纳秒级高压脉冲开关驱动电路制造技术

本发明专利技术所述的纳秒级高压脉冲开关驱动电路，提出一种纳秒级高速脉冲电压驱动电路，以实现探测器飞行时间选通中的纳秒级高速快门控制。纳秒级高压脉冲开关驱动电路包括信号边沿锁存提取电路、正负高压转换电路(含‑200V变换电路和+50V变换电路两部分)、控制信号反向增强电路、以及MOSFET开关电路。

【技术实现步骤摘要】
纳秒级高压脉冲开关驱动电路
本专利技术涉及一种用于控制像增强器的纳秒级高压脉冲开关驱动电路，属于集成电路设计领域。
技术介绍
随着国内微电子和芯片工艺设计技术的快速发展，高速高频系统的使用范围越来越广泛。距离选通激光成像是一种主动成像技术，通过计算光子飞行时间而实现控制探测器的高速开关状态，从而有效地降低介质对光线的衰减作用、屏蔽背向散射噪声和实现在如雨、雾或水下等复杂环境条件下的远距离目标成像。现有技术中，探测器的开关状态通常是采用高速选通脉冲控制电路来实现的。目前距离选通成像控制领域需要对探测器进行纳秒级别的快门控制，而探测器的快门开关是通过前端光阴极的正负高压脉冲实现的，一般为+50V和-200脉冲信号，因此需要纳秒级别的高压脉冲驱动。现有高速选通电路脉宽最高为百纳秒级，重频为几十kHz，显然无法满足上述控制精度的要求。另外，现有高速选通电路具有触发边沿慢、延时长等缺陷，无法满足探测器纳秒级触发技术要求。有鉴于此，特提出本专利申请。
技术实现思路
本申请所述的纳秒级高压脉冲开关驱动电路，在于解决上述现有技术存在的问题而提出一种纳秒级高速脉冲电压驱动电路，以实现探测器飞行时间选通中的纳秒级高速快门控制。为实现上述设计目的，所述的纳秒级高压脉冲开关驱动电路，包括信号边沿锁存提取电路、正负高压转换电路(含-200V变换电路和+50V变换电路两部分)、控制信号反向增强电路、以及MOSFET开关电路。其中，信号边沿锁存提取电路用于输入信号的脉宽提取，即通过选用高速触发逻辑器件对输入的TTL信号进行边沿提取(输入信号脉宽最窄可为纳秒级)。触发器采集并锁存输入信号的上升沿和下降沿，通过逻辑电路处理以获得具有等同输入信号宽度时间差的正负脉冲信号，以作为后端电路的触发信号和控制信号使用。同时，此部分电路还起到对信号进行隔离去噪的作用。正负高压转换电路用于进行跟随控制，具有一定时间差的正负脉冲信号作为跟随控制芯片的时钟信号和控制信号，经过处理器后得到两路一定宽度的脉冲信号。同时，脉冲信号具有一定的驱动能力，两路脉冲的上升沿和下降沿时间差仍保持为输入TTL信号的脉冲宽度。控制信号反向增强电路，采用数个高速反相器对两路、具有一定宽度的脉冲信号进行边沿采集，以获得多路脉冲信号。在提高输出信号驱动能力的同时，用以实现快速边沿触发的目的。MOSFET开关电路，选用高速MOSFET开关管。在驱动信号控制下，MOSFET开关管可实现纳秒级通断操作，最终输出纳秒级正负高压脉冲信号。综上内容，本申请所述的纳秒级高压脉冲开关驱动电路具有如下优点：1、能够应用于如激光雷达飞行时间选通控制等高速高频系统，快门控制实现纳秒级水平，控制精度较高、响应速度快，输出信号在上升沿、下降沿均在纳秒级别；2、能够根据任意脉宽输入TTL信号，同时输出任意脉宽正负高压脉冲；3、具有低延时的特点，输出固有延时不超过50纳秒；4、响应频率范围较大，最高输入信号频率可达300kHz，最窄脉宽可达3纳秒。附图说明以下附图是本申请具体实施方式的举例说明。图1是本申请所述纳秒级高压脉冲开关驱动电路的结构框图；图2是所述纳秒级高压脉冲开关驱动电路的控制时序图；图3是纳秒级高压脉冲开关驱动电路的信号边沿锁存提取电路图；图4是纳秒级高压脉冲开关驱动电路的正负高压转换电路图；图5是纳秒级高压脉冲开关驱动电路的反向增强电路图；图6是纳秒级高压脉冲开关驱动电路的MOSFET开关电路图；图7是应用本申请驱动电路的实测信号波形图。具体实施方式下面结合附图对本申请的实施方案作进一步地说明。