專利名稱：利用非線性傳輸線的脈沖生成器的制作方法
利用非線性傳輸線的脈沖生成器相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本發(fā)明基于并主張2007年2月26日遞交的在先日本專利申請(qǐng)NO. 2007-045925的優(yōu)先權(quán)，該日本專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用結(jié)合于此。技術(shù)領(lǐng)域在此描述的技術(shù)涉及生成極窄脈沖的脈沖生成器，并且更具體地涉及 利用連接二極管的非線性傳輸線的脈沖生成器。
背景技術(shù)：
從脈沖生成器中輸出的脈沖包括在從直流到高頻的較廣范圍內(nèi)的頻率 分量，因此，脈沖生成器被廣泛用于寬帶無(wú)線電通信系統(tǒng)或者生成示波器 的采樣脈沖的測(cè)量系統(tǒng)。圖1是示出在寬帶無(wú)線電通信系統(tǒng)中的脈沖生成器的示例的示圖。如 圖1所示，由脈沖生成器12生成的脈沖對(duì)基帶信號(hào)生成器11生成的基帶 (震蕩)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，并且之后由帶通濾波器13對(duì)其進(jìn)行濾波，在傳 輸放大器14中對(duì)其進(jìn)行放大并且經(jīng)由發(fā)射/接收切換開關(guān)15將其從天線 16發(fā)射。另一方面，由發(fā)射天線16接收的無(wú)線電波經(jīng)由發(fā)射/接收切換開 關(guān)15被傳輸?shù)浇邮辗糯笃鞑⑶以谀抢锉环糯?，然后，由帶通濾波器18對(duì) 其進(jìn)行濾波，在檢測(cè)器19中進(jìn)行檢測(cè)，并且在基帶信號(hào)再生器20中進(jìn)行 再生。如圖示意性示出的，在從天線16發(fā)射的信號(hào)中，具有脈沖的部分對(duì) 應(yīng)于數(shù)據(jù)值"1"并且不具有脈沖的部分對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)值"0"。為了增大可 以傳輸?shù)男畔⒘浚枰沟糜糜跀?shù)據(jù)的時(shí)間(數(shù)據(jù)寬度)變短從而使脈沖 變窄。在脈沖生成器之中，由于通過(guò)傳輸線的非線性來(lái)縮減脈寬的影響，使得利用非線性傳輸線的脈沖生成器能夠生成極窄脈沖，該極窄脈沖的半值寬度(half value width)為幾個(gè)皮秒?？梢詫⒚}沖生成器應(yīng)用于下一代寬 帶無(wú)線電通信系統(tǒng)或者測(cè)量系統(tǒng)。例如在如下的文獻(xiàn)中描述了使用非線性傳輸線的脈沖生成器， "Generation of 3.5-ps fall-time shock waves on a monolithic GaAs nonlinear transmission line" ， Madden, C. J.; Rodwell， M. J. W.; Marslanad， R. A.; Bloom, D. M.; Pao， Y. C.， IEEE Electron Device Letters vol. 9， no. 6 Pages: 303-305 1988。圖2A和2B是示出在上述文獻(xiàn)中描述的使用非線性傳輸線的脈沖生成 器的示圖圖2A示出其配置；并且圖2B示出該脈沖生成器的特性(輸入 信號(hào)和輸出信號(hào))。如圖2A所示，使用傳統(tǒng)非線性傳輸線的脈沖生成器 具有生成脈沖信號(hào)的脈沖生成源21、非線性傳輸線22、終端電阻器23和 輸入電阻器24，在所述非線性傳輸線22中，諸如具有單位線單元(unit line unit) Pl和二極管Dl的傳輸線單元、具有P2和D2的傳輸線單元、 具有P3和D3的傳輸線單元等之類的多個(gè)傳輸線單元被串聯(lián)連接。