[go: up one dir, main page]

RU2282861C1 - Device for registration of pulse electric signals - Google Patents

Device for registration of pulse electric signals Download PDF

Info

Publication number
RU2282861C1
RU2282861C1 RU2005108713/28A RU2005108713A RU2282861C1 RU 2282861 C1 RU2282861 C1 RU 2282861C1 RU 2005108713/28 A RU2005108713/28 A RU 2005108713/28A RU 2005108713 A RU2005108713 A RU 2005108713A RU 2282861 C1 RU2282861 C1 RU 2282861C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
microstrip
signal
strobe
slots
line
Prior art date
Application number
RU2005108713/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Владимирович Дмитриев (RU)
Юрий Владимирович Дмитриев
Лев Николаевич Зюзин (RU)
Лев Николаевич