窄脉冲信号峰值保持器

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1、第29卷第1期核电子学与探测技术Vo1．29No．12009年1月NuclearElectronics&DetectionTechnologyJan．2009窄脉冲信号峰值保持器胡贤龙，翁东山，冯旗，周世椿(1．中科院上海技术物理研究所，上海200083；2．中科院研究生院，北京100049)摘要：介绍一种窄脉冲信号峰值保持器，采用跨导型放大器，可对窄脉宽(10ns~250ns)、重频(单脉冲到kHz)的脉冲信号进行峰值检测。通过spice模型仿真和实际电路测量，表明该电路具有动态范围大、非线性小等特点。关键词：窄脉冲；峰值检测；跨导型放大器中图分类号：TN202文献标识码：A

2、文章编号：0258—0934(2009)01—0042-04对ns级脉宽的窄脉冲信号，为方便使用常如图1所示。规的A／D器件进行采集和处理，须用高性能的峰值保持器把真实的峰值保持下来，要求峰值保持器有良好的线性和宽的通频带。传统的电压型峰值保持器的线性较差、通频带较小，而采用跨导型放大器，能有效提高电路的通频带，以图1峰值保持电路基本原理响应快速变化的窄脉冲信号。本文采用跨导型对于电压型峰值保持电路，第一级放大器峰值检测器，能对脉宽在ns级的脉冲进行检为电压放大，考虑到信号从输入到反馈有一定测，对20ns脉冲的动态检测范围大于40db，脉的时间，称为回路时问t，所以在到达峰值时

3、，冲重频范围从单脉冲到kHz。在脉宽一定的电容上电压会在这段时间内继续变化，从而条件下，总的误差不超过59／6。结合复位电路、产生过冲，过冲的大小为u]：边沿检测电路和FPGA控制器，能在脉冲到来十l1r时产生信号启动AD，在AD转换结束以后对一lA(V(￡)一())／[c(+Zc)]√电路复位。(1)l电路原理式中和z分别为二极管D和电容C的阻抗，A为运算放大器的开环放大倍数。由于A1．1电压型和跨导型峰值保持器的比较分析通常比较大(约10)，在t的大部分时间里输峰值保持器是利用二极管的单向导电性和出为最大电流，使过冲较大且为非线性。另外电容的存储作用构成的，当脉冲信号到来时

4、，二从频域角度看，二极管D和电容C组成的网络极管D导通，电容器C被充电至脉冲峰值时，D有一个极点，而运算放大器本身也有极点，所以截止，C上保持峰值电压。电路的基本原理图整个电路的通频带较低(一般小于10MHz)[2j。跨导型峰值保持器是利用跨导运算放大器收稿日期：2008-07-03(OTA)代替电压型的一般运算放大器。它将作者简介：胡贤龙(1983一)，男，安徽怀宁人，在读硕电压输入变为电流输出，对该电路有博连读研究生。主要研究方向是电路与系统。42i—g(Vi—Vo)在设计中，我们选择的是聚苯乙烯电容，它在t0+t125。C时的绝缘电阻是5×1OQ，容值为27pf，r—lg

5、(()一Vo(t))／Cdt(2)容差在±。所以fT—g／27cc一≈其中g为跨导放大器的跨导系数，一般较／b(约424．6MHz，满足要求。10)。当达到峰值时，电流已趋于零，所以二极管选用肖特基二极管，肖特基二极管基本无过冲。分析该电路的频率响应：具有正向导通电压小、开关时间特别快、方向恢1厂：——g(Vi-Vo)．复时间短的特性，特别适合高频电路。c∞C1．3实际电路原理图H()一一—L(3)设计的电路原理图如图2，输人信号分成H两路，一路经过峰值保持器后得到峰值信号输电路的转折频率叫—g／c，可见这个电路入至AD，另外一路经过边沿检测电路和比较只有一个极点。另外，跨导型

6、放大器的第一转器，得到脉冲信号的到达时刻，输入至FPGA，折频率容易做到很高，输出阻抗极大(10Q)，由FPGA根据这个信号启动A／D进行转换。其输出电流可近似认为与负载无关。所以整个在转换结束后，FPGA产生复位信号，控制峰值电路的通频带较高，且稳定性好，适于处理快信保持器内部CMOS开关，对保持电容放电复号。位，以准备下次采样。虚线框内的详细电路[4]1．2影响峰值保持器结果的参数分析和器件如图3。选择峰值保持器由OTA、肖特基二极管、保持从上面的分析可以看出，为了能得到ns级电容、复位开关和输出缓冲组成，A1微分电路脉宽的峰值，首先电路的转折频率需要大于脉组成边沿检测电路

7、，在脉冲的上升沿到来时，输冲信号的带宽。设脉冲信号上升时间t，，则信出高电平，下降沿来到时，输出低电平。通过比号的3dB带宽为较器A2和地电平比较，产生脉冲指示信号输入至FPGA。一(4)2性能分析测试取t，-~2ns时，．一159．2MHz。因此，需要选择合适的OTA和保持电容，2．1pspice仿真结果分析以满足一叫／2>厂H，在我们的设计中，跨在capture中通过建立电路的SPICE模型导放大器选择的是TI的OPA615，它的典型跨原理图，可以对电路进行仿真。导人OPA615导g-7