如圖 2B所示，當(dāng)來(lái)自脈沖生成源21的脈沖被輸入到線的傳輸端時(shí)，在通過(guò)線 傳播脈沖信號(hào)的過(guò)程中，由于二極管的非線性效應(yīng)使得信號(hào)的下降逐漸變 陡。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種脈沖生成器，包括非線性傳輸 線，其中多個(gè)具有單位線單元和二極管的傳輸線單元被串聯(lián)連接；連接到 非線性傳輸線的傳輸端的脈沖生成器；以及連接到非線性傳輸線的接收端 的偏壓相關(guān)(bias-dependent)元件，其中傳輸線單元中的二極管的陽(yáng)極連 接到傳輸線而陰極接地，并且其中偏壓相關(guān)元件的一端連接到傳輸線的接 收端而另一端被偏置到負(fù)電勢(shì)。


通過(guò)結(jié)合附圖的以下描述，將更清楚地理解所述特征和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1是對(duì)在脈沖生成器中生成的脈沖的使用示例進(jìn)行說(shuō)明的示圖。 圖2A和2B是示出利用傳統(tǒng)非線性傳輸線的脈沖生成器的配置和電路 特性的示圖。圖3A和圖3B是解釋在傳統(tǒng)示例中尾部變緩的原因的示圖。圖4A到圖4C是對(duì)實(shí)施例中的脈沖生成器的原理進(jìn)行說(shuō)明的示圖。圖5是示出實(shí)施例中的脈沖生成器的配置的示圖。圖6是示出在實(shí)施例的脈沖生成器中所使用的放大器的配置的示圖。圖7是示出實(shí)施例中的脈沖生成器的輸出信號(hào)特性(電路特性)的示圖。圖8是示出實(shí)施例中的脈沖生成器的修改示例的配置的示圖。圖9是示出實(shí)施例中的脈沖生成器的輸出信號(hào)特性(電路特性)的示圖。
具體實(shí)施方式
在對(duì)實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明之前，將參考圖3A和圖3B來(lái)解釋在利用傳統(tǒng)非 線性傳輸線的脈沖生成器中上升尾部(tail)變緩的原因。如圖3A所示， 假設(shè)從0.8 V降至0 V然后回升到0.8V的脈沖被輸入。如圖3B所示，在 構(gòu)成非線性傳輸線的二極管D的端子之間的電容依賴于二極管兩端的端子 之間的電壓，也就是說(shuō)，端子之間的電容隨著從V^到V^勺端子之間的電 壓V增大。因此，當(dāng)端子之間的電壓為V，或者更高時(shí)，端子之間的電壓 快速增大。對(duì)于通過(guò)非線性傳輸線傳播的信號(hào)而言，因此當(dāng)電壓電平為V，或者更低時(shí)二極管電容較小，并且當(dāng)電壓電平為VoN或者更高時(shí)二極管電容快速增大。在此，用(LC) —1/2 (L:線電感，C:線電容)來(lái)表示 二極管電容的傳播速度。因此，當(dāng)信號(hào)電平為VoN或者更低時(shí)，二極管的 電容較小，傳播速度增大，并且信號(hào)快速改變。與之相反，當(dāng)信號(hào)電平為 V，或者更高時(shí)，二極管的電容快速增大，傳播速度降低，并且信號(hào)的改 變變得緩慢。因此，尾部出現(xiàn)。與此相對(duì)的，如圖4A所示，偏壓相關(guān)元件31被連接到非線性傳輸線 22的接收端。偏壓相關(guān)元件31的一個(gè)端子連接到傳輸線的接收端，另一個(gè)端子被偏置到處于預(yù)定電勢(shì)的電源。如圖4B所示，偏壓相關(guān)元件31的電抗具有如下的特性其在端子之 間的電壓小于預(yù)定值Vc時(shí)具有較大值，并且在端子之間的電壓大于預(yù)定 值Vc時(shí)具有較小值。因此，當(dāng)電平較低時(shí)，到達(dá)接收端的信號(hào)被輸入處于斷路狀態(tài)(open state)的電路，而當(dāng)電平較高時(shí)，所述信號(hào)被輸入處于 短路狀態(tài)的電路。