基于CPLD和LVPECL門(mén)電路的脈寬可調窄脈沖信號發(fā)生

超寬帶無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)是目前無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域先進(jìn)的通信技術(shù)之一，它利用極寬頻帶的超窄脈沖進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信，在無(wú)載波脈沖體制雷達中被廣泛應用，多年來(lái)一直被限定為軍用技術(shù)。近年來(lái)，隨著(zhù)電子技術(shù)的飛速發(fā)展，在無(wú)線(xiàn)通信用戶(hù)急增，頻譜資源越來(lái)越稀缺，通信容量越來(lái)越大以及傳輸速率越來(lái)越來(lái)高的形勢下，人們對超寬帶技術(shù)的認識也更加清楚，它逐步轉入民用階段，用于實(shí)現高性能、低成本的無(wú)線(xiàn)通信系統。在20世紀60年代，時(shí)域電磁學(xué)研究工作廣泛開(kāi)展，人們在對微波網(wǎng)絡(luò )由時(shí)域脈沖響應所反映的瞬時(shí)特性的研究過(guò)程中逐漸發(fā)現了超寬帶技術(shù)。1962年，惠普公司開(kāi)發(fā)出取樣示波器，納秒級脈沖的產(chǎn)生方法才得以發(fā)展，當時(shí)普遍采用雪崩晶體管或隧道二極管產(chǎn)生脈寬為納秒級的脈沖信號，提供可供分析用的沖激激勵信號，這使得人們能夠正確地觀(guān)察和測量微波網(wǎng)絡(luò )的沖激響應。能產(chǎn)生幾百毫伏窄脈沖的高速器件有隧道二極管和ECL集成電路，能產(chǎn)生幾十伏到幾百伏的高速器件有雪崩晶體三極管、階越恢復二極管和俘越二極管。但是這些方法設計的窄脈沖發(fā)生器脈寬固定，不能調節脈寬，給應用帶來(lái)不便。為滿(mǎn)足不同應用場(chǎng)合對脈寬的需要，本文設計了基于CPLD和LCPECL的可調窄脈沖發(fā)生器，給實(shí)際應用帶來(lái)了靈活性而且節約了成本。

1 窄脈沖的技術(shù)要求及產(chǎn)生方案

由于超寬帶技術(shù)廣泛應用于雷達系統，因此其應用環(huán)境就決定了窄脈沖的技術(shù)要求。脈沖源性能指標的衡量主要是幅度和脈寬這兩個(gè)指標，一般要求幅度要大，這樣探測距離才遠;脈寬要窄，這樣分辨率才高。因此，窄脈沖產(chǎn)生電路的性能與所使用器件的速度有很大關(guān)系。

目前，產(chǎn)生超寬帶窄脈沖的方法主要有模擬和數字兩種方法。模擬的方法主要是采用高速的階躍二極管、隧道二極管、雪崩三級管或者微帶線(xiàn)合成的方法產(chǎn)生納秒級、皮秒級的窄脈沖。但由于受管子雜散的影響而導致脈沖不夠理想，加上微帶電路不好調試的原因，數字方法應運而生。在數字集成電路中，ECL門(mén)電路是速度最快的一種，其優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)關(guān)速度高、負載能力強、內部噪聲低，缺點(diǎn)是噪聲容限小、功耗大、需負電源以及輸出電平受溫度影響大。由ECL發(fā)展而來(lái)的LVPECL門(mén)電路克服了ECL的缺點(diǎn)，采用低電壓正電源、差分輸入輸出傳輸的特點(diǎn)，使其在產(chǎn)生窄脈沖電路方面具有很大優(yōu)勢。同時(shí)考慮到適應不同應用場(chǎng)合對脈沖發(fā)生器脈寬的要求，脈寬可調是本設計的一大亮點(diǎn)。因此，本文采用CPLD和LCPECL門(mén)電路器件來(lái)設計可調窄脈沖發(fā)生器。

本方案包括LVPECL窄脈沖產(chǎn)生電路和CPLD控制電路兩部分，利用CPLD提供10 MHz的激勵信號和對延時(shí)芯片進(jìn)行寫(xiě)延時(shí)控制字來(lái)產(chǎn)生所需脈寬的窄脈沖信號。系統結構框圖如圖1所示。

2 CPLD+LVPECL 可調窄脈沖的原理及硬件電路設計

2.1 LVPECL 窄脈沖產(chǎn)生電路原理

窄脈沖產(chǎn)生器主要采用LVPECL 延時(shí)芯片和與門(mén)芯片實(shí)現，產(chǎn)生原理框圖如圖2 所示。首先把時(shí)鐘信號分成兩路，其中一路不經(jīng)延時(shí)器直接到達高速比較器，另一路經(jīng)過(guò)延時(shí)器和反相器再進(jìn)入高速比較器，經(jīng)過(guò)高速比較器后的兩路時(shí)鐘信號進(jìn)入LVPECL 與門(mén)， 輸出的窄脈沖波形如圖3 所示。

2.2 LVPECL窄脈沖硬件電路設計

經(jīng)分析比較，LVPECL窄脈沖硬件電路選擇的器件如下：時(shí)鐘分配器起到電平轉換和時(shí)鐘分配的作用，采用Maxim公司的MAX9323;可編程延時(shí)器件采用ON Semiconductor公司的MC100EP195;高速比較器選擇ADI公司的ADCMP567;與門(mén)選擇ON Semiconductor公司的MC100EP05作為亞納秒脈沖產(chǎn)生器。LVPECL窄脈沖硬件電路通過(guò)兩路實(shí)現：一路采用兩片MC100EP195級聯(lián)產(chǎn)生固定延時(shí);另一路采用兩片MC100EP195級聯(lián)產(chǎn)生20 ns范圍內的可編程延時(shí)，即可產(chǎn)生20 ns內脈寬可調的窄脈沖信號。