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一种可调延时超窄脉冲触发序列产生技术
姚鼎一;景宁;张敏娟;余甜
【期刊名称】《电子技术应用》
【年(卷),期】2024(50)1
【摘要】为了实现高频信号在欠采样条件下的波形重构,递进延时超窄触发信号的产生成为顺序等效采样技术用于触发取样系统进行高频信号采样的关键。
为此,设计了一种可编程延时触发序列产生及调理电路,在FPGA数字电路的控制下,通过计数器与延时模块产生可调延时触发序列,利用阶跃恢复二极管特性对产生的触发序列进行调理,产生一种延时步进可调、边沿极窄的脉冲信号。
通过对该电路进行测试,结果表明,输出脉冲信号步进范围0~-2.4 ns可调,分辨率可达1 ps,且边沿跳变时间可以达到120 ps内,幅度可达到8 V左右。
该延迟脉冲和调理电路可应用于通信、雷达等信号探测设备中,对于高频信号的获取与分析具有重要意义。
【总页数】5页(P50-54)
【作者】姚鼎一;景宁;张敏娟;余甜
【作者单位】中北大学信息与通信工程学院;中北大学前沿交叉科学研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TN78
【相关文献】
1.电火花线切割机脉冲电源脉冲序列产生的一种方法
2.一种超宽带、单周期窄脉冲产生技术
3.脉宽和幅值可调的新型超窄脉冲发生器的研制
4.一种用于脉冲延时发生器中消除触发抖动的方法
5.多通道升降沿产生激光驱动器超窄脉冲新方法
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《基于MARX发生器的电磁脉冲抗扰系统的设计及应用》一、引言随着现代电子技术的飞速发展，电磁脉冲（EMP）对电子设备和系统的干扰问题日益突出。
电磁脉冲抗扰系统作为一种重要的防护手段，其设计和应用显得尤为重要。
本文将介绍一种基于MARX发生器的电磁脉冲抗扰系统的设计及应用，旨在提高电子设备和系统的抗干扰能力，保障其正常运行。
二、MARX发生器概述MARX发生器是一种能够产生高电压、大电流的脉冲发生器。
其工作原理是通过多个电容器串联，形成一个高电压脉冲序列，然后通过开关放电，产生高能量的电磁脉冲。
MARX发生器具有高能量、高重复频率、高稳定性等优点，被广泛应用于电磁脉冲抗扰系统的设计。
三、电磁脉冲抗扰系统的设计1. 系统架构设计基于MARX发生器的电磁脉冲抗扰系统主要由MARX发生器、脉冲形成网络、耦合装置、测量与控制系统等部分组成。
其中，MARX发生器负责产生高电压脉冲，脉冲形成网络负责将脉冲整形，耦合装置将电磁脉冲引入被保护设备，测量与控制系统则负责监控整个系统的运行状态。
2. 关键部件设计（1）MARX发生器设计：根据系统需求，设计合适数量的电容器串联，以及适当的开关和充电电路，以产生满足要求的电磁脉冲。
（2）脉冲形成网络设计：采用适当的传输线和元件，将MARX发生器产生的脉冲进行整形，以满足被保护设备的抗干扰需求。
（3）耦合装置设计：根据被保护设备的特性和电磁脉冲的参数，设计合适的耦合装置，将被保护设备与电磁脉冲抗扰系统连接起来。
四、系统应用基于MARX发生器的电磁脉冲抗扰系统可广泛应用于军事、航空、航天、铁路、电力等领域的电子设备和系统中。
在军事领域，该系统可用于提高武器系统的抗干扰能力，保障其正常运行；在航空、航天领域，该系统可用于保护飞机、卫星等设备的电子系统免受电磁干扰；在铁路、电力等领域，该系统可用于提高铁路信号系统、电力系统等关键设施的抗干扰能力，保障其安全稳定运行。
