的高速并行D/A時鐘同步裝置在雙通道信號產(chǎn)生系統(tǒng)的應(yīng)用為例，進行具體說明。應(yīng)用本實施例的雙通道信號產(chǎn)生系統(tǒng)中，利用雷達系統(tǒng)頻率綜合器提供的2GHz時鐘，產(chǎn)生如下基帶信號:單路1、Q帶寬為800MHz，脈沖寬度為8us，脈內(nèi)為線性調(diào)頻(LFM)信號。
[0041]圖2為本實用新型提供的實施例同步裝置的電路圖，圖中主要包括:第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4、第一功分器HH、第二功分器TO2、第三功分器TO3、第四功分器TO4、信號調(diào)理單元GC1、開關(guān)單元S1、放大單元AMP1、電源及控制單元。
[0042]第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4在電路中起到耦合作用，要求在時鐘頻率處具有較好的幅相特性。以實施例中2GHz的時鐘頻率為例，選用100pF的高頻電容可滿足使用要求。
[0043]第一功分器只需滿足信號的功率分配功能，對相位沒有具體要求，這里都選用美國min1-circuits公司的0°功分器GP-2Y+，該器件在3.3GHz以下具有良好的幅相一致性和較好的隔離度，并且體積很小，利于小型化實現(xiàn)。
[0044]信號調(diào)理單元GC主要用以調(diào)節(jié)幅度大小，采用電控衰減器實現(xiàn)，在本實施例中，選用美國Hittite公司的壓控衰減器HMC473ms8g，對信號幅度進行調(diào)節(jié)，該器件為吸收式衰減器，具有較大的衰減范圍和良好的端口特性，且僅需極小的驅(qū)動電流。
[0045]開關(guān)單元S1用以控制時鐘信號的通斷，進而控制D/A單元工作的起始和截止時亥|J，其特性需要穩(wěn)定可靠，可以選用美國M/A-C0M公司的SW-311，或者國內(nèi)的替代型號中國電科集團13所生產(chǎn)的HE-118均可，二者工作頻率均可以到3GHz，且都采用了 GaAS麗1C工藝，在芯片內(nèi)部集成了 TTL驅(qū)動器，控制電平與TTL/CM0S電平兼容，更重要的是都具有極高的開關(guān)速度(ns級)和極低的插入損耗。經(jīng)試驗驗證二者試驗效果沒有差別，最終選用了國內(nèi)產(chǎn)品。
[0046]放大單元AMP1需要把時鐘信號幅度輸出到合適的電平，并在開關(guān)單元導通/截止瞬間飽和工作，提高開關(guān)電路上升沿/下降沿的陡峭度，實施例中選用了美國Hittite公司的HMC478MP86E型HBT單片放大器，該放大器工作頻率可覆蓋4GHz以內(nèi)，單電源工作下(+5V)僅需較小的供電電流(約60mA)和簡單的偏置電路，具有很好的穩(wěn)定性和靈敏度，可以滿足使用要求。
[0047]第二功分器TO2、第三功分器TO3、第四功分器PD4組成了 2X2路功分網(wǎng)絡(luò)，需要把高速單端時鐘信號分成等幅反相的兩組差分信號，即這些信號兩個一組、每組信號相位相差180°，具體選型上，第二功分器PD2選擇Min1-circuits公司的180°功分器JYPS-ED11696，可以實現(xiàn)單端信號到差分信號的轉(zhuǎn)換，第三功分器TO3、第四功分器PD4選用美國min1-circuits公司的0°功分器GP-2Y+，該器件在3.3GHz以下具有良好的幅相一致性和較好的隔離度，并且體積很小，利于電路的小型化實現(xiàn)。
