其特征在于：所述的限幅器 包括兩個(gè)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(guò)串聯(lián)的第一電阻 和第一電容輸入正弦波信號(hào)，第一二極管的正極和第二二極管的負(fù)極還通過(guò)第二電容連接 比較器的信號(hào)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(dòng)電路的信號(hào) 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(hào)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(guò)第三電容接地，比較器的信號(hào)輸出 端通過(guò)第四電容連接邏輯轉(zhuǎn)換器的信號(hào)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(hào)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(guò)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(hào)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(diǎn)，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(hào)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(diǎn)連接高通濾波器的信號(hào)輸入 端，高通濾波器的信號(hào)輸出端通過(guò)第五電阻接地，高通濾波器的信號(hào)輸出端還連接第四電 阻的第一端，第四電阻的第二端通過(guò)第六電阻接地，第四電阻的第二端連接輸出節(jié)點(diǎn)，輸出 節(jié)點(diǎn)作為數(shù)字超寬帶梳狀譜信號(hào)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(hào)發(fā)生器，其特征在于：所述的開關(guān)驅(qū) 動(dòng)電路通過(guò)第七電阻連接限幅器，開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路的輸出端通過(guò)第八電阻連接寬頻開關(guān)的控 制端。
【文檔編號(hào)】H03K5/135GK203851114SQ201420286566
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)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(zhǎng)軍, 于志華, 李軍, 高英桃, 李慧 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十七研究所