五、实验结果与分析通过实验验证，基于MARX发生器的电磁脉冲抗扰系统具有以下优点：1. 高能量：MARX发生器能够产生高能量的电磁脉冲，满足不同设备的抗干扰需求。
一、设计要求、目的1、目的1、学习数字电路中计数器、译码器、数据选择器、寄存器、分频电路、555定时器、等单元电路的综合运用。
2、熟悉脉冲波形的产生和变换的原理。
3、了解简单数字系统实验、调试的方法。
2、设计要求1、用555定时器和阻容元件构成一个多谐振荡器，要求震荡频率为1Hz。
2、用74163构成6分频电路，要求输入时钟为1Hz，输出信号频率为0.1666666Hz，脉宽与输入时钟相同。
3、利用1、2题的结果，再加8选1数据选择器（74151）构成一个序列信号发生器，要求循环产生011010序列码。
4、利用题1产生的时钟，再加74163计数器和74138译码器构成8路脉冲分配器。
二、参考元器件二进制计数器（74163）、双向移位寄存器（74194）、3-8译码器（74138）、555定时器、8选1数据选择器（74151）、电阻：10k~100k两个（阻值自选）、电容0.01uf和10uf各一个、门若干三、方案选择与论证方案（一）：由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。
为了提高定时器的比较电路参考电压的稳定性通常在5脚与地之间接有0.01µf的滤波电容,以消除干扰.电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外加触发信号，利用电源通过R1、R2向C充电，以及C通过R2向放电端Ct放电，使电路产生振荡。
电容C在1/3VCC和2/3VCC之间充电和放电，其波形如图15—3(b)所示。
输出信号的时间参数是T＝twl+tw2，twl＝0.7(R1十R2)C，tw2＝0.7R2C。
555电路要求Rl与R2均应大于或等于1KΩ，但R1+R2应小于或等于3.3MΩ。
外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。
多谐振荡器计数器可以对计数脉冲分频，改变计数器的模便可以改变分频比。
根据这个原理，可以用集成计数器构成分频比可变的分频器，即可编程分频器.74163是具有同步清零功能的4位二进制同步加计数器.逻辑引脚图中Rd 是异步清零端,LD是预制数控制端.A B C D是预制数据输入端,EP 和ET是计数使能控制端,它具有同步清零和同步并行预制数功能,在构成六分频电路中我用的是它的同步清零功能.通过利用多个与非门来构成六分频电路.74151是一种典型的集成电路数据选择器,它有3个地址输入端CBA可选择D0~D7 八个数据源,具有两个互补输出端,同相输出端Y和反相输出端W,本次设计实现并行数据到串行数据的转换,电路由8选1数据选择器和1个3位二进制计数器组成,当选择器的数据输入端D0~D7与一个并行的六位数011010相连时,输出端就是一串随时钟节拍变化的数据0-1-1-0-1-0,这种数称谓串行数据.74138译码器是3线-8线译码器.可以用做数据分配器.功能是把一个数据信号分配到8个不同的通道上去.当它与计数器结合组成脉冲分配器.综上所述电路图如下:优点：用555构成的多谐振荡器于555内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。
可编程单脉冲发生器设计可编程单脉冲发生器是一种脉冲宽度可编程的信号发生器，其输出为TTL 电平。
