高压快沿脉冲发生器及方法
【专利摘要】本发明提供了一种高压快沿脉冲发生器，包括控制单元、高压电源及脉冲形成回路，控制电路控制高压电源向脉冲形成回路提供工作电压，其特征在于：脉冲形成回路包括高压电容，限流电阻依次串接特性阻抗为R1的延时线缆、开关及负载后串接在高压电容的两端，负载或为内接负载或为外接负载，其匹配阻抗为R2，R2=R1，限流电阻的阻抗远远大于延时线缆的特性阻抗R1。本发明的另一个技术方案是提供了一种采用上述脉冲发生器的矩形脉冲发生方法。本发明所产生的矩形波能实现对探头性能的检测，为了给探头、衰减器或者其他检测工具提供一个理想的信号源，能对探头的技术参数以及性能进行分析。
【专利说明】高压快沿脉冲发生器及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种前沿很快(皮秒级)、电压较高(4kv)、能连续触发的矩形脉冲发生器及方法，属于电子技术、电磁兼容技术。
【背景技术】
[0002]探头、衰减器广泛应用于电子技术以及电磁兼容技术中，是连接被测电路与示波器输入端的电子部件，因此被测信号的准确与否与探头有极大的关系；探头往往受探头自身的带宽、频率以及衰减系数而影响，而失真或者不准确的波形对研究分析波形有极大的影响，甚至带来很大的损失，因此一个带宽合适、转换精确的探头是非常必要的。
[0003]在测量被测电路时，我们往往忽视了探头对实际波形的影响。然而在实际应用中，尤其是在高频电路中，不合适的探头往往会使输出波形发生畸变；在EMC中，标准更是对输出波形的前沿脉宽有严格的要求，因此合适准确的探头和示波器尤其重要。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题给探头、衰减器或者其他检测工具提供一个理想的信号源。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种高压快沿脉冲发生器，包括控制单元、高压电源及脉冲形成回路，控制电路控制高压电源向脉冲形成回路提供工作电压，其特征在于:脉冲形成回路包括高压电容，限流电阻依次串接特性阻抗为Rl的延时线缆、开关及负载后串接在高压电容的两端，负载或为内接负载或为外接负载，其匹配阻抗为R2，R2=R1,限流电阻的阻抗远远大于延时线缆的特性阻抗R1。
[0006]优选地，由开关电源为所述高压电源及所述控制电路提供工作电压。
[0007]优选地，所述控制单元包括单片机，单片机分别连接液晶显示单元、按键操作单元、继电器动作单元及DA给定单元，其中:
[0008]继电器动作单元包括光耦隔离电路及达林顿管电路，单片机的每一路控制输出引脚通过串接的光耦隔离电路及达林顿管电路后驱动继电器动作；
[0009]单片机的串行信号输出端连接DA给定单元，DA给定单元的输出端经由运算放大单元产生一定的模拟电压量给高压电源。
[0010]本发明的另一个技术方案是提供了一种采用上述脉冲发生器的矩形脉冲发生方法，其特征在于，步骤为:由控制电路控制高压电源向高压电容充电，充电后，高压电源的输出高压经过限流电阻后到特性阻抗为Rl的延时线缆上，故在延时线缆的分布电容上也形成了值为UO的高压，当开关闭合时，由于负载的匹配阻抗与延时线缆的特性阻抗相同，故在开关闭合的瞬间，负载上得到的是幅值为1/2U0的高压，由于开关的吸合导致回路的阻抗发生突变，剩余部分幅值为1/2U0的高压要经过延时线缆向高压电源方向反射，当反射到限流电阻时，由于该限流电阻的阻抗远远大于的特性阻抗，造成波形的第二次反射，基本上是开路反射，反射的波形要反相，并以-1/2U0的幅值向负载方向反射，当到达负载时，正好与原先的幅值为1/2U0的高压相抵消，于是在负载上形成了一个幅值为1/2U0的高压，宽度为电磁波在延时线缆上传递2次的时间的一个矩形脉。
[0011]本发明所产生的矩形波能实现对探头性能的检测，为了给探头、衰减器或者其他检测工具提供一个理想的信号源，能对探头的技术参数以及性能进行分析。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明提供的一种高压快沿脉冲发生器的电路框图；
[0013]图2为继电器动作单元电路图；
[0014]图3为DA给定单元电路图；
[0015]图4为脉冲形成回路电路图。
【具体实施方式】
[0016]为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
[0017]如图1所示，本发明提供的一种高压快沿脉冲发生器，包括控制单元、高压电源及脉冲形成回路，控制电路控制高压电源向脉冲形成回路提供工作电压，由开关电源为所述高压电源及所述控制电路提供工作电压。下面接着对各主要电路部分作进一步展开描述:
[0018]控制电路:
[0019]本发明的控制电路是以单片机SM89516A组成的控制单元为核心及其外围电路，控制单元主要控制液晶显示单元、按键操作单元、继电器动作单元及DA给定单元等部分。