实施例1，如图1所示，本申请所述的纳秒级高压脉冲开关驱动电路，包括信号边沿锁存提取电路、正负高压转换电路(含-200V变换电路和+50V变换电路两部分)、控制信号反向增强电路、以及MOSFET开关电路。如图3所示，所述的信号边沿锁存提取电路，电容C1、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4的一端均与TTL输入信号signal及触发器U2的9端相连，上述部件的另一端均接GND端；电容C2一端与触发器U2的10端及+5VCC相连，其另一端接GND端；电阻R10一端与触发器U2的11端、12端、13端相连，其另一端与电容C11及触发器U5的3端相连，电容C11的另一端接GND端；触发器U2的1端、14端与+5VCC相连，7端接GND端；电阻R10、电阻R7、电阻R8、二极管D14正端和触发器U2的6端相连，电阻R10的另一端为控制B端，电阻R7的另一端与二极管D14负端及C5相连，电容C5的另一端接GND端，电阻R8的另一端接三极管M11的基极；三极管M11的发射极接+5VCC，集电极为控制A端；电容C3一端与触发器U3的2端、4端、13端、14端相连至+5VCC，其另一端接GND端；电容C4、电阻R5、二极管D12负端与触发器U3的10端相连，电容C4的另一端接GND端，电阻R5的另一端与二极管D12的正端及触发器U3的3端、9端相连，触发器U3的7端接GND端，触发器U3的1端、6端与触发器U2的12端相连，触发器U3的11端与触发器U2的2端、8端相连；电阻R9、二极管D13负端与触发器U2的3端、4端、5端及触发器U5的2端相连，电阻R9的另一端、二极管D13正端、电容C6与触发器U4的3端相连；电容C6的另一端接GND端，电容C7的一端与触发器U4的2端、4端、10端、12端、14相连至+5VCC，电容C7的另一端接GND端；电容C8一端与GND相连，另一端与触发器U4的1端、6端相连为信号SIG_B端；电容C9一端与GND相连，另一端与触发器U4的8端、11端、13端相连；触发器U4的9端为信号SIG_A端，触发器U4的7端接GND端；电容C12的一端与触发器U5的4端、5端相连，其另一端接GND端；电容C10的一端与触发器U5的1端、10端、12端、14端相连至+5VCC，其另一端接GND端；电容C13的一端接GND端，另一端与触发器U5的8端、11端、13端相连为信号SIG_C端；触发器U5的7端接GND端，触发器U5的6端为信号SIG_D端。如图4所示，正负高压转换电路以正负脉冲信号作为跟随控制芯片的时钟信号和控制信号，脉冲宽度由处理器的pF级下拉电容决定。在图中下部的-200V变换电路，包括电容C19、电阻R16及电压转换模块U10。其中，电容C19的一端与电压转换模块U10的22端、23端相连至供电+12V端，电阻R16一端与电压转换模块U10的16端、17端相连，电阻R16的另一端与电压转换模块U10的15端相连至输出-200V端，电源转换模块U10的8端与9端相连，电源转换模块U10的2端、3端、12端、13端接GND端。在图中上部的+50V变换电路，包括电容C18、电阻R15及电压转换模块U9。其中，电容C18的一端与电压转换模块U9的22端、23端相连至供电+12V端，电阻R15一端与电压转换模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳秒级高压脉冲开关驱动电路，其特征在于：包括信号边沿锁存提取电路、正负高压转换电路、控制信号反向增强电路和MOSFET开关电路；/n信号边沿锁存提取电路用于输入信号的脉宽提取，选用高速触发逻辑器件对输入的TTL信号进行边沿提取，输入信号脉宽最窄为纳秒级；/n正负高压转换电路用于进行跟随控制，具有一定时间差的正负脉冲信号作为跟随控制芯片的时钟信号和控制信号；/n控制信号反向增强电路，采用数个高速反相器对两路、具有一定宽度的脉冲信号进行边沿采集以获得多路脉冲信号；/nMOSFET开关电路选用高速MOSFET开关管，在驱动信号控制下，MOSFET开关管实现纳秒级通断操作，以输出纳秒级正负高压脉冲信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种纳秒级高压脉冲开关驱动电路，其特征在于：包括信号边沿锁存提取电路、正负高压转换电路、控制信号反向增强电路和MOSFET开关电路；