在输入按键的控制下，产生单次的脉冲，脉冲的宽度由8位的输入数据控制（以下称之为脉宽参数）。
由于是8位的脉宽参数，故可以产生255种宽度的单次脉冲。
在目标板上，I0～I7用作脉宽参数输入，PULSE_OUT用做可编程单脉冲输出，而KEY和/RB作为启动键和复位键。
图3示出了可编程单脉冲发生器的电路图。
图3 可编程单脉冲发生器的电路图8.3.1 由系统功能描述时序关系可编程单脉冲发生器的操作过程是：(1) 预置脉宽参数。
(2) 按下复位键，初始化系统。
(3) 按下启动键，发出单脉冲。
以上三步可用三个按键来完成。
但是，由于目标板已确定，故考虑在复位键按下后，经过延时自动产生预置脉宽参数的动作。
这一过程可用图4的时序来描述。
图4 可编程单脉冲发生器的时序图图中的/RB为系统复位脉冲，在其之后自动产生LOAD脉冲，装载脉宽参数N。
之后，等待按下/KEY键。
/KEY键按下后，单脉冲P_PULSE便输出。
在此，应注意到：/KEY的按下是与系统时钟CLK不同步的，不加处理将会影响单脉冲P_PULSE的精度。
为此，在/KEY按下期间，产生脉冲P1，它的上跳沿与时钟取得同步。
之后，在脉宽参数的控制下，使计数单元开始计数。
当达到预定时间后，再产生一个与时钟同步的脉冲P2。
由P1和P2就可以算出单脉冲的宽度Tw。
8.3.2 流程图的设计根据时序关系，可以做出图5所示的流程图。
在系统复位后，经一定的延时产生一个预置脉冲LOAD，用来预置脉宽参数。
应该注意：复位脉冲不能用来同时预置，要在其之后再次产生一个脉冲来预置脉宽参数。
为了产生单次的脉冲，必须考虑到在按键KEY有效后，可能会保持较长的时间，也可能会产生多个尖脉冲。
因此，需要设计一种功能，使得当检测到KE Y有效后就封锁KEY的再次输入，直到系统复位。
这是本设计的一个关键所在。
南昌大学信息工程学院M序列信号发生器课程设计班级：姓名：学号：基于MULTISIM的序列信号发生器实验目的实验要求实验元件实验原理MLTISIM知识简介MLTISIM中仿真仪器实验设计仿真分析仿真电路示波器显示输出波形实验结果实验结论实验感想一、实验目的：1、掌握M序列信号产生的基本方法2、利用MULTISIM产生M序列信号，设计电路做成M序列信号发生器3、掌握M序列 0 状态消除的基本手段二、实验要求：在MULTISIM中采用移存器自启动电路设计仿真M=31序列信号发生器电路，采用虚拟逻辑分析仪观察波形输出。
要求自制时钟脉冲信号，并能清楚地观察到M序列稳定的波形。
采用EDA进行图形仿真，硬件电路来实现。
三、实验元件函数发生器，双端输入示波器，74LS30，74LS164,74LS005V直流电源四、实验原理1、MULTISIM 软件的简介在众多的 EDA 设计和仿真软件中，MULTISIM 软件以其强大的仿真设计应用功能，在各高校电信类专业电子电路的仿真和设计中得到了较广泛的应用。
软件及其相关库包的应用对提高学生的仿真设计能力，MULTISIM更新设计理念有较大的好处。
MULTISIM（电子工作平台）软件，最突出的特点是用户界面好，各类器件和集成芯片丰富，尤其是其直观的虚拟仪表是 MULTISIM 软件的一大特色。
它采用直观的图形界面创建电路：在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取。
MULTISIM 软件所包含的虚拟仪表有：示波器，万用表，函数发生器，波特图图示仪，失真度分析仪，频谱分析仪，逻辑分析仪，网络分析仪等。
这些仪器的使用使仿真分析的操作更符合平时实验的习惯。
