穩(wěn)定時(shí)間電路的修正過程

本文為《寬帶放大器穩(wěn)定時(shí)間的測量》的附文2：

修正穩(wěn)定時(shí)間電路可獲得它聲稱的性能。這些修正可粗略地分為四種預(yù)定類別。它們是：電流開關(guān)橋驅(qū)動(dòng)脈沖整形，電路延遲，采樣門脈沖純度，以及采樣門饋通/dc 調(diào)整。修正工作需要相當(dāng)仔細(xì)地挑選儀器，還要有謹(jǐn)慎的寬帶探測與示波器測量技術(shù)。

橋驅(qū)動(dòng)修正

首先要修正電流開關(guān)橋的驅(qū)動(dòng)。先斷開全部5個(gè)與修正有關(guān)的橋驅(qū)動(dòng)，并在電路輸入端加一個(gè)5V、1MHz的10ns?15ns寬脈沖。在43V后端的未驅(qū)動(dòng)端看到的并聯(lián)“C”反相器輸出應(yīng)像。波形的邊沿時(shí)間很快，但如控制不好寄生偏移，就有損壞測量噪聲背景的危險(xiǎn)，必須消除它們。重新連接所有5個(gè)驅(qū)動(dòng)，并按各自的名稱作調(diào)節(jié)。各個(gè)調(diào)節(jié)之間要有一些互作用。

延遲的確定與補(bǔ)償

接下來是電路延遲。在做這些測量與調(diào)整以前，必須糾正探頭/示波器通道至通道時(shí)滯。當(dāng)兩個(gè)通道的探頭都連接到一個(gè)100ps上升時(shí)間的快速脈沖源時(shí)，有40ps的時(shí)滯誤差?？梢允褂玫目焖倜}沖源有很多種。糾正誤差的方法是利用示波器的垂直放大器可變延遲功能。在這種情況下，示波器放大器為Tektronix 7A29，選項(xiàng)04，安裝在一臺Tektronix 7104機(jī)架上。這個(gè)糾正使您可以做出高精度的延遲測量。另外還應(yīng)驗(yàn)證一下示波器時(shí)基的準(zhǔn)確度。

穩(wěn)定時(shí)間電路采用了一種可調(diào)延遲網(wǎng)絡(luò)，以校正輸入脈沖在信號處理路徑中的延遲。通常，這些延遲會(huì)帶來近10ns的誤差，因此必須提供一種準(zhǔn)確的校正。延遲修正工作包括觀測網(wǎng)絡(luò)的輸入/輸出延遲，并作適當(dāng)?shù)臅r(shí)間間隔調(diào)節(jié)。有時(shí)候，確定適當(dāng)?shù)臅r(shí)間間隔要更復(fù)雜。

電路中有三個(gè)感興趣的延遲測量。待測放大器負(fù)輸入端的電流開關(guān)驅(qū)動(dòng)器延遲，電路輸出端的待測放大器輸出延遲，以及采樣門乘法器的延遲。待測放大器輸入端的電流開關(guān)驅(qū)動(dòng)器延遲為250ps，待測放大器輸出至電路輸出的延遲為8.4ns，而采樣門乘法器的延遲為2ns。

這些測量結(jié)果表示出了一個(gè)8.65ns的電路輸出端電流開關(guān)驅(qū)動(dòng)器延遲。實(shí)現(xiàn)這個(gè)修正的方法是調(diào)節(jié)“信號路徑延遲補(bǔ)償”網(wǎng)絡(luò)中的1kV電位器。當(dāng)使用采樣示波器的測量時(shí)，要將其調(diào)節(jié)到信號路徑延遲補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)內(nèi)。

“采樣門脈沖發(fā)生器路徑延遲補(bǔ)償”就不太重要了。唯一的要求是它與采樣門脈沖發(fā)生器的延遲相重疊。將“A”反相器鏈中的1kV電位器設(shè)為15ns可滿足這些標(biāo)準(zhǔn)。這就完成了與延遲相關(guān)的修正。

采樣門脈沖的純度調(diào)節(jié)

