快脈沖傳輸線分布電容補償模型和計算方法

根據傳輸線理論和分布參數(shù)理論提出等效分布電容補償模型，得出快脈沖傳輸線上多個電容負載造成取樣波形失真，并給出兩種匹配計算方法和公式。數(shù)值計算結果表明等效分布電容法對均勻分布的多個小負載電容脈沖傳輸線具有很好的補償作用。
關 鍵 詞 快脈沖傳輸線; 等效分布電容模型; 匹配方法; 數(shù)值計算
中圖分類號 TN817; TN701 文獻標識碼 A
Distributed Capacitance Compensation Model and Computing Method for Fast-Pulse Transmission Line
CHEN Yu-xiao1，YANG Mo-hua1，TANG Dan2
(1. School of Micro-Electronics and Solid-Electronics, Univ. of Electron. Sci. & Tech. of China Chengdu 610054; 2. Institute of Electronic Engineering, China Academy of Engineering Physics Mianyang Sichuan 621900)
Abstract According to transmission line theory and distributed parameter theory, it is pointed out that the sampling waveforms distortion is produced by multi-capacitance loading of fast-pulse transmission line. The equivalent distributed capacitance compensation model is proposed, the two matching computing methods and formulas are given. The results of numerical computation show that pulse transmission line of multi-small-loading capacitance with proportional spacing can be well compensated by the equivalent distributed capacitance method.
Key words fast-pulse transmission line; equivalent distributed capacitance model; matching method; numerical computation
測量具有百皮秒上升沿激光脈沖的傳統(tǒng)方案是光電二極管和高速示波器組合測量[1-2]，對于大型激光工程的多路測試是十分不經濟和不現(xiàn)實的。基于微帶橫截面取樣技術[3]的集成取樣門是一種低成本和小型化的解決方案，它將皮秒級單次快脈沖沿脈沖傳輸線的時間分布變?yōu)闄M向等時間間隔的空間位置分布，通過高速取樣門將各點信號不失真地取出。因此傳輸線上的取樣門數(shù)越多，采樣點就越多，取樣波形就越真實。但是有一個問題[4-5]：取樣門不能對脈沖傳輸線過分加載，即傳輸線上的取樣門數(shù)不能過多，否則沿線傳播的信號將產生嚴重失真，因此必須對傳輸線進行補償。本文基于傳輸線理論和分布參數(shù)理論提出的等效分布電容補償模型，對于較短的脈沖傳輸線和較小取樣門負載具有很好的補償作用。
1 等效分布電容補償模型
圖1為快脈沖傳輸線負載模型，根據傳輸線理論和分布參數(shù)理論，取樣門最終可等效為加載到傳輸線的多個容值很小(0.3 pF)的電容負載。由于容性負載的緣故，傳輸線取樣點(抽頭處)的波形會產生較大失真，從而導致整個取樣波形產生失真。 RLNCh
假定負載電容個數(shù)為N，負載電容為Ch，匹配阻抗為純電阻RL。實際情況中，N個負載電容沿傳輸線均勻分布，且傳輸線的總長度不是很長，即傳輸損耗在可接受的范圍內，2 匹配計算方法
由式(3)表明，為保證阻抗匹配，有兩種選擇：(1) 終端負載匹配計算法，即微帶物理特性阻抗Z0保持不變，改變負載匹配阻抗RL以保證式(3)成立；(2) 特性阻抗匹配計算法，即負載匹配阻抗RL不變，改變微帶物理特性阻抗(真實阻抗)Z0以保證式(3)成立。