电子设计自动化（EDA）技术，使得电子线路的设计人员能在计算机上完成电路的功能设计、逻辑设计、性能分析、时序测试直至印刷电路板的自动设计。
是在计算机辅助设计EDA（CAD）技术的基础上发展起来的计算机设计软件系统。
第五章时序逻辑电路前面介绍的组合逻辑电路无记忆功能。
而时序逻辑电路的输出状态不仅取决于当时的输入信号，而且与电路原来的状态有关，或者说与电路以前的输入状态有关，具有记忆功能。
触发器是时序逻辑电路的基本单元。
本章讨论的内容为时序逻辑电路的分析方法、寄存器和计数器的原理及应用。
第一节时序逻辑电路的分析一、概述1、时序逻辑电路的组成时序逻辑电路由组合逻辑电路和存储电路两部分组成，结构框图如图5-1所示。
图中外部输入信号用X（x1，x2，…，x n）表示；电路的输出信号用Y（y1，y，…，y m）表示；存储电路的输入信号用Z（z1，z2，…，z k）表示；存储电2路的输出信号和组合逻辑电路的内部输入信号用Q（q1，q2，…，q j）表示。
图5-1 时序逻辑电路的结构框图可见，为了实现时序逻辑电路的逻辑功能，电路中必须包含存储电路，而且存储电路的输出还必须反馈到输入端，与外部输入信号一起决定电路的输出状态。
存储电路通常由触发器组成。
2、时序逻辑电路逻辑功能的描述方法用于描述触发器逻辑功能的各种方法，一般也适用于描述时序逻辑电路的逻辑功能，主要有以下几种。
（1）逻辑表达式图5-1中的几种信号之间的逻辑关系可用下列逻辑表达式来描述：Y =F(X，Q n)Z =G(X，Q n)Q n+1=H(Z，Q n)它们依次为输出方程、状态方程和存储电路的驱动方程。
由逻辑表达式可见电路的输出Y不仅与当时的输入X有关，而且与存储电路的状态Q n有关。
（2）状态转换真值表状态转换真值表反映了时序逻辑电路的输出Y、次态Q n+1与其输入X、现态Q n的对应关系，又称状态转换表。
状态转换表可由逻辑表达式获得。
（3）状态转换图状态转换图又称状态图，是状态转换表的图形表示，它反映了时序逻辑电路状态的转换与输入、输出取值的规律。
（4）波形图波形图又称为时序图，是电路在时钟脉冲序列CP的作用下，电路的状态、输出随时间变化的波形。
应用波形图，便于通过实验的方法检查时序逻辑电路的逻辑功能。
XX学院课程设计报告课程名称：电子技术课程设计教学院部：电气与信息工程学院专业班级： XX班学生姓名：XX（XX）指导教师：XX完成时间：XX 年X月X日报告成绩：脉冲序列发生器设计目录1.实验任务2.实验目的3.参考电路（1）设计方案（2）参考设计4.实验内容（1）多谢振荡器介绍（2）计数器的介绍5.实验结果6.心得体会7.参考文献（1）《电子技术课程设计指导书》（2）《电子技术基础》1.实验任务设计并制作一个脉冲序列发生器，周期性的产生脉冲序列101011010101。
2.实验目的通过本次设计，进一步熟悉多谐振荡器、计数器、数据选择器的用法，掌握脉冲序列发生器的设计方法。
3.参考电路（1）设计方案周期性脉冲序列发生器的实现方法很多，可以由触发器构成，可以由计数器外加组合逻辑电路构成，可以有GAL构成，也可以由CPLD\FPGA构成等等。
本设计采用由计数器加多路数据选择器的设计法案，脉冲序列发生器原理框图如（1）图所示。
图（1）脉冲序列发生器原理框图（2）参考设计脉冲序列发生器需要一个时钟信号，可采用由TTL非门和石英晶体振荡器构成的串联式多谐振荡器产生时钟信号，如图（2）所示。
主电路部分如图（3）所示，图中74LS161和与非门构成十二进制计数器，为脉冲序列的宽度为12位。
