VVV 一种适用于高速窄脉冲的峰值保持电路

核电子学与探测技术

NuclearElectronics&DetectionTechnology

Vol.27　No.2　March　2007　　

一种适用于高速窄脉冲的峰值保持电路

彭　宇1,2,苏　弘1,董成富1,李　勇1,2,李素琴1,2,

李小刚1,马晓莉1,千奕1,2

(1.中国科学院近代物理研究所,兰州730000;2.中国科学院研究生院,北京100049)摘要:介绍一种适用于高速窄脉冲的峰值保持电路,该电路输入信号的幅度≥50mV、前沿≤3ns、　　

μs)。该电路结构简单,可靠性好。脉宽≤15ns、频率≥20MHz、增益为3,峰展宽时间可调(0.4～5关键词:速;窄脉冲;峰展宽;电路中图分类号:　TN78　　文献标识码:　A　　文章编号:　025820934(2007)0220254203

　　该电路主要功能是对前端放大器的输出信号进行峰展宽,或称峰值保持,以便后续电路采样,进而进行数据处理。该电路是一种通用型峰展宽电路,它也适用于其他信号特别是高速窄脉冲信号的峰展宽,从而为高速窄脉冲信号的峰值测量提供了一种方法与手段。该电路可以接受脉宽≤15ns,前沿≤3ns,频率≥20MHz,幅度≥50mV的输入信号。与一般的的峰值保持电路相比,该电路具有较高的灵敏度,频带宽,反应速度快,小信号响应好的特点。

图1　电路结构框图

图2为一般的峰值保持电路。

一般峰值保持电路中运放充当跟随器,利

用二极管单向导电性对输入信号进行峰值保持。电容C为保持器件,初始状态电容电压UC等于零。M为模拟开关,复位脉冲通过控制模拟开关对电容上的电压进行放电。理想情况下,当输入信号Ui上升时,通过放大器A1和二极管D对电容C充电,直至电容C上的电压UCmax.等于输入电压Uimax.;只要输入电压Ui2.2　实际的高速窄脉冲的峰值保持电路[3]

1　电路基本结构[1]

电路在结构上包括模拟部分和数字部分,

模拟部分完成对信号的积分保持,而数字部分完成对输入信号获取和积分信号泻放的逻辑控制。其原理框图如图1所示。输入信号分成两路,一路通过模拟开关进入积分电路,一路经过高速比较器和逻辑电路产生控制逻辑,来控制模拟开关以便完成对输入信号的获取和积分信号的泻放,最后,通过一级放大器输出驱动后续获取电路。

2　电路原理分析

2.1　一般峰值保持电路存在的问题

收稿日期:2005212221

作者简介:彭宇(1980—),男,贵州人,博士

的峰保持电路其输入为小幅度、窄脉冲信

号,一般的峰保持电路很难满足要求。根据实

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整个峰保持电路能够继续稳定工作。

图2　一般的峰值保持电路原理图

际工作的要求,我们设计了一种新的高速窄脉

冲的峰值保持电路。峰保持电路原理框图如图3所示。A1、A3为放大器隔离级;A2、D1、D2、C1、R3构成了积分电路实现峰值保持。在本电路中,我们利用运放A2和普通二极管D1组成负反馈电路来获得理想二极管,克服了死区电压,提高了电路的灵敏度。如图3所示,运放A2作为同相放大器工作,VA与Vi同相,且—VA—>—Vi—。当Vi>0时,VA为正值使D1导通;根据深度负反馈条件下运放输入端虚短概念,得到VC≈Vi,保证了峰值信号与输入信号之间的线性关系,同时也提高了电路处理小信号的灵敏度。考虑到当输入信号下降时VA下降,使得VA图3　高速窄脉冲的峰值保持电路原理框图