[0048]供電及控制單元用以提供上述各單元電路所需的電源和控制信號，包含放大單元的+5V、開關(guān)單元的-5V、信號調(diào)理單元的3.3V、開關(guān)單元的TTL控制信號和信號調(diào)理單元的控制信號，共五路信號，其中+5V電源、開關(guān)單元的TTL控制信號和信號調(diào)理單元的控制信號由信號產(chǎn)生系統(tǒng)直接提供，這兩個控制信號需與多通道D/A單元的觸發(fā)時刻同步。-5V電源由+5V轉(zhuǎn)換而來，選擇美國TI公司的PTN04050A電源轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)+5V到-5V的高效轉(zhuǎn)換，該電源采用無引線結(jié)構(gòu)，具有很小的體積和很高的可靠性；+3.3V電源也由+5V轉(zhuǎn)換而來，選擇美國0N(安森美)公司的MC78LC33HT1G型三端固定穩(wěn)壓器，實現(xiàn)+5V到+3.3V的轉(zhuǎn)換。
[0049]系統(tǒng)工作過程如下:系統(tǒng)上電后首先把信號調(diào)理單元置于小衰減狀態(tài)，使得電路輸出信號幅度增大，后級放大器飽和工作，待多通道D/A單元正常工作后延遲一段時間(幾個時鐘周期)，信號調(diào)理單元衰減增大，使得電路輸出信號幅度降低，后級放大器線性工作，系統(tǒng)進入穩(wěn)定工作狀態(tài)。系統(tǒng)停止工作前，再次把信號調(diào)理單元置于小衰減狀態(tài)，使得電路輸出信號幅度增大，后級放大器飽和工作，確保系統(tǒng)截止時也保持同步狀態(tài)。圖3為本實用新型提供的高速并行D/A時鐘同步裝置的工作流程圖。
[0050]圖4為2GHz時鐘信號波形圖，其中圖4(a)為2GHz時鐘信號只經(jīng)過射頻開關(guān)后的波形圖，圖4(b)為該信號經(jīng)過本同步裝置后的波形圖，對應(yīng)D/A單元初始工作時刻。由圖4(b)可以看出，經(jīng)過本實用新型的同步裝置后，時鐘上升時間大幅減少，除了第一個周期幅度較小外，第二個周期信號已經(jīng)明顯達到正常值范圍內(nèi)，這樣第一個周期信號在D/A工作頻率幅度的門限值以下，從第二個周期開始，各路數(shù)據(jù)產(chǎn)生系統(tǒng)開始正常工作，同步性得到很好的保證。圖4(c)為2GHz信號經(jīng)過信號調(diào)理單元的調(diào)整后的波形圖，可以看出，時鐘信號幅度在信號調(diào)理單元的作用下其幅度得到調(diào)整而其相位保持連續(xù)，也即時鐘電路的幅度調(diào)整不會影響多通道D/A單元的正常工作。圖4(d)為本同步裝置差分端口的幅度、相位關(guān)系圖，由Agilent E8362B矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測得，由圖可以看出，2GHz信號相位相差178.75°，幅度相差0.02dB,非常接近理想值。
[0051]從實施例可以看出本實用新型的主要特點在于，一是放大單元在射頻開關(guān)通斷瞬間要飽和工作，可以快速放大射頻開關(guān)過渡時間內(nèi)時鐘信號的幅度，提高上升沿/下降沿的陡峭度，使得時鐘信號的幅度在所有D/A —致識別的范圍內(nèi)；第二方面，在信號穩(wěn)定后要把放大器從飽和態(tài)恢復(fù)到正常工作態(tài)，這樣可以提高模擬電路的可靠性，因為非功率型放大器長時間在飽和態(tài)下工作，工作電流會大幅上升，影響放大器的壽命和可靠性，為了使整個電路穩(wěn)定，需要把電路恢復(fù)到正常工作狀態(tài)，此時因為D/A電路已經(jīng)穩(wěn)定工作，調(diào)整時鐘信號幅度對信號產(chǎn)生已經(jīng)沒有影響，圖4(c)正說明了這個調(diào)整過程；第三，本實用新型提供的同步裝置不僅可以實現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)產(chǎn)生單元的同步，還可以完成信號從單端到差分的轉(zhuǎn)換，使得D/A單元的時鐘端口直接接收到較低噪聲電平的差分時鐘信號。