4.实验内容按照实验要求设计电路，确定元器件型号和参数；用Multisim进行仿真，列出实验数据，画出输出信号及其他关键信号的波形；对实验数据和电路的工作情况进行分析，得出实验结论；写出收获和体会。
图（2）时钟信号产生电路图（3）主电路图多谢振荡器介绍多谐振荡器是一种自激振荡电路。
因为没有稳定的工作状态，多谐振荡器也称为无稳态电路。
具体地说，如果一开始多谐振荡器处于0状态，那么它在0状态停留一段时间后将自动转入1状态，在1状态停留一段时间后又将自动转入0状态，如此周而复始，输出矩形波。
图6.4.1 对称式多谐振荡器电路对称式多谐振荡器是一个正反馈振荡电路[图 6.4.1，]。
和是两个反相器，和是两个耦合电容，和是两个反馈电阻。
只要恰当地选取反馈电阻的阻值，就可以使反相器的静态工作点位于电压传输特性的转折区。
上电时，电容器两端的电压和均为0。
假设某种扰动使有微小的正跳变，那么经过一个正反馈过程，迅速跳变为，迅速跳变为，迅速跳变为，迅速跳变为，电路进入第一个暂稳态。
电容和开始充电。
的充电电流方向与参考方向相同，正向增加；的充电电流方向与参考方向相反，负向增加。
随着的正向增加，从逐渐上升；随着的负向增加，从逐渐下降。
因为经和两条支路充电而经一条支路充电，所以充电速度较快，上升到时还没有下降到。
上升到使跳变为。
理论上，向下跳变，也将向下跳变。
考虑到输入端钳位二极管的影响，最多跳变到。
下降到使跳变为，这又使从向上跳变，即变成，电路进入第二个暂稳态。
经一条支路反向充电（实际上先放电再反向充电），逐渐下降。
经和两条支路反向充电（实际上先放电再反向充电），逐渐上升。
的上升速度大于的下降速度。
当上升到时，电路又进入第一个暂稳态。
此后，电路将在两个暂稳态之间循环。
非对称式多谐振荡器是对称式多谐振荡器的简化形式[图6.4.6]。
这个电路只有一个反馈电阻和一个耦合电容。
反馈电阻使的静态工作点位于电压传输特性的转折区，就是说，静态时，的输入电平约等于，的输出电平也约等于。
因为的输出就是的输入，所以静态时也被迫工作在电压传输特性的转折区。
图6.4.6 非对称是多环形振荡器[图6.4.10]不是正反馈电路，而是一个具有延迟环节的负反馈电路。
图6.4.10 最简单的环形振荡器图6.4.19 石英晶体多谐振荡器石英晶体具有优越的选频性能。
将石英晶体引入普通多谐振荡器就能构成具有较高频率稳定性的石英晶体多谐振荡器[图6.4.19]。
我们知道，普通多谐振荡器是一种矩形波发生器，上电后输出频率为的矩形波。
根据傅里叶分析理论，频率为的矩形波可以分解成无穷多个正弦波分量，正弦波分量的频率为（），如果石英晶体的串联谐振频率为，那么只有频率为的正弦波分量可以通过石英晶体（第个正弦波分量，），形成正反馈，而其它正弦波分量无法通过石英晶体。
频率为的正弦波分量被反相器转换成频率为矩形波。
因为石英晶体多谐振荡器的振荡频率仅仅取决于石英晶体本身的参数，所以对石英晶体以外的电路元件要求不高。
计数器的介绍在数字电路中，把记忆输人脉冲个数的操作称为计数，计数器就是实现计数操作的时序逻辑电路。
计数器应用非常广泛，除用于计数、分频外，还用于数字测量、运算和控制，从小型数字仪表到大型数字电子计算机，几乎无所不在，是任何现代数字系统中不可缺少的组成部分。
计数器的种类很多，按其进制不同分为二进制计数器、十进制计数器、N进制计数器；按触发器翻转是否同步分为异步计数器和同步计数器；按计数时是增还是减分为加法计数器、减法计数器和加/减法（可逆）计数器。
1．集成二进制计数器74LS16174LS161是4位二进制同步加法计数器，除了有二进制加法计数功能外，还具有异步清零、同步并行置数、保持等功能。
