寬帶放大器穩(wěn)定時間的測量

　　實際測量

　　一個可以測量寬帶放大器穩(wěn)定時間的電路具有了經(jīng)典方法的特性，不過還表現(xiàn)出了某些新東西（圖3）。示波器通過一個開關(guān)連接到穩(wěn)定點。通過從輸入脈沖觸發(fā)一個延遲脈沖發(fā)生器，可確定開關(guān)的狀態(tài)。延遲脈沖發(fā)生器的時序安排是，穩(wěn)定接近完成時才閉合開關(guān)。用這種方式，可以從時間和波幅兩個方面采樣進入的波形。示波器上沒有任何后臺動作；因此也不會出現(xiàn)示波器過驅(qū)動的問題。

　　開關(guān)是在放大器的匯總節(jié)點上，用輸入脈沖控制。這個開關(guān)通過一個電壓驅(qū)動電阻，門控進入放大器的電流。這種方案消除了對平頂脈沖發(fā)生器的需求，不過開關(guān)必須足夠快速，并且沒有驅(qū)動效應(yīng)。

　　要更詳細的話，可將延遲脈沖發(fā)生器分離成為一個延遲部分和一個脈沖發(fā)生器，從而可以分別改變它們（圖4）。示波器的輸入端有一部分用于補償穩(wěn)定時間測量路徑的傳播延遲。同樣，其它延遲也補償了采樣門的脈沖發(fā)生器傳播延遲。這個延遲產(chǎn)生了一個脈沖的相位提前版，它觸發(fā)待測放大器去驅(qū)動采樣門的脈沖發(fā)生器。這種方案做到了采樣門與脈沖發(fā)生器傳播延遲的無關(guān)性，從而改進了最小可測安全時間。

　　圖4電路最突出的新東西是二極管橋開關(guān)以及乘法器IC。二極管橋與匹配的低電容肖特基二極管與高速驅(qū)動相結(jié)合，得到明確的開關(guān)動作。這個橋快速地切換進入放大器匯總點的電流，穩(wěn)定時間在1 ns內(nèi)。對地箝位的二極管可防止過高的橋驅(qū)動擺幅，保證沒有不理想的輸入脈沖特性。

　　對采樣門乘法器IC有嚴格的要求。它必須有準確的通帶信號路徑信息，而不會帶入特殊的成分，尤其是對那些源于提供采樣門脈沖的開關(guān)指令通道。FET或采樣二極管橋可能是采樣的常見選擇。但FET有寄生的柵極-通道間電容，會在信號路徑中產(chǎn)生較大的柵極驅(qū)動饋通。在幾乎所有FET中，這種饋通多數(shù)時候都大于觀測的信號，會帶來示波器過載，掩蓋了開關(guān)的作用。二極管橋好一些；消除它的小寄生電容較簡單，并且其對稱的差分結(jié)構(gòu)可獲得低的饋通。但是，橋需要作DC和AC修整，還要復(fù)雜的驅(qū)動與支持電路。

　　為避免這些問題，采樣門乘法器IC用作一個有低饋通的寬帶高分辨率開關(guān)。這種方案最大的優(yōu)點就是可以將開關(guān)控制通道保持在帶內(nèi)。轉(zhuǎn)換速率保持在乘法器IC的250MHz通帶內(nèi)門開關(guān)。乘法器寬的帶寬意味著總能控制開關(guān)指令的轉(zhuǎn)換，不存在帶外的響應(yīng)，這大大減少了饋通和寄生效應(yīng)。

　　穩(wěn)定時間的電路

　　你可以通過一個反相器A的延遲網(wǎng)絡(luò)與一個由類似反相器C構(gòu)成的驅(qū)動級，用輸入脈沖切換輸入橋（圖5）。延遲補償了采樣門控脈沖發(fā)生器的延遲響應(yīng)。這一步確保了在放大器待測轉(zhuǎn)換時間結(jié)束后，立即出現(xiàn)采樣門的脈沖。延遲范圍的選擇使采樣門脈沖可以出現(xiàn)在放大器轉(zhuǎn)換前。這種性能在正常工作時是沒有用的，雖然它可以保證你總能捕捉到穩(wěn)定間隔。

　　C反相器構(gòu)成了一個非反相驅(qū)動級，用于二極管橋的切換。通過各種調(diào)整，可以優(yōu)化驅(qū)動器的輸出脈沖形態(tài)（見附文2“穩(wěn)定時間電路的修正過程”）。這種方案為二極管橋提供了一個干凈而快速的脈沖。高保真的脈沖不會有無阻尼的成分。它能防止產(chǎn)生輻射和破壞性的地電流，避免降低測量噪聲背景的等級。驅(qū)動器還激活B反相器，它為示波器提供一個時間相關(guān)的輸入級。

　驅(qū)動器的輸出脈沖通過1N5712二極管箝位的正向壓降，以不到1ns的時間轉(zhuǎn)換。這個轉(zhuǎn)換使二極管橋產(chǎn)生了一個幾乎瞬時的切換。干凈的穩(wěn)定電流進入放大器待測匯總點，產(chǎn)生了一個成比例的放大器輸出動作。用一只拉至-5V的1kΩ電阻，為放大器的匯總點建立一個負偏流。該電流與輸入電流級相結(jié)合，產(chǎn)生一個-2.5V?+2.5V的放大器輸出轉(zhuǎn)換。這個放大器輸出再送至一個偏置在5V的分壓器。調(diào)整電位器至一個標稱500Ω值，使得當待測放大器轉(zhuǎn)換到-2.5V時，由兩只肖特基二極管箝位的結(jié)點電壓轉(zhuǎn)換為0V。緩沖放大器卸載這個箝位穩(wěn)定結(jié)點，為AD835乘法器IC提供穩(wěn)定時間信號。

　　進入乘法器IC的其它信號路徑使用一只20kΩ的電位器，設(shè)定輸入脈沖的延遲時間。這個電位器饋送至三個比較器，用一只2kΩ電位器設(shè)定延遲脈沖寬度。這一步設(shè)定了采樣門的導(dǎo)通時間。Q1級使采樣門的脈沖成為一個干凈而快速的上升時間。這種技術(shù)為采樣門的乘法器IC提供了純凈、已校正幅度的on/off切換指令。適當?shù)牟蓸娱T脈沖延遲設(shè)置意味著示波器在穩(wěn)定時間徹底結(jié)束前，不會看到任何輸入，從而消除了示波器過驅(qū)問題。通過調(diào)整采樣窗口的脈沖寬度，可以觀測到所有剩余的穩(wěn)定動作。這種方式下，示波器的輸出是可靠的，可以獲得有意義的數(shù)據(jù)。

　性能結(jié)果

　　電路的工作性能很好（圖6）。軌跡A是時間校正后的輸入脈沖，軌跡B是放大器的輸出，而軌跡C是采樣門的脈沖，軌跡D是穩(wěn)定時間的輸出。在說明波形的位置時，要注意軌跡B相對于時間校正后的軌跡A有時滯。這種時滯說明了軌跡B在軌跡A前的虛假動作。當采樣門的脈沖升高時，采樣門作整齊的切換。您可以方便地觀測到放大器擺動的最后20 mV。另外還可以看到整個振鈴時間，以及放大器很好地穩(wěn)定到一個最終值。

　　當采樣門的脈沖變低時，采樣門只需要2 mV的饋通就可關(guān)閉。任何時候都不會出現(xiàn)其它動作，永遠不會使示波器過載。