微带传输线高速取样器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于测量高速脉冲信号波形的微带传输线高速取样器。本发明专利技术的取样器包括：信号传输线、选通传输线、取样电路、电源电路；取样电路含有：取样门、样品保持电容器、样品信号保持电路、多路扫描电路和输出放大电路。被测脉冲波形通过信号传输线的抽头连接取样门，通过取样门连接样品保持电容器，然后依次连接样品信号保持电路和多路扫描电路，最后连接输出放大电路并输出样品波形。选通脉冲通过选通传输线与取样门连接，电源电路分别与取样门、样品信号保持电路、多路扫描电路和输出放大电路连接。本发明专利技术的取样器取样效果好，取样速度快，体积小，造价低，能够测量单次和重复的高速脉冲波形，适用于多路大规模工程化测试。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于显示电变量或波形的装置领域，具体涉及一种用于测量高速脉冲信号波 形的微带传输线高速取样器，它可用于高速数字示波器和瞬态数字采样系统。技术背景目前，显示高速脉冲波形的方法一般采用取样示波器和高速取样器等。取样示波器方法 是波形的踪迹以纳秒或皮秒的速度，扫过显示屏，然后很快消失；当人眼观看波形踪迹时， 通常需要重复扫描使波形踪迹以稳定的可见亮度显现，因此要求重复的输入信号。高速取样 器可以实时记录脉冲瞬态过程，以便其后以慢得多的速度，即在"等效时间"内，读取和观 察波形而不需重复输入信号。市场上已有的高速取样器主要有两种结构形式， 一种以阴极射线管(CRT)技术为基础， 另一种以连续运行的模拟数字转换器(ADC)为基础。CRT高速取样器，采用双电子束通道， 一个电子束实时运行，并将波形踪迹写入显示屏，该显示屏内有一个电荷存储二极管阵列， 二极管阵列捕获"写入"电子束沉积下的电荷，其后"读取"电子束并以较慢的等效时间速 度将电荷读出。CRT高速取样器价格昂贵，体积过大，而且限制了模拟带宽！ ADC高速取样器， 采用连续运行的模数转换器对信号进行取样，并以极快的速度将样品信号转换为二进制数， 实时存入数字存储器，但是它必须要进行复杂的实时运算，即将信号转换为二进制数据，并 在下一次采样之前将结果存入一个大型的数据存储器中，限制了采样速度。
技术实现思路
为了克服己有技术中高速取样器价格昂贵、体积过大、采样速度较慢、不适宜于多路工 程化测试的不足，本专利技术提供了一种微带传输线高速取样器。本专利技术的微带传输线高速取样器包括 一条用于传送被测脉冲的信号传输线，两条用于传送正负选通脉冲的选通传输线，沿着信号传输线抽头设置的取样电路和电源电路。取样电路包括用于被测脉冲波形取样的取样门，用于样品信号快速存储的第一级样品保持电容器，用于样品信号保持和缓冲减速的样品信号保持电路，用于将样品信号按取样顺序读出的多路扫描电路，用于放大样品波形的输出放大电路。其连接关系是，被测脉冲波形通过信号传输线的抽头与取样门连接，取样门与第一级样品保持电容器连接，然后再与样品信号保持电路、多路扫描电路和输出放大电路依次连接，最后由输出放大电路输出样品波形；正负选通脉冲分别通过正负选通传输线连接到取样门，电源电路分别与取样门、样品信号保持电路、多路扫描电路和输出放大电路连接。所述的信号传输线为U型带抽头补偿凹坑微带传输线，采用曲线形式连接多个取样门。 所述的选通传输线为传输线宽度随选通加载端递减的微带传输线，并呈直线分布在多个取样门之间。所述的取样门由四个一致性好的高速肖特基开关二极管构成，多个取样门构成取样门阵列。所述的第一级样品保持电容器采用直接制作在印制板基材上的、具有良好的一致性和容 值为pF量级的三角形电容器。所述的样品信号保持电路为射频场效应管和高频场效应管构成的二级样品信号保持电路。所述的用于将样品信号按取样顺序读出的多路扫描电路由同步二进制计数器和多路模拟 开关构成。本专利技术的微带传输线高速取样器，采用U型并带抽头补偿凹坑的信号传输线和步进特性 阻抗的选通传输线，采用基于四肖特基二极管的平衡取样门，直接制作在印制板基材上的三 角形第一级样品保持电容器，射频场效应管和高频场效应管构成的样品信号保持电路，同步 计数器和多路模拟开关构成的多路扫描电路。本专利技术的微带传输线高速取样器取样效果好，取样速度快，体积小，造价低，能够测量 单次和重复的高速脉冲波形，适用于多路大规模工程化测试。 