[0020]液晶显示单元是根据单片机不同的指令和数据信息，产生显影液晶驱动信号，控制液晶显示单元中液晶面板的显示功能。液晶显示单元采用T6963C驱动芯片及240 X 128点阵的液晶面板。
[0021]如图2所示，在继电器动作单元中，单片机SM89516A经过8255扩展端口，然后经过光耦隔离电路，防止继电器吸合断开而带来的脉冲骚扰，最后经过芯片ULN2003内的达林顿管放大后驱动继电器。
[0022]如图3所示，在DA给定单元中，单片机SM89516A给芯片MAX531XINPIAN—个12位串行信号，然后芯片MAX531XINPIAN的输出经过由运算放大器及相关部件组成运算放大单元后，再经过一个由运算放大器构成的电压跟随电路后产生一定的模拟电压量给高压电源，用于控制高压电源的高压输出。
[0023]脉冲形成电路:
[0024]脉冲形成电路则是通过电缆延时形成方波最后或者直接输出后接50欧姆的衰减器或者内接50欧姆的负载后输出。第二种情况适用于一般的探头或者高输入阻抗的衰减器。其具体电路如图4所示，包括高压电容C，限流电阻R依次串接特性阻抗为Rl的延时线缆1、开关K及负载后串接在高压电容C的两端，负载或为内接负载或为外接负载，其匹配阻抗为R2，R2=R1=50欧姆，限流电阻R的阻抗为200K欧姆远远大于延时线缆I的特性阻抗Rl0在本实施例中，开关K选用水银开关。
[0025]由控制电路控制高压电源向高压电容C充电，充电后，高压电源的输出高压经过限流电阻R后到特性阻抗为Rl的延时线缆I上，故在延时线缆I的分布电容上也形成了值为UO的高压，当开关K闭合时，由于负载的匹配阻抗与延时线缆I的特性阻抗相同，故在开关K闭合的瞬间，负载上得到的是幅值为1/2U0的高压，由于开关K的吸合导致回路的阻抗发生突变，剩余部分幅值为1/2U0的高压要经过延时线缆I向高压电源方向反射，当反射到限流电阻R时，由于该限流电阻R的阻抗远远大于的特性阻抗，造成波形的第二次反射，基本上是开路反射，反射的波形要反相，并以-1/2U0的幅值向负载方向反射，当到达负载时，正好与原先的幅值为1/2U0的高压相抵消，于是在负载上形成了一个幅值为1/2U0的高压，宽度为电磁波在延时线缆上传递2次的时间的一个矩形脉。
[0026]虽然本
【发明内容】
已以较佳实例揭示如上，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
【权利要求】
1.一种高压快沿脉冲发生器，包括控制单元、高压电源及脉冲形成回路，控制电路控制高压电源向脉冲形成回路提供工作电压，其特征在于:脉冲形成回路包括高压电容(C)，限流电阻(R)依次串接特性阻抗为Rl的延时线缆(I)、开关(K)及负载后串接在高压电容(C)的两端，负载或为内接负载或为外接负载，其匹配阻抗为R2，R2=R1，限流电阻(R)的阻抗远远大于延时线缆(I)的特性阻抗Rl。
2.如权利要求1所述的一种高压快沿脉冲发生器，其特征在于:由开关电源为所述高压电源及所述控制电路提供工作电压。
3.如权利要求1所述的一种高压快沿脉冲发生器，其特征在于:所述控制单元包括单片机，单片机分别连接液晶显示单元、按键操作单元、继电器动作单元及DA给定单元，其中: 继电器动作单元包括光耦隔离电路及达林顿管电路，单片机的每一路控制输出引脚通过串接的光耦隔离电路及达林顿管电路后驱动继电器动作； 单片机的串行信号输出端连接DA给定单元，DA给定单元的输出端经由运算放大单元产生一定的模拟电压量给高压电源。
4.一种采用如权利要求1所述脉冲发生器的矩形脉冲发生方法，其特征在于，步骤为:由控制电路控制高压电源向高压电容(C)充电，充电后，高压电源的输出高压经过限流电阻(R)后到特性阻抗为Rl的延时线缆(I)上，故在延时线缆(I)的分布电容上也形成了值为UO的高压，当开关(K)闭合时，由于负载的匹配阻抗与延时线缆(I)的特性阻抗相同，故在开关(K)闭合的瞬间，负载上得到的是幅值为1/2U0的高压，由于开关(K)的吸合导致回路的阻抗发生突变，剩余部分幅值为1/2U0的高压要经过延时线缆(I)向高压电源方向反射，当反射到限流电阻(R)时，由于该限流电阻(R)的阻抗远远大于的特性阻抗，造成波形的第二次反射，基本上是开路反射，反射的波形要反相，并以-1/2U0的幅值向负载方向反射，当到达负载时，正好与原先的幅值为1/2U0的高压相抵消，于是在负载上形成了一个幅值为1/2U0的高压，宽度为电磁波在延时线缆上传递2次的时间的一个矩形脉。
【文档编号】H03K3/02GK103618520SQ201310642058
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年12月3日 优先权日:2013年12月3日
【发明者】张君, 施滨, 洪浩, 钱枫, 来磊, 蔡青 申请人:上海三基电子工业有限公司, 上海市计量测试技术研究院