如圖4C所示，當(dāng)具有尾部的信號(hào)從非線性傳輸線到達(dá) 偏壓相關(guān)元件31的部分時(shí)，振幅較大的接近脈沖峰值的部分變?yōu)閿嗦罚?因此發(fā)生同相全反射，并且在最大值處接收端的入射波和反射波的總電勢(shì) 翻倍。與之相反，出現(xiàn)尾部并且振幅較小的部分被短路，因此發(fā)生反相全 反射。因此，入射波和反射波彼此抵消以形成總電勢(shì)并且尾部變小。作為 尾部縮減的結(jié)果，脈沖振幅也會(huì)增大。圖5是示出本實(shí)施例中的脈沖生成器的配置的示圖。 如圖示意性示出的，本實(shí)施例中的脈沖生成器具有脈沖生成源21、非 線性傳輸線22、輸入電阻器24、偏壓相關(guān)元件31和放大器32，在所述非 線性傳輸線22中，諸如具有單位線單元Pl和二極管Dl的傳輸線單元、 具有P2和D2的傳輸線單元等之類的多個(gè)傳輸線單元被串聯(lián)連接。通過(guò)使用在InP基片上形成的共面線(線寬20//m，間隔15々m) Pl、 P2…和具有在InP基片上形成的高電子遷移率晶體管(HEMT)的柵 極肖特基二極管D1、 D2…來(lái)實(shí)現(xiàn)非線性傳輸線22。傳輸線P1、 P2…的長(zhǎng) 度分別是48//m，并且二極管Dl、 D2…的柵極寬度分別是20々m。傳輸 線Pl、 P2…的阻抗Zo是50Q。如圖示意性示出的，二極管Dl、 D2…的 一端(陽(yáng)極)連接到傳輸線并且另一端(陰極)接地。在傳輸端處，設(shè)置 50Q的輸入電阻器24，并且經(jīng)由輸入電阻器24從脈沖生成源21輸入如圖 所示的脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)從0V降至一0.8V然后回升到0V。偏壓相關(guān) 元件31具有這樣的電路配置，其中將具有0.48^m的柵極長(zhǎng)度和5//w的 柵極寬度的兩個(gè)二極管Dll和D12陰極彼此相對(duì)地連接，此外將0.3 nH 的電感L并聯(lián)連接到其兩端。偏壓相關(guān)元件31的一端連接到非線性傳輸 線22的接收端，并且另一端被偏置到一0.1V。當(dāng)兩個(gè)二極管彼此相對(duì) 時(shí)，當(dāng)偏壓較低時(shí)電容值較大并且當(dāng)偏壓較高時(shí)電容值較小，因此可以得到類似于在圖4B中示出的特性的特性。因此，通過(guò)如上所述的舉措減小 了尾部長(zhǎng)度。為了得到更大的脈沖振幅，使用作偏壓相關(guān)元件31的二極管Dl和 D12的電抗具有比非線性傳輸線22的特性阻抗更大的值。在考慮到在脈沖 快速改變的接近峰值部分與脈沖緩慢改變的尾部部分之間所包含的頻率分 量不同這一事實(shí)的前提下配置電感L。脈沖在尾部部分改變緩慢，因此電 感實(shí)質(zhì)上被短路，并且在脈沖峰值部分快速改變，因此電感實(shí)質(zhì)上被斷 路。通過(guò)這種方式，電感L還用于減小尾部長(zhǎng)度。如以上所說(shuō)明的，彼此 相對(duì)地連接的二極管Dll和D12以及電感L增大了縮減尾部長(zhǎng)度和增大 脈沖振幅的效果。圖6是示出放大器32的電路配置的示圖。如圖示意性示出的，放大 器32由源極跟隨電路組成，其中具有0.13//m的柵極長(zhǎng)度和20々m的柵極 寬度的兩個(gè)InPHEMT被串聯(lián)連接。該放大器的輸入阻抗為5ZcQ。圖7示出當(dāng)將脈寬為10 ps并且振幅為0.8 V (從OV到一0.8V)的脈 沖應(yīng)用于圖5中的實(shí)施例的脈沖生成器時(shí)的輸出信號(hào)波形。此外，圖7還 示出用作參考的當(dāng)將相同脈沖應(yīng)用于在圖2中的傳統(tǒng)電路的接收端處添加 了放大器的配置時(shí)的輸出信號(hào)波形。