几种取样门电路.doc

几种取样积分电路的分析比较 取样积分电路包括取样和积分两个步骤，且将取样积分方法有很多种类。根据取样点的不同将取样积分方法分为单点式取样积分和多点式取样积分，单点式取样积分是指在每个周期内固定取样，且仅仅为一个取样点。采用此方法对信号进行取样积分时，需要经过太多的周期才能得到测量结果，这将大大降低了取样积分的效率。当被测信号为低频率微弱信号时，采样过程中要采样更多的点，即更多个周期，而过长的测量时间会因电容漏电因素而导致对生命信号的测量不准确。多点取样积分方式是指在每个周期内固定取样，但每次取样为多个取样点，这就大大提高了取样的效率。每个周期取样点数的多少都是由输入信号的频率和要求恢复信号的精度决定的，但要求积分器的多少与取样的点数相同。 取样积分电路根据取样门的不同分为对称平衡取样积分电路（李葵芳，李太全.“平衡取样积分电路分析与应用”）、双管取样积分电路（Parssinen A，Magoon R， Stephen I L.A2GHz Sub-harmonic Sampler For signal Down-conversion）和桥式取样积分电路(Yu-xiao Chen et.”Design and Simulation of 100ps Transient Sampling Gate Based on High Speed Schottky Diode”)等。各种取样门电路各有其优缺点，平衡取样积分电路是由两个采用共阴极集成的高速开关二极管接成对称结构，且两个门电路共用一个取样脉冲，后面的积分电路采用共模抑制比较高的差分放大器、电容和电阻构成线性积分电路;双管取样门电路是由两个快速二极管和电阻组成一个桥路，其中二极管一般都处于截止状态，由两个极性相反的取样脉冲对其二极管进行控制，后面的积分电路采用线性积分电路，其良好的对称性帮助其电路更好的实现取样积分;桥式取样积分电路是由四个二极管构成一个桥路，由幅度相等、极性相反的取样脉冲控制其桥式二极管的开关，后面积分电路采用最简单电容和电阻构成。综上所述，三个取样积分电路各有其特点:平衡取样积分电路是由一个取样脉冲对其电路进行控制，电路简单易设计，但其对取样脉冲宽度的要求很高;双管取样门电路则是由两个极向相反的取样脉冲对电路进行控制，且对电路的对称性要求极高。同平衡取样积分电路一样，其对取样脉冲宽度的要求极高，要求其取样门导通时间要小于被取样信号最高频率倒数的0.443倍;桥式二极管取样积分电路同双管取样门电路相同，双端取样脉冲进行控制，但其后面由电容构成的跟踪保持电路将大大放宽了对取样脉冲宽度的要求。 由于受 A/D 数据处理速度的限制 ,实时采样只适用于频率相对较低的信号,例如小于500MHz ;对于微波信号 ,如果信号具有可重复性 ,则可利用等效采样方法实现低成本地接收 ,即在每个重复周期内进行适量次数(一般为一次) 的采样 ,然后综合所有采样 ,合成完整的输入信号。基于等效采样原理的超宽带接收机需包含取样门电路 ,常见的取样门通常由肖特基二极管组成双管对称结构或四管桥式结构。下面对几种典型取样电路分别进行分析，以试图为自己的UWB系统选择一种较为合适的取样门电路。 （1）双管取样门电路 双管取样门电路的电路结构如下图所示，取样门电路由肖特基采样二极管D1和D2 、保持电容C1和C2以及保持电阻R1和R2组成。当一对极性相反幅度相同的取样窄脉冲信号pulse +与pulse - 通过电容C1和C2耦合至肖特基二极管时 ,二极管同时导通 ,取样门迅速打开 ,微波信号对保持电容C1和C2充电。极短的取样脉冲结束后,肖特基二极管迅速截止,存储于电容C1 和C2 上的电荷通过电阻R3和R4放电,将电容C1和C2上集聚的电荷转移至C3上,对微波信号进行取样积分,使C3两端电压与微波输入信号电压成一定比例,并反映了微波信号电压的大小和变化。图2中的pulse +与pulse - 为对称取样脉冲,由脉冲信号源经过微带魔T结构得到。 在理论上 ,通过分析肖特基二极管的开关特性,可以计算得到接收机的取样带宽 ,取样门电路中肖特基二极管的等效电路如下图所示,其中C j和R d分别为二极管的结电容和结电阻 , R s 表示二极管的串联电阻,L p和C p分别为二极管的引线电感和引线电容。 按照一般高速肖特基二极管的参数，假设仿真参数选为: R d =14Ω, R s = 6Ω, C j = 0. 2 p F。定义有效取样时间 ,其中tr为射频信号给肖特基二极管充电的上升时间, ta为取样缝隙时间。由于tr很小可以忽略不计, Ts ≈ta ,系统中ta大约为70ps。增益转换曲线可以表示为 式中, Ch 和Rh分别为接收机取样电路中的保持电容和保持电阻。将相关参数代入,可计算得到本文设计的接收