[0052]本實用新型中的2N路功分網(wǎng)絡(luò)，用以把高速時鐘分成等幅2XN路信號，同時完成差分轉(zhuǎn)換功能，即圖2中的第二功分器PD2是180°功分，如果D/A轉(zhuǎn)換時鐘不是差分模式，則不需要180°功分器，只需要0°功分器即可，對應(yīng)到圖2的電路圖上，可以把第二功分器PD2由Min1-circuits公司的180°功分器JYPS-ED11696更換為該公司的0°功分器GP-2Y+0
[0053]以上所述的具體實施例，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種高速并行D/A時鐘同步裝置，包括: 信號調(diào)理單元，用于調(diào)節(jié)所述高速并行D/A時鐘同步裝置的時鐘信號的幅度大小，在開關(guān)單元的控制狀態(tài)為接通之前把所述時鐘信號的幅度提高至相對于放大單元飽和的程度，待狀態(tài)穩(wěn)定后再降低所述時鐘信號的幅度，使所述放大單元工作在線性區(qū)間； 開關(guān)單元，用于控制所述經(jīng)信號調(diào)理單元調(diào)節(jié)的時鐘信號的通斷，進而控制所述高速并行D/A時鐘同步裝置正常工作的起始和截止時刻； 放大單元，用于在所述開關(guān)單元的控制狀態(tài)為接通時把所述經(jīng)信號調(diào)理單元調(diào)節(jié)的時鐘信號輸出到使后續(xù)電路正常工作的電平，并在所述開關(guān)單元導通/截止瞬間飽和工作，提高開關(guān)電路上升沿/下降沿的陡峭度。2.如權(quán)利要求1所述的高速并行D/A時鐘同步裝置，其中所述信號調(diào)理單元由壓控衰減電路構(gòu)成。3.如權(quán)利要求1所述的高速并行D/A時鐘同步裝置，其中所述開關(guān)單元選用美國M/A-COM公司的SW-311或中國電科集團13所生產(chǎn)的HE-118。4.如權(quán)利要求1所述的高速并行D/A時鐘同步裝置，其中所述高速并行D/A時鐘同步裝置還包括兩路功分網(wǎng)絡(luò)，用于在將所述高速并行D/A時鐘同步裝置的時鐘信號輸入到所述信號調(diào)理單元之前，將所述時鐘信號等分成兩路，一路輸入到所述信號調(diào)理單元作為D/A工作時鐘，另一路輸入到FPGA輸入端的時鐘管理芯片，作為所述FPGA的工作時鐘。5.如權(quán)利要求1所述的高速并行D/A時鐘同步裝置，其中所述高速并行D/A時鐘同步裝置還包括2N路功分網(wǎng)絡(luò)，用于把所述放大單元輸出的時鐘信號分成等幅2XN路信號，同時完成單端至差分的轉(zhuǎn)換功能，即這些信號兩個一組、每組信號相位相差180°，滿足后級多通道D/A單元差分時鐘的使用要求。
【專利摘要】一種高速并行D/A時鐘同步裝置，包括信號調(diào)理單元，用于調(diào)節(jié)時鐘信號的幅度大小，在開關(guān)單元接通前把時鐘信號幅度提高至放大單元飽和的程度，待狀態(tài)穩(wěn)定后再降低幅度，使所述放大單元工作在線性區(qū)間，以及開關(guān)單元和放大單元。本實用新型的裝置可以把多通道信號產(chǎn)生系統(tǒng)的同步性只集中在射頻開關(guān)的通斷上，將開關(guān)通斷瞬間的過渡時間大幅壓縮，消除D/A轉(zhuǎn)換起始時刻時鐘抖動帶來的誤差影響，具有良好的穩(wěn)定性和可靠性；另一方面利用射頻電路噪聲小的特性，完成高速時鐘信號從單端到差分的低噪聲轉(zhuǎn)換，可以滿足電路差分信號使用要求。
【IPC分類】G05B19/042
【公開號】CN205015676
【申請?zhí)枴緾N201520564422
【發(fā)明人】郭征, 王巖飛, 李和平, 朱建光, 周以國, 趙風華
【申請人】中國科學院電子學研究所
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年7月30日