在任一示例中，放大器的輸入阻抗是 5AQ。在偏壓相關(guān)元件31和放大器32之間的導(dǎo)線長(zhǎng)度是50/節(jié)。如果偏 壓相關(guān)元件31和放大器32彼此不足夠接近，那么將不能夠得到由偏壓相 關(guān)元件引起的效果，因?yàn)樾盘?hào)相位在其間改變。因此，期望配置偏壓相關(guān) 元件31和放大器32使得其間距離最短。從上述觀點(diǎn)出發(fā)，在本實(shí)施例中 的50;/m的距離是足夠短的距離，并且可以得到由偏壓相關(guān)元件31引起的 效果。如果在InP基片上集成非線性傳輸線22、偏壓相關(guān)元件31和源極 跟隨放大器32，那么將偏壓相關(guān)元件31和放大器32配置為彼此接近至大 約50pm是可以實(shí)現(xiàn)的。如圖7所示，雖然因較大尾部導(dǎo)致在傳統(tǒng)電路中半值寬度為4.5 ps并 且距峰值的脈寬為0.8 V，但是在本實(shí)施例的電路中，其得到了相當(dāng)可觀 地改善，例如半值寬度為1.7ps并且距峰值的脈寬為1.4V。換言之，脈沖 的半值寬度被減小到38%并且脈沖幅度增大到傳統(tǒng)脈沖幅度的175%。此外，如圖7所示，脈沖的電壓值在降低到峰值之后上升，然而，在回升到 0 V的過(guò)程期間出現(xiàn)了較小峰值。當(dāng)被用作脈沖信號(hào)時(shí)，有效脈沖底(pulse base)是直到出現(xiàn)峰值為止的寬度，因此，此部分被假設(shè)為底并且 距峰值的電勢(shì)差被假設(shè)為脈沖振幅，并且因此由其值是從底到峰值的一半 的部分來(lái)定義半值寬度。圖8是示出圖5的實(shí)施例中的脈沖生成器的修改示例的配置的示圖。 圖8中的修改示例是這樣的示例，其中放大器32被去除并且50 D的終端 電阻器34被串聯(lián)連接到圖5中脈沖生成器配置中的接收端。此外，也可 以將放大器32連接到圖8中的接收端，并且可以將這種情況視為將具有 50 Q的輸入阻抗的放大器用作圖5的配置中的放大器32的情況。圖9示出圖8中的修改示例的電路特性，也就是說(shuō)，在與圖7的條件 相同的條件下的輸出信號(hào)波形。在該情況下，雖然在傳統(tǒng)電路中半值寬度 為2.7 ps并且距峰值的脈寬為0.68 V，但是在修改示例的電路中，其得到 了相當(dāng)可觀地改善，例如半值寬度為2.4 ps并且距峰值的脈寬為0.75 V。 因此，脈沖的半值寬度被減小到傳統(tǒng)半值寬度的90%，并且脈寬增大到傳 統(tǒng)脈寬的110%。通常使用與傳輸線的特性阻抗匹配的電阻元件作為傳輸線的接收端。 然而，在利用非線性傳輸線的脈沖生成器的情況下，不能夠通過(guò)終端電阻 器來(lái)消除波形的不完善。如在本發(fā)明中示出的，當(dāng)利用非線性傳輸線時(shí)， 通過(guò)將偏壓相關(guān)元件用作終端元件來(lái)對(duì)波形進(jìn)行整形的技術(shù)是有效的。 可以將上述配置應(yīng)用于利用非線性傳輸線的脈沖生成器。 因上述配置導(dǎo)致可以生成極窄脈沖，因此其對(duì)于實(shí)現(xiàn)下一代超寬帶無(wú) 線電傳輸系統(tǒng)或者甚高速采樣示波器而言是有用的。
權(quán)利要求
1.一種脈沖生成器，包括非線性傳輸線，其中多個(gè)具有單位線單元和二極管的傳輸線單元被串聯(lián)連接；連接到所述非線性傳輸線的傳輸端的脈沖生成器；以及連接到所述非線性傳輸線的接收端的偏壓相關(guān)元件，其中所述傳輸線單元中的所述二極管的陽(yáng)極連接到所述傳輸線并且所述傳輸線單元中的所述二極管的陰極接地，并且其中所述偏壓相關(guān)元件的一端連接到所述傳輸線的所述接收端并且所述偏壓相關(guān)元件的另一端被偏置到負(fù)電勢(shì)。