調(diào)整Q1采樣門的脈沖沿成形級，獲得優(yōu)化的前拐角、最小的上升沿時(shí)間、平滑的脈沖頂部，以及有指定修正的1V幅度。在采樣門乘法器IC的“X”輸入端可觀察到調(diào)節(jié)。脈沖的第二個(gè)上升時(shí)間促進(jìn)了快速的采樣門采集，但仍保持在乘法器的250MHz帶寬內(nèi)，確保沒有帶外的寄生響應(yīng)。清晰的1V脈沖提供了一個(gè)經(jīng)校正、沒有寄生（可能偽裝為穩(wěn)定信號）的連續(xù)乘法器輸出。脈沖下降時(shí)間沒有關(guān)系，它與測量無關(guān)，而它清晰的下降轉(zhuǎn)換可確保受控乘法器的關(guān)斷，防止出現(xiàn)后臺的偏離。

采樣門路徑的優(yōu)化

采樣門的路徑調(diào)整是最后一項(xiàng)。首先，在脈沖發(fā)生器輸入端放5Vdc，從而將待測放大器鎖定在其22.5V輸出狀態(tài)。然后調(diào)整“穩(wěn)定結(jié)點(diǎn)零位”頭，在A1的輸出端獲得1mV以內(nèi)的零伏。接下來，恢復(fù)脈沖電路的輸入，將穩(wěn)定結(jié)點(diǎn)從A1斷開，將A1的輸入端用一個(gè)750Ω電阻接地。調(diào)整前的響應(yīng)并不理想。理想情況下，電路輸出（軌跡B）應(yīng)在采樣門（軌跡A）切換期間保持靜態(tài)。照片表示出了誤差情況；校正需要調(diào)整dc偏移和與動(dòng)態(tài)饋通相關(guān)的殘值。調(diào)整一個(gè)連續(xù)軌跡B的基準(zhǔn)線（與軌跡A的采樣門脈沖狀態(tài)無關(guān)）的“X”和“Y”偏移，可以消除dc誤差。另外，要為最低乘法器基準(zhǔn)偏移電壓設(shè)定對輸出偏移的調(diào)整。通過關(guān)斷輸入脈沖發(fā)生器，在C2的“1”輸入端加5V，并使前面插入的750Ω電阻將其偏量在1.00Vdc，可以將采樣門設(shè)為單位增益。在這些條件下，對一個(gè)1.00Vdc輸出調(diào)節(jié)“刻度系數(shù)”。完成這一步后，除去dc偏置電壓和750Ω電阻，重新連接穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)，并恢復(fù)脈沖輸入。

饋通的補(bǔ)償要使用“時(shí)間相位”與“幅度”調(diào)整。這些調(diào)節(jié)設(shè)定了在乘法器IC“Z”輸入端施加的饋通校正的時(shí)序與幅度。

測量的限制與不確定性

電路經(jīng)修正后的響應(yīng)包括一個(gè)平坦的基準(zhǔn)，和大幅衰減的饋通。測量定義了電路在2mV的最小幅度分辨率。在其它測試時(shí)，將A1輸入端從穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)處斷開，通過一只750Ω電阻將其偏置在20mV，以模仿一個(gè)無限快速穩(wěn)定的放大器。電路輸出（軌跡B）在2ns中穩(wěn)定在5 mV內(nèi)，在3.6ns內(nèi)到達(dá)2mV的基準(zhǔn)噪聲內(nèi)。這個(gè)數(shù)據(jù)是在經(jīng)時(shí)間校正的輸入（軌跡A）上升后，取自采樣門剛導(dǎo)通時(shí)，它定義了電路的極限最小時(shí)間分辨率。在引證的時(shí)間與幅度分辨率極限的不確定性主要是源于延遲補(bǔ)償?shù)南拗?、噪聲以及殘余饋通?？紤]到可能的延遲與測量誤差，6500 ps的不確定性和2mV的分辨率極限是實(shí)際的。噪聲均化不會(huì)改善幅度的分辨率極限，因?yàn)樗鼇碜责佂堄?，是一個(gè)固有的項(xiàng)。