Использование контроллера импульсного источника питания для генерации «быстрых» импульсов

Журнал РАДИОЛОЦМАН, январь 2015

Mitchell Lee

EDN

Аппроксимирующий ступенчатую функцию источник импульсов с быстро нарастающими фронтами может помочь вам во множестве полезных лабораторных измерений, включая, скажем, определение характеристик коаксиальных кабелей и локализацию повреждений методами импульсной рефлектометрии. Например, для оценки времени нарастания импульса в отрезке кабеля RG-58/U длиной от 3 до 6 м требуется скорость нарастания фронта от 1 до 2 нс. Генератор импульсов HP8012B компании Agilent – «рабочая лошадка», которая находит применение во многих лабораториях – может выдавать импульсы с временем нарастания от 5 нс, которые подходят для многих целей, но не для исследования характеристик кабелей.

В качестве альтернативы предлагается использовать некоторые ИМС DC/DC преобразователей, которые могут выдавать импульсы управления затвором выходного MOSFET с временем нарастания и спада менее 2 нс, что делает их идеальными кандидатами для работы в качестве лабораторных генераторов импульсов. В несложной схеме (Рисунок 1) используется ИМС LTC3803 Linear Technology – обратноходовой контроллер с постоянной частотой преобразования. Микросхема имеет встроенный тактовый генератор 200 кГц. Установкой определенного уровня напряжения на ее выводе SENSE можно заставить контроллер работать при минимальной скважности, что позволит генерировать выходные импульсы длительностью 300 нс.

Рисунок 1.	Контроллер импульсного источника питания IC1 на нагрузке 50 Ом формирует импульсы с временем нарастания и спада 1.5 нс.

Выход ИМС LTC3803 может отдавать ток более 180 мА в нагрузку 50 Ом, поэтому между выводами питания и земли (выводы 5 и 2) как можно ближе к ИМС необходимо установить шунтирующий конденсатор с малой собственной индуктивностью. Элементы развязки – керамический конденсатор 10 мкФ (C₁) и резистор 200 Ом (R₁) – сведут к минимуму неравномерность вершины импульса без уменьшения его амплитуды. Непосредственно на выходе схемы на нагрузке 50 Ом формируется импульс амплитудой до 9 В. Для приложений, требующих максимальной точности импульсов, используйте согласующий резистор R_BACKTERM, который позволит подавить сигналы тройного прохождения, поглотить отражения от кабеля и минимизировать влияние рассогласования в нагрузке на конце кабеля. Согласование также полезно при работе на пассивные фильтры, рассчитанные с учетом выходного сопротивления генератора. Выходное сопротивление LTC3803 составляет примерно 1.5 Ом, что оказывает влияние на выбор согласующего резистора R_BACKTERM. Использование согласующего резистора дает положительный эффект при нагрузке с импедансом, по меньшей мере, до 2 кОм. При более высоких значениях паразитные импедансы, связанные с согласующим резистором и микросхемой, приведут к сужению полосы пропускания и ухудшению параметров импульса.

В 50-омной системе с согласующим резистором схема генерирует симметричный выходной импульс амплитудой 4.5 В с длительностью переднего и заднего фронтов 1.5 нс, искажениями вершины импульса менее 10% и спадом амплитуды не более 5%. При работе генератора на нагрузку 50 Ом снижения скорости нарастания и спада выходных импульсов не происходит. Для лучшей передачи импульсов при разводке платы соединяйте выход микросхемы с согласующим резистором и разъемом J₁ посредством микрополосковой линии. При использовании платы из двухстороннего стеклотекстолита толщиной 1.6 мм необходимое волновое сопротивление 50 Ом будет иметь проводник шириной 2.54 мм.