附图说明图1为本专利技术的微带传输线高速取样器结构框图 图2为本专利技术的微带传输线高速取样器的局部实物结构图 图3为本专利技术的微带传输线高速取样器的信号传输线结构示意图 图4为本专利技术的微带传输线高速取样器的选通传输线结构示意图 图5为本专利技术的微带传输线高速取样器的取样门电路原理图 图6为本专利技术的微带传输线高速取样器的样品信号保持电路原理图 图7为本专利技术的微带传输线高速取样器的多路扫描电路原理图具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。图1为本专利技术的微带传输线高速取样器结构框图。图1中，被测脉冲101经过信号传输 线延迟并连接到取样门阵列，选通脉冲102通过选通传输线连接到取样门阵列，由取样门阵 列取出样品信号并存储在第一级样品保持电容器C1上。样品保持电容器C1为pF量级，以保 证高速采样的需求，样品信号经过样品信号保持电路保持和缓冲减速，存储在第二级样品保 持电容器C2上，C2为pF量级，然后通过多路扫描电路进行顺序读取，并通过输出放大电路 给出最终的输出样品波形103。因此输出样品波形103的时间间隔大于被测脉沖101几个数 量级，即在比被测脉冲101慢几个数量级的等效时间内重现了被测脉冲，这就避免了采取昂 贵的宽带放大器和高速ADC，而采用标准的低速采样技术进行输出样品波形的数据读取和处 理。图1中，电源电路分别连接到取样门、样品信号保持电路、多路扫描电路和输出放大电 路，电源电路输入为土12V直流电压，分别通过+5V、 +3V、 -5V三端集成稳压器，输出+5V、 +3V、 -5V三组稳定电压。输出放大电路是以仪表运算放大器AD622为核心组成的可调增益放大电 路。图2为本专利技术的微带传输线高速取样器局部实物结构图，显示了三个取样门的结构。本 专利技术的取样器具有十二个取样门，取样间隔100ps，每一个取样门具有完全相同的结构。图2 中，信号传输线104在3个取样门之间蜿蜒曲折，四肖特基二极管平衡取样门106由四个一 致性很好的高速肖特基开关二极管构成，信号传输线104抽头处的凹坑105用于补偿取样电 容器C1加载到信号传输线的容性负载，因此信号传输线上的样品波形不会失真。正负选通脉 冲分别通过选通电阻器Rl和R2加载到取样门106，取样门106的样品输出波形存储在第一 级样品保持电容器C1上，电容器C1为直接制作在印制板基材上的三角形取样电容器，可以 保持良好的一致性，同时电容器容值可以做的很小，并通过线段107连接到样品信号保持电 路。图3为本专利技术的微带传输线高速取样器的信号传输线结构示意图。信号传输线104用于 传送被测脉冲，是一条U型微带传输线，信号传输线104的终端接匹配电阻R,，在每个取样 抽头处具有局部匹配微带抽头补偿凹坑105，用于补偿抽头处第一级样品保持电容器C1引起 的传输线波形失真。图4为本专利技术的微带传输线高速取样器的选通传输线结构示意图。选通传输线由两条微 带传输线构成，正选通传输线IIO用于传送正选通脉冲，负选通传输线lll用于传送负选通 脉冲，正负选通脉冲分别通过正加载端108和负加载端109加载到取样门106。每隔两个加 载端之间的选通传输线具有步进(递增)的特性阻抗，即传输线宽度是递减的，用于阻抗匹 配，从而保证沿选通传输线各加载端选通脉冲的幅值一致。图5为本专利技术的微带传输线高速取样器的取样门电路原理图。被测脉冲在信号传输线104 上传送，脉宽为100ps的正负选通脉冲分别在各自的选通传输线上传送。高速肖特基开关二 极管D1、 D2、 D3、 D4构成四肖特基二极管平衡取样门106。取样门106的112端接到信号传 输线104的取样抽头凹坑105， 114端通过正选通电阻器Rl接到正选通脉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微带传输线高速取样器，其特征是：所述的取样器含有一条用于传送被测脉冲的信号传输线、两条用于传送正负选通脉冲的选通传输线、沿着信号传输线抽头设置的取样电路和电源电路；取样电路包括用于被测脉冲波形取样的取样门、用于样品信号快速存储的第一级样品保持电容器、用于样品信号保持和缓冲减速的样品信号保持电路、用于将样品信号按取样顺序读出的多路扫描电路和用于放大样品波形的输出放大电路；其连接关系是，被测脉冲波形通过信号传输线的抽头与取样门连接，取样门与第一级样品保持电容器连接，然后再与样品信号保持电路、多路扫描电路和输出放大电路依次连接，最后由输出放大电路输出样品波形；正负选通脉冲分别通过正负选通传输线连接到取样门；电源电路分别与取样门、样品信号保持电路、多路扫描电路和输出放大电路连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宇晓，张扬，任柯昱，孙颖铭，汪燕，陈敏德，唐丹，邓君，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]