一种cvp探头有源积分法的低阻传输电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及信号传输领域，尤其是涉及一种CVP探头有源积分法的低阻传输电路。
【背景技术】
[0002]直线感应加速器(以下简称LIA)高电压快脉冲加速腔电压波形测试，通常波形带宽在几十兆赫，幅值为几百千伏的单次方波脉冲。通常采用CVP探头与电缆负载将原始信号微分，再通过远端积分盒(积分电阻为示波器输入电阻)进行积分还原显示得到加速腔电压波形，但此方法的信号传输电缆通常较长，使得微分信号高频分量损失较严重而导致还原波形失真。
[0003]LIA腔电压的测量是利用CVP探头与电缆负载将原始信号微分，再通过积分盒或数值积分进行积分还原。不管采取何种积分方式，信号传输都有一定的限制。通常情况下，微分信号可通过长电缆传到终端在积分，但终端必须是高阻。几十到一百米以上的同轴电缆将微分信号传送到终端，微分信号的前后沿损失较严重，这是由于同轴电缆带宽限制对信号高频成份有衰减，使用有一定的局限性。而在高阻状态下积分后电压波形，又无法用同轴电缆传输，受到低阻特性的限制。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是通过阻抗变换技术的原理将传输终端的积分电阻提前，与积分电容无限接近并构成积分单元作为阻抗变换单元的输入电路，和CVP探头的微分单元直接相连，使得微分信号不经过任何传输直接送入积分单元，确保微分信号无损失地进行积分，保证了积分后电压信号的真实性。在通过电路设计将其阻抗变换单元输出回路的输出电阻设计成低阻，在输出端呈低阻条件下，就可以实现低阻传输的功能。
[0005]为实现上述目的，采用如下技术方案:
一种CVP探头有源积分法的低阻传输电路，由CVP探头单元、积分单元和阻抗转换单元组成，所述CVP探头单元的输入端输入高压脉冲方波，CVP探头单元中的RC微分电路输出端连接到积分单元的输入端，积分单元的输出端连接到阻抗转换单元，所述积分单元为RC积分电路，RC积分电路的积分信号输出回路之间设置为高阻，所述阻抗转换单元的输出回路之间设置为低阻，阻抗转换单元的输出回路直接连接到信号传输线，所述RC微分电路中的电容容值满足C1《ty0.7 JT R，其中为被测前沿时间、R为特性阻抗。
[0006]在上述技术方案中，所述RC微分电路中的电容容值小于5pF。
[0007]在上述技术方案中，所述微分电路的输出与积分单元的输入直接连接，即微分电路输出的微分信号无传输损耗进入到积分单元。
[0008]在上述技术方案中，所述积分单元中的积分电容为同轴结构，电容上无任何无引线。
[0009]所述积分电容包括两个电极，每个电极采用一块金属片，两块金属片相对设置且保持距离，金属片焊接到积分回路中对应端。
[0010]在上述技术方案中，所述阻抗转换单元从输入到输出依次包括一级高速缓冲电路和一级放大电路。
[0011]在上述技术方案中，所示高速缓冲电路的高阻特性、阻抗大于1ΜΩ，输出阻抗小于5Ω 0
[0012]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:在彻底解决了通用积分法所存在的技术问题的情况下，实现CVP探头有源积分法的低阻传输技术，通过将有源积分器直接与CVP探头输出端连接，剔除长电缆对微分信号高频分量的影响，也很好地解决了在测试技术方面无法对积分信号传输(长电缆或光纤)、阻抗匹配、信号分路或叠加等通用测试手段问题。而且有源积分器输出电阻较低，可以与其他测试单元进行连接，不存在不宜阻抗匹配问题。
【附图说明】
[0013]本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中:
图1是CVP探头有源积分法低阻传输电路框图；
其中:1是CVP探头，2是积分单兀，3是积分电容。
【具体实施方式】
[0014]本发明主要面对的对象是高电压快脉冲加速腔电压波形测试，通常波形带宽在几十兆赫，幅值为几百千伏的单次方波脉冲。因此本发明中的CVP探头有源积分法的低阻传输技术利用阻抗变换技术的原理将其传统测试中的终端积分电阻提前，与积分电容无限接近并构成积分单元，积分电容做成同轴式且无任何引线；作为阻抗变换单元的输入电路，和CVP探头的微分单元直接相连，使得微分信号不经过任何传输直接送入积分单元，确保微分信号无损失地进行积分，保证了积分后电压信号的真实性。在通过电路设计将其阻抗变换单元输出回路的输出电阻设计成低阻，在输出端呈低阻条件下，就可以实现低阻传输的功會K。
[0015]实现了对微分信号无损失积分回路的设计，为达到积分器输出满足低阻特性，需要设计阻抗转换单元的低阻输出电路，阻抗转换单元是一个起着承上启下作用的单元，它的高输入阻抗既可以和积分电容构成积分回路又可在输出回路呈现较低的阻抗，它的设计是此项技术的关键，也是最终实现可以用低阻同轴电缆(目前采用的光纤传输)传输积分信号的要求。