2.3　逻辑控制电路及其原理介绍

对于我们处理的高速窄脉冲小信号,其频率小于10MHz,周期在100～160ns之间,而峰

μs,这样信号的周期和展展宽的时间需要2～3

宽时间就产生了一定的矛盾。如果对输入信号μs的时间内将会有很多信不进行控制,在2～3

号在电容C1上堆积,电路将不能对信号的峰值进行保持。为了处理输入信号周期短和峰值展宽时间长的矛盾,我们设计了这部分逻辑控制电路,这部分电路主要实现对输入信号的获取和对积分信号泻放的控制。控制逻辑的基本思路是:电路在接受到第一个信号之后,随即断开开关J1,进入峰值保持阶段;在峰值保持阶段结束后再接通开关J1,接受新的输入信号。图3所示的控制逻辑部分(controllogic)的原理图如图4所示。

图4　控制逻辑部分原理图

　　逻辑部分的输入端是一个高速比较器

(U1),它的触发信号来自于输入的高速窄脉冲信号,为了避免噪声误触发,我们在U1的参考端设置了一定的阈值电压(可调)。比较器的输出直接驱动逻辑电路,时序图见图5。OUT3为74LS221(不可重触发双单稳态电路)的第一

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个单稳态电路输出,其脉宽为电路的峰保持时间,它的触发信号来自于通过U2B(D触发器)、D1、R1、C1产生的窄脉冲信号。OUT2为74LS221的第二个单稳态电路输出,其脉宽为

3ns,脉宽≤15ns,频率≥20MHz,增益为3,峰

μs。电路中几展宽时间的调节范围为0.4～5

个单稳态电路成形的脉宽可以通过各自的R、

C进行调节。积分电路中的运放为高速宽带运算放大器,其压摆率(SlewRate)≥1100V/μs、正负端等效输入阻抗为1MΩ,增益带宽≥300MHz。积分电容选取小电容,二极管选取高速肖特基二极管。

展宽信号的泻放时间。OUT2输出分成两路:一路驱动控制积分信号泻放的模拟开关J2(常开开关);一路通过74LS123(可重触发双单稳态电路)、7402(或非门)产生一个窄脉冲,作为U2A、U3A(D触发器)的clear信号。OUT1由U2A产生,控制模拟开关J1(常闭开关),完成对输入信号的控制,这样就保证了电路在处理一个信号时,不受后续信号的影响。OUT为整个电路的输出。

图6　测试波形图

图5　主要工作点时序图

4　结束语

目前该电路在实验室已经调试成功,图6

是在实验室模拟现场信号的测试波形图,Ch1为输入信号,Ch2为峰保持信号。在实验室我们对20MHz以下不同频率的快前沿小信号进行了反复测试,电路工作稳定,性能良好。下一步工作将进行现场测试。

参考文献:

[1]童诗白.模拟电子技术基础[M].北京:高等教育出

为了防止逻辑电路在输入信号频率过高或其它原因造成误动作,(即逻辑电路不能复位),我们加入了复位电路。复位电路主要由U6(74LS123)构成,我们将它的第一个单稳脉宽设置为10us,宽度大于几倍的峰保持时间。如图4,在逻辑电路正常工作时,U6输入到U5(或非门)的信号为低电平,此时不影响电路正常工作。当逻辑电路工作不正常时,则U6会产生一个窄脉冲,作为U3A和U2A的clear信号,使逻辑电路清零,保证整个电路正常工作。

版社(第二版)

[2]陈勇,等.新型高性能脉冲峰值保持电路[J].核电

3　电路参数和元件的选取

该电路的输入信号幅度≥50mV,前沿≤

子学与探测技术,1997,17(4):241.

Apeakholdingcircuitforfastnarrowpulse

PENGYu1,2,SUHong1,DONGCheng2fu1,LIYong1,2,LISu2qin1,2,

LIXiao2gang1,MAXiao2li1,QIANYi1,2

(1.InstituteofModernPhysics,CAS,Lanzhou730000,China;

2.GraduateSchooloftheChineseAcademyofSciences,Bejing100049,China)

Abstract　Apeakholdingcircuitdevelopedbyusforfastnarrowpulseisintroducedbrieflyinthispaper.Amplitudeofinputsignalis≥50mV,risetime≤3ns,pulsewidth≤15ns,frequency≥20MHz,gain=3,

μs.Thestructureofthecircuitissim2thetimeofpeakholdingcanbeadjustedintherangeof400nsto5

pleandthereliabilityisgood.

Keywords:fast;narrowpulse;peakstretching;circuit

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