信号边沿锁存提取电路用于输入信号的脉宽提取，选用高速触发逻辑器件对输入的TTL信号进行边沿提取，输入信号脉宽最窄为纳秒级；
正负高压转换电路用于进行跟随控制，具有一定时间差的正负脉冲信号作为跟随控制芯片的时钟信号和控制信号；
控制信号反向增强电路，采用数个高速反相器对两路、具有一定宽度的脉冲信号进行边沿采集以获得多路脉冲信号；
MOSFET开关电路选用高速MOSFET开关管，在驱动信号控制下，MOSFET开关管实现纳秒级通断操作，以输出纳秒级正负高压脉冲信号。


2.根据权利要求1所述的纳秒级高压脉冲开关驱动电路，其特征在于：所述的信号边沿锁存提取电路，电容C1、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4的一端均与TTL输入信号signal及触发器U2的9端相连，上述部件的另一端均接GND端；电容C2一端与触发器U2的10端及+5VCC相连，其另一端接GND端；电阻R10一端与触发器U2的11端、12端、13端相连，其另一端与电容C11及触发器U5的3端相连，电容C11的另一端接GND端；触发器U2的1端、14端与+5VCC相连，7端接GND端；电阻R10、电阻R7、电阻R8、二极管D14正端和触发器U2的6端相连，电阻R10的另一端为控制B端，电阻R7的另一端与二极管D14负端及C5相连，电容C5的另一端接GND端，电阻R8的另一端接三极管M11的基极；三极管M11的发射极接+5VCC，集电极为控制A端；电容C3一端与触发器U3的2端、4端、13端、14端相连至+5VCC，其另一端接GND端；电容C4、电阻R5、二极管D12负端与触发器U3的10端相连，电容C4的另一端接GND端，电阻R5的另一端与二极管D12的正端及触发器U3的3端、9端相连，触发器U3的7端接GND端，触发器U3的1端、6端与触发器U2的12端相连，触发器U3的11端与触发器U2的2端、8端相连；电阻R9、二极管D13负端与触发器U2的3端、4端、5端及触发器U5的2端相连，电阻R9的另一端、二极管D13正端、电容C6与触发器U4的3端相连；电容C6的另一端接GND端，电容C7的一端与触发器U4的2端、4端、10端、12端、14相连至+5VCC，电容C7的另一端接GND端；电容C8一端与GND相连，另一端与触发器U4的1端、6端相连为信号SIG_B端；电容C9一端与GND相连，另一端与触发器U4的8端、11端、13端相连；触发器U4的9端为信号SIG_A端，触发器U4的7端接GND端；电容C12的一端与触发器U5的4端、5端相连，其另一端接GND端；电容C10的一端与触发器U5的1端、10端、12端、14端相连至+5VCC，其另一端接GND端；电容C13的一端接GND端，另一端与触发器U5的8端、11端、13端相连为信号SIG_C端；触发器U5的7端接GND端，触发器U5的6端为信号SIG_D端。


3.根据权利要求1所述的纳秒级高压脉冲开关驱动电路，其特征在于：所述的正负高压转换电路，电容C19的一端与电压转换模块U10的22端、23端相连至供电+12V端，电阻R16一端与电压转换模块U10的16端、17端相连，电阻R16的另一端与电压转换模块U10的15端相连...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴崇雷，金东东，纪春恒，孙磊，
申请(专利权)人：山东航天电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37