[0016]阻抗转换单元的设计必须满足具有高输入阻抗低输出阻抗的特性，又必须实现较高带宽、幅度以便于测试。我们采取了一级高速缓冲电路和一级放大电路，目的是实现积分回路功能有实现信号放大和低阻，从而实现低阻抗传输和测试要求。
[0017]如图1所示，由于微分回路中的R1、的选取是有电缆特性阻抗和CVP探头的特性所确定。要满足微分条件必须有CVP探头所呈现的容抗远大于R1，且Rl = ZO (特性阻抗)。对(^必须考虑CVP探头频响和信号前沿，且满足C ! ((tr/0.7 Ji R1 (tr为被测前沿时间)，本发明中C1的电容值小于IpF,与常规的微分电路中的300pF相比，本发明中的微分电容精度更高，相对应高频分量的微分处理效果更佳；同时必须要考虑分布参数的影响，R2的选取分布电感小、电阻直径小的金属膜电阻，C2也必须选取低电感瓷片电容，焊接引脚要尽量的短，防止人为增加接线处的电感。在线路板的设计上元器件安排尽量紧凑以及线路走线应减小分布参数。电源采用电池供电，配有滤波电容，防止高次谐波的馈入。
[0018]本发明中，积分电容(:2可以采用同轴结构，采用两个金属片对立焊接，金属片之间设置有一端距离，金属片之间的空气做为介质，将金属片之间焊接到电路中，其电容效果更佳。
[0019]考虑到最终信号输出是低阻，以适应低阻电缆50Ω或75Ω的传输，必须对积分电路的高阻负载变换成低阻，选用的高速缓冲器作为阻抗变换主要部件，它具有高阻特性，大于1ΜΩ，低输出阻抗，小于5Ω，完全满足实验要求。在设计上考虑到高速缓冲器输入电流较小，充分考虑电流大小，保证器件不致于损坏。为了保证输出幅度满足测量的信噪比要求，通过放大电路实现输出幅度大于IV，信号不失真的效果。可以根据CVP探头到被测部位间距、面积大小、R2, (:2的选取和阻抗变换器的调整来实现。
[0020]本发明并不局限于前述的【具体实施方式】。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
【主权项】
1.一种CVP探头有源积分法的低阻传输电路，由CVP探头单元、积分单元和阻抗转换单元组成，所述CVP探头单元的输入端输入高压脉冲方波，其特征在于CVP探头单元中的RC微分电路输出端连接到积分单元的输入端，积分单元的输出端连接到阻抗转换单元，所述积分单元为RC积分电路，RC积分电路的积分信号输出回路之间设置为高阻，所述阻抗转换单元的输出回路之间设置为低阻，阻抗转换单元的输出回路直接连接到信号传输线，所述RC微分电路中的电容容值满足C1 ((tr/0.7 R，其中为被测前沿时间、R为特性阻抗。2.根据权利要求1所述的一种CVP探头有源积分法的低阻传输电路，其特征在于所述RC微分电路中的电容容值小于lpF。3.根据权利要求1所述的一种CVP探头有源积分法的低阻传输电路，其特征在于所述微分电路的输出与积分单元的输入直接连接，即微分电路输出的微分信号无传输损耗进入到积分单元。4.根据权利要求1所述的一种CVP探头有源积分法的低阻传输电路，其特征在于所述积分单元中的积分电容为同轴结构，电容上无任何无引线。5.根据权利要求4所述的一种CVP探头有源积分法的低阻传输电路，其特征在于所述积分电容包括两个电极，每个电极采用一块金属片，两块金属片相对设置且保持距离，金属片焊接到积分回路中对应端。6.根据权利要求1所述的一种CVP探头有源积分法的低阻传输电路，其特征在于所述阻抗转换单元从输入到输出依次包括一级高速缓冲电路和一级放大电路。7.根据权利要求6所述的一种CVP探头有源积分法的低阻传输电路，其特征在于所示高速缓冲电路的高阻特性、阻抗大于1ΜΩ，输出阻抗小于5Ω。
【专利摘要】本发明公开了一种CVP探头有源积分法的低阻传输电路，由CVP探头单元、积分单元和阻抗转换单元组成，所述CVP探头单元的输入端输入高压脉冲方波，RC积分电路的积分信号输出回路之间设置为高阻，阻抗转换单元的输出回路之间设置为低阻，阻抗转换单元的输出回路直接连接到信号传输线。本发明在彻底解决了通用积分法所存在的技术问题的情况下，实现CVP探头有源积分法的低阻传输技术，通过将有源积分器直接与CVP探头输出端连接，剔除长电缆对微分信号高频分量的影响，也很好地解决了在测试技术方面无法对积分信号传输（长电缆或光纤）、阻抗匹配、信号分路或叠加等通用测试手段问题。
【IPC分类】H03K3/64, H03F1/32, G01R19/00
【公开号】CN105162439
【申请号】CN201510618796
【发明人】马冰, 季万涛, 赖青贵
【申请人】中国工程物理研究院流体物理研究所
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年9月25日