74LS161的逻辑电路图和引脚排列图如图1所示，CR是异步清零端，LD是预置数控制端，D0，D1，D2，D3是预置数据输人端，P和T是计数使能端，C是进位输出端，它的设置为多片集成计数器的级联提供了方便。
图1 74LSl61的逻辑电路图和引脚图（1）异步清零功能当CR＝0时，不管其他输人端的状态如何（包括时钟信号CP），4个触发器的输出全为零。
（2）同步并行预置数功能在CR＝1的条件下，当LD＝0且有时钟脉冲CP的上升沿作用时，D3，D2，D1，D0输入端的数据将分别被Q3～Q0所接收。
由于置数操作必须有CP脉冲上升沿相配合，故称为同步置数。
（3）保持功能在CR=LD＝1的条件下，当T＝P＝0时，不管有无CP脉冲作用，计数器都将保持原有状态不变（停止计数）。
（4）同步二进制计数功能当CR＝LD＝P＝T＝1时，74LS161处于计数状态，电路从0000状态开始，连续输入16个计数脉冲后，电路将从1111状态返回到0000状态，状态表见表2。
（5）进位输出C当计数控制端T＝1，且触发器全为1时，进位输出为1，否则为零。
若输入计数器的CP脉冲频率为f，则从Qo端输出脉冲频率为f/2，通常也称Qo端输出信号是输人计数脉冲CP的2分频信号，Q1端输出信号是输人计数脉冲CP的4分频信号，Q4端输出信号是输人计数脉冲CP的16分频信号。
N进制计数器可实现n分频。
（6）74LS161应用集成四位二进制同步计数器74LS161是功能较完善的计数器，用它可组成任意进制的计数器，组成方法有两种，一种叫反馈归零法，也叫复位法，另一种叫置位发。
本设计中所用的是第一种方法：复位法。
74LS161的时序图表1 74LS161的功能表表2 进制同步加法计数器的状态表数据选择器介绍1.74LS151集成电路数据选择器的功能74LS151是一种典型的集成电路数据选择器，它有3个地址输入端CBA，可选择D0～D7８个数据源，具有两个互补输出端，同相输出端Ｙ和反相输出端Ｗ。
其逻辑图和引脚图分别如下所示：上面所讨论的是１位数据选择器，如需要选择多位数据时，可由几个１位数据选择器并联组成，即将它们的使能端连在一起，相应的选择输入端连在一起２位８选１数据选择器的连接方法如下图所示。
当需要进一步扩充位数时，只需相应地增加器件的数目。
可以把数据选择器的使能端作为地址选择输入，将两片74LS151连接成一个16选１的数据选择器，其连接方式如下图所示。
16选16选１的数据选择器的地址选择输入有４为４位，其最高位Ｄ与一个８选１数据选择器的使能端连接，经过一反相器反相后与零一另一个数据选择器的使能端连接。
低３位地址选择输入端CBA由两片74LS151的地址选择输入端相对应连接而成74LS151真值表2. 74LS151的应用（1）用作多路数字选择开关数据选择器本身的功能就是根据地址选择码从多路输入数据中选择一路输出。
因此，数据选择器的基本用途就是用作多路数字开关，实现多数通信和路由选择。
（2）数据选择器的通道扩展（3）实现组合逻辑函数它是关于地址选择码的全部最小项和对应各路输入数据的与或型表达式。
5.实验结果时钟信号产生电路波形输出信号波形6.心得体会通过本次课程设计，不但让我掌握了《脉冲序列发生器实验》的设计，而且巩固了我对书本知识的了解。
同时，也让我能更加熟练的运用Multisim这个软件。
在设计过程中虽然遇到一些困难，，但最终都被解决了。
正因为这样，让我也发现了自己学习的不足之处，因此能够及时的补上。
总而言之，这次课程设计让我获益匪浅。
7.参考文献（1）《电子技术课程设计指导书》（2）《电子技术基础》。
