具有方波輸出的快速倍頻器

為了擴展工作頻率范圍，我需要從一個非?？焖俚膯斡|發(fā)電路開始。由于無法購買合適的設(shè)備，我設(shè)計了一個類似于無處不在的 555 計時器的設(shè)備，但具有更快的組件?？焖佼惢蜷T、快速比較器、快速觸發(fā)器和快速放電晶體管是性的主要組件。該性電路的工作頻率高達 50 MHz（甚至可能更高）。

因此，我開始思考和研究擴展近發(fā)布的方波倍頻器電路的頻率范圍的可能方法。
為了擴展工作頻率范圍，我需要從一個非?？焖俚膯斡|發(fā)電路開始。由于無法購買合適的設(shè)備，我設(shè)計了一個類似于無處不在的 555 計時器的設(shè)備，但具有更快的組件?？焖佼惢蜷T、快速比較器、快速觸發(fā)器和快速放電晶體管是性的主要組件。該性電路的工作頻率高達 50 MHz（甚至可能更高）。
我使用的比較器是德州儀器 (TI) 的 TLV3501，以軌到軌（輸入和輸出）運行，驅(qū)動 17 pF 時的典型傳播延遲為 4.5 ns（值 6.4 ns）。
它是我的電路中使用的昂貴的組件（每 1000 個數(shù)量為 1.62 美元），但它速度快、價格合理且容易獲得。其他組件價格便宜、速度快且廣泛應(yīng)用于電子行業(yè)。（MMBT2369 是 2N2369 的表面貼裝版本，其歷史可以追溯到 20 世紀 60 年代初期，但速度相當(dāng)快且價格便宜。）
當(dāng)驅(qū)動幾皮法電容時，74LVC1Gxx 部件的傳播延遲時間約為 1 ns，并且它們可以在 5 V 電源電壓下運行（這是我的偏好）。我使用了 TLV9052 雙運算放大器，它具有無限的輸入阻抗（好吧，幾乎），并且可以軌到軌、輸入和輸出運行。74LVC1G86 XOR 門很方便，因為它可以用作反相器或緩沖器，我使用了其中的幾個。
電路工作的簡單描述：負反饋強制超快單觸發(fā)產(chǎn)生 50% 占空比方波輸出。為了方便測試，我在輸入端添加了一個 50 歐姆終端和一個緩沖器/方波器，在輸出端添加了一個 50 歐姆驅(qū)動器。
詳細描述（圖 1）： 50% 占空比方波是異或門 U3（通過 U7）的輸入，導(dǎo)致 U5 的 2 ns 脈沖輸出應(yīng)用于翻轉(zhuǎn)的 /S 輸入-翻牌，U2。觸發(fā)器的 /Q 輸出變低并關(guān)閉放電晶體管 Q3，從而允許定時電容器 C4 開始充電。Q3 的輸出是一個斜坡電壓，通過 R1 施加到比較器 U1 的反相輸入端。當(dāng)電壓斜坡達到 R4 和 R5 設(shè)置的參考電壓時，比較器的輸出變低。這會重置觸發(fā)器，導(dǎo)致放電晶體管導(dǎo)通并對定時電容器 C4 放電，然后重復(fù)該循環(huán)。

圖 1超快單觸發(fā)電路通過負反饋強制產(chǎn)生 50% 占空比方波輸出。

C4 的充電電流由 Q1 和相關(guān)組件提供。充電電流由運放 U6A 的負反饋控制，這迫使單觸發(fā)產(chǎn)生占空比為 50% 的方波，該方波經(jīng)過低通濾波后，會產(chǎn)生正好 2.5 V 的直流電壓（如果電源電壓正好是5V）。R18 和 R19 的容差將決定該電壓的程度。
U6B 及其相關(guān)組件提供的參考電壓通過精密（或匹配）電阻器 R18 和 R19 設(shè)置為 2.5 V。該基準將跟蹤 +5 V 電源，以便在電源電壓發(fā)生變化時，電路的 50% 占空比方波輸出保持在 50%。（觸發(fā)器的輕負載輸出也會跟蹤電源電壓的變化。）
模擬、實施、測試和結(jié)果
我使用LTspice來設(shè)計和仿真電路。然后我使用 Express PCB 的工具設(shè)計并布局了雙面電路板，底部有接地層。我使用 AppCad（可在網(wǎng)絡(luò)上獲?。﹣砟M關(guān)鍵跡線上的信號過沖/下沖。我將電阻器與一些較長的走線串聯(lián)插入，以獲得快速信號，以減少過沖/下沖。除了 Q1、Q2、輸入和輸出 SMA 連接器以及連接器 P1 和 P3 之外，我對所有組件都使用了表面貼裝器件。（未使用 P2。）標記為 T1 到 T12 的點是測試點（PCB 上的鍍通孔）。加載后的電路板如圖2所示。

圖2已加載的雙面電路板，底部有接地層，標記為T1 至T12 的點為測試點。

當(dāng)我用其他值的 C4 進行測試時，C4 的 10 pF 電容器留在電路中。其他值焊接在 PCB 上，但連接到安裝在 PCB 上的 0.100 英寸中心連接器，因此我可以使用滑動短路片單獨選擇它們。這就是為什么 C4 的所有其他值都有一個額外的 10 pF 用于頻率范圍測試。
LTspice 和 AppCad 仿真很好地預(yù)測了電路性能。表 1顯示了性能范圍與 C4 的幾個值的關(guān)系。

表1不同C4值的性能范圍。

該電路將倍頻器的工作頻率范圍擴展至36 MHz，是原電路頻率上限的10倍以上。