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超高速分幅相机中高精度脉冲延时发生器的研究和设计

更新时间：2020-04-14 10:15:45 大小：5M 上传用户：IC老兵查看TA发布的资源 标签：延时发生器 下载积分：3分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

超高速分幅相机作为一种用来研究瞬态光学的有效工具，在航天、军事、科学研究，医疗、工业应用等诸多领域得到了泛应用。由于各种极端条件对超高速分幅相机的性能提出了愈加苛刻的要求，超高速分幅相机势必朝着高速度，高精度和微型化方向发展。其中由脉冲延时发生器构成的快门控制电路作为超高速分幅相机中的核心部分，决定了超高速分幅相机性能中关键指标的实现。所以设计一款高精度的脉冲延时发生器成为当务之急。

  本文论述了几种脉冲延时发生器的设计方案，分析了其优缺点。针对现有超高速分幅相机中的脉冲延时发生器存在信号同步、各个通道延时抖动大以及延时时间分辨率低等问题，采用数字延时和模拟延时相结合的方法。使用大规模逻辑器件FPGA通过计数法实现分辨率为10ns的长延时，使用电流反馈型运算放大器构成的模拟延时电路完成分辨率为1ns的短延时，核心控制器采用 PIC单片机，触发晃动时间测量电路使用电流积分法来测量触发晃动时间，并与模拟延时电路和比较输出电路组成触发晃动补偿电路来消除触发晃动时间，最后由升压输出电路输出大于12V、上升沿1.3ns的延时信号。设计完成由单片机控制电路，高精度恒流源、触发晃动时间测量电路、模拟延时电路、比较输出电路、升压输出电路、数字延时电路以及数据通信等模块构成的脉冲延时发生器，并对ECL电流开关的开关性能、高速二极管的开关性能以及脉冲延时发生器的精度、稳定性及固有延时进行了分析，找到提高系统精度和稳定性的解决方法。

  本论文主要创新点在于根据电流积分法原理设计了由ECL电流开关、高速二极管、充电电容以及运算放大器组成的触发晃动时间测量电路。触发晃动时间测量电路可以将外部触发晃动时间转换为电压进行保存，其测量结果较为精确并且保存时间较长。触发晃动时间测量电路与模拟延时电路及比较输出电路组成触发晃动补偿电路来消除触发抖动，可将系统的触发晃动时间控制在1ns以下。

  通过对制作完成的高精度脉冲延时发生器进行测试表明，所采用设计方案正确可行，各个模块运行均可满足设计指标要求。该高精度脉冲延时发生器具有时间分辨率高、时间抖动低、输出脉冲上升时间小以及可靠性高、输出信号稳定等特点。

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