基于ADS軟件的脈沖電路設計

引言
高速窄脈沖技術是超寬帶雷達中的關鍵技術。傳統(tǒng)的窄脈沖產生電路的核心是高速器件，不同的高速器件構成不同性能的高速脈沖產生電路。對于作用距離較短的兩線制測距雷達來說，高速器件產生的窄脈沖無疑會帶來很大的功耗，這就使兩線制的實現遇到了很大的阻力。
本文介紹一種基于電容微分結構的低功耗脈沖產生電路，脈沖寬度可以做到1.5ns，比以往用簡單模擬器件產生的窄脈沖在脈沖寬度上有很大程度的提高。利用Agilent公司的電子設計自動化軟件ADS對該電路進行了仿真優(yōu)化，并進行了調試。實測結果與仿真結果基本一致，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
無源微分電路結構如圖1所示，它實際上就是一種簡單的RC充放電回路，當電路的時間常數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(即電路的時間常數)，RC越小，尖脈沖波形越窄，反之則寬。此電路的RC必須遠遠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
安捷倫高級設計系統(tǒng)ADS是一套強大的電子設計自動化(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。它把廣泛的經過驗證的射頻、混合信號和電磁設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計仿真方面的應用，讀者可以通過這個實例對更高級的應用進行深入研究。
利用ADS軟件設計電路的流程如圖2所示，它包括了從原理圖到PCB板圖的各級仿真?？梢钥吹剑斎魏我患壏抡娼Y果不理想時，都必須回到原理圖中重新進行優(yōu)化，并進行再次仿真，直到仿真結果滿意為止，這樣可以保證實際電路與仿真電路的一致性。
脈沖電路設計
基于電容微分結構的脈沖產生電路在ADS軟件中的拓撲結構如圖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)并不影響仿真結果。三極管Q1選用Siemens_BFT92W，經過三極管后，周期信號的上升沿變?yōu)橄陆笛亍＿@樣使產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。最終的仿真結果從探測點V_out輸出。
對該電路進行仿真并進行多次優(yōu)化。其中C5和R5的取值對脈沖的幅度和寬度影響較大。當它們取值較大時，則脈沖幅度很高，但相應的脈沖寬度也很寬?？梢?，脈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。
對該電路安裝并進行了調試，利用泰克示波器對各項指標進行了測量。需要指出的是，因為脈沖寬度比較窄，相對應的在頻域中的頻譜就較寬，因此應選用帶寬在1GHz以上的示波器才能準確地進行測量。實際測量的結果如圖5所示。圖中橫坐標每格為1.5ns，縱坐標每格為500mV。所設計的脈沖產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。實測結果與仿真結果基本一致。

參考文獻
1 胡鷹. 微分電路R、C參數分析.四川輕化
工學院學報，1999.1