2. 如權(quán)利要求1所述的脈沖生成器，還包括連接到所述傳輸線的所述 接收端的放大器。
3. 如權(quán)利要求1所述的脈沖生成器，還包括連接到所述傳輸線的所述 接收端的終端電阻器。
4. 如權(quán)利要求1所述的脈沖生成器，其中所述偏壓相關(guān)元件具有如下的特性當(dāng)端子之間的電壓小于預(yù)定 值時(shí)所述偏壓相關(guān)元件的電抗較大，并且當(dāng)端子之間的所述電壓大于所述 預(yù)定值時(shí)所述電抗較小。
5. 如權(quán)利要求2所述的脈沖生成器，其中所述偏壓相關(guān)元件具有如下的特性當(dāng)端子之間的電壓小于預(yù)定 值時(shí)所述偏壓相關(guān)元件的電抗較大，并且當(dāng)端子之間的所述電壓大于所述 預(yù)定值時(shí)所述電抗較小。
6. 如權(quán)利要求3所述的脈沖生成器，其中所述偏壓相關(guān)元件具有如下的特性當(dāng)端子之間的電壓小于預(yù)定 值時(shí)所述偏壓相關(guān)元件的電抗較大，并且當(dāng)端子之間的所述電壓大于所述 預(yù)定值時(shí)所述電抗較小。
7. 如權(quán)利要求1所述的脈沖生成器，其中所述偏壓相關(guān)元件包括各陰極電極被彼此相對(duì)地連接的兩個(gè)二極管和與所述兩個(gè)二極管并聯(lián)連接的電感。
8. 如權(quán)利要求2所述的脈沖生成器，其中所述偏壓相關(guān)元件包括各陰極電極被彼此相對(duì)地連接的兩個(gè)二極 管和與所述兩個(gè)二極管并聯(lián)連接的電感。
9. 如權(quán)利要求3所述的脈沖生成器，其中所述偏壓相關(guān)元件包括各陰極電極被彼此相對(duì)地連接的兩個(gè)二極 管和與所述兩個(gè)二極管并聯(lián)連接的電感。
10. 如權(quán)利要求4所述的脈沖生成器，其中所述偏壓相關(guān)元件包括各陰極電極被彼此相對(duì)地連接的兩個(gè)二極 管和與所述兩個(gè)二極管并聯(lián)連接的電感。
11. 如權(quán)利要求7所述的脈沖生成器，其中構(gòu)成所述偏壓相關(guān)元件的所述二極管具有比所述非線性傳輸線的 特性阻抗更大的電抗值。
12. 如權(quán)利要求8所述的脈沖生成器，其中構(gòu)成所述偏壓相關(guān)元件的所述二極管具有比所述非線性傳輸線的 特性阻抗更大的電抗值。
13. 如權(quán)利要求9所述的脈沖生成器，其中構(gòu)成所述偏壓相關(guān)元件的所述二極管具有比所述非線性傳輸線的 特性阻抗更大的電抗值。
14. 如權(quán)利要求IO所述的脈沖生成器，其中構(gòu)成所述偏壓相關(guān)元件的所述二極管具有比所述非線性傳輸線的 特性阻抗更大的電抗值。
15. 如權(quán)利要求2所述的脈沖生成器，其中所述放大器具有較高輸入阻抗。
全文摘要
本發(fā)明提供一種脈沖生成器，包括能夠得到具有較小半值寬度和較大振幅的脈沖的非線性傳輸線，其中多個(gè)具有單位線單元和二極管的傳輸線單元被串聯(lián)連接；連接到非線性傳輸線的傳輸端的脈沖生成器；以及連接到非線性傳輸線的接收端的偏壓相關(guān)元件，其中傳輸線單元中的二極管的陽(yáng)極連接到傳輸線而陰極接地，并且偏壓相關(guān)元件的一端連接到傳輸線的接收端而另一端被偏置到負(fù)電勢(shì)。
文檔編號(hào)H03K5/04GK101257293SQ20081000635
公開日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2008年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月26日
發(fā)明者中舍安宏 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社