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          基于ADS軟件的脈沖電路設(shè)計

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          作者:杜起飛 費元春 王婧倩 時間:2007-02-06 來源: 收藏

          引言
          高速窄脈沖技術(shù)是超寬帶雷達(dá)中的關(guān)鍵技術(shù)。傳統(tǒng)的窄脈沖產(chǎn)生電路的核心是高速器件,不同的高速器件構(gòu)成不同性能的高速脈沖產(chǎn)生電路。對于作用距離較短的兩線制測距雷達(dá)來說,高速器件產(chǎn)生的窄脈沖無疑會帶來很大的功耗,這就使兩線制的實現(xiàn)遇到了很大的阻力。
          本文介紹一種基于電容微分結(jié)構(gòu)的低功耗脈沖產(chǎn)生電路,脈沖寬度可以做到1.5ns,比以往用簡單模擬器件產(chǎn)生的窄脈沖在脈沖寬度上有很大程度的提高。利用Agilent公司的電子設(shè)計自動化軟件ADS對該電路進(jìn)行了仿真優(yōu)化,并進(jìn)行了調(diào)試。實測結(jié)果與仿真結(jié)果基本一致,證明ADS軟件在電路建模與仿真方面具有很高的可靠性。

          微分電路
          無源微分電路結(jié)構(gòu)如圖1所示,它實際上就是一種簡單的RC充放電回路,當(dāng)電路的時間常數(shù)RC比較小時,有下式。

          電路完成微分運算。微分電路可把矩形波轉(zhuǎn)換為尖脈沖波,此電路的輸出波形只反映輸入波形的突變部分,即只有輸入波形發(fā)生突變的瞬間才有輸出。而對恒定部分則沒有輸出。輸出的尖脈沖波形的寬度與RC有關(guān)(即電路的時間常數(shù)),RC越小,尖脈沖波形越窄,反之則寬。此電路的RC必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于輸入波形的寬度,否則就失去了波形變換的作用,變?yōu)橐话愕腞C耦合電路了,一般RC少于或等于輸入波形寬度的1/10就可以了。

          ADS軟件介紹
          安捷倫高級設(shè)計系統(tǒng)ADS是一套強大的電子設(shè)計自動化(EDA)軟件,可以模擬整個通信信號通路,完成從電路到系統(tǒng)的各級仿真。它把廣泛的經(jīng)過驗證的射頻、混合信號和電磁設(shè)計工具集成到一個靈活的環(huán)境中。本文只簡單介紹了ADS軟件最基本的電路設(shè)計仿真方面的應(yīng)用,讀者可以通過這個實例對更高級的應(yīng)用進(jìn)行深入研究。
          利用ADS軟件設(shè)計電路的流程如圖2所示,它包括了從原理圖到PCB板圖的各級仿真??梢钥吹?,當(dāng)任何一級仿真結(jié)果不理想時,都必須回到原理圖中重新進(jìn)行優(yōu)化,并進(jìn)行再次仿真,直到仿真結(jié)果滿意為止,這樣可以保證實際電路與仿真電路的一致性。
          脈沖電路設(shè)計
          基于電容微分結(jié)構(gòu)的脈沖產(chǎn)生電路在ADS軟件中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。ADS的器件庫中有非常豐富的器件模型。本電路中激勵源SRC1采用上下延幅度為5V(Vlow=-2.5V,Vhigh=2.5V),頻率為1MHz的方波晶體振蕩器。整形二極管D1、D2、D3選用Agilent_HSMS2820,該二極管封裝為三個管腳,其中一個管腳無效,呈斷開狀態(tài)并不影響仿真結(jié)果。三極管Q1選用Siemens_BFT92W,經(jīng)過三極管后,周期信號的上升沿變?yōu)橄陆笛?。這樣使產(chǎn)生的脈沖信號在時間軸上處在每個周期范圍的中間。Tran1為仿真模塊,該電路仿真模式為TRANSIENT,即瞬態(tài)(時域)仿真。最終的仿真結(jié)果從探測點V_out輸出。
          對該電路進(jìn)行仿真并進(jìn)行多次優(yōu)化。其中C5和R5的取值對脈沖的幅度和寬度影響較大。當(dāng)它們?nèi)≈递^大時,則脈沖幅度很高,但相應(yīng)的脈沖寬度也很寬??梢姡}沖幅度和寬度之間是相互制約的。要在滿足脈沖寬度條件下,取合適的C5和R5值,來獲得最大脈沖幅度。最佳仿真結(jié)果如圖4所示,脈沖周期與激勵源相同,為1MHz,脈沖寬度約為1.5ns,脈沖幅度約為3V。
          對該電路安裝并進(jìn)行了調(diào)試,利用泰克示波器對各項指標(biāo)進(jìn)行了測量。需要指出的是,因為脈沖寬度比較窄,相對應(yīng)的在頻域中的頻譜就較寬,因此應(yīng)選用帶寬在1GHz以上的示波器才能準(zhǔn)確地進(jìn)行測量。實際測量的結(jié)果如圖5所示。圖中橫坐標(biāo)每格為1.5ns,縱坐標(biāo)每格為500mV。所設(shè)計的脈沖產(chǎn)生電路實際脈沖寬度約為1.5ns。由于一些器件的損耗,脈沖幅度有所降低,約為2.5V。實測結(jié)果與仿真結(jié)果基本一致。

          參考文獻(xiàn)
          1 胡鷹. 微分電路R、C參數(shù)分析.四川輕化
          工學(xué)院學(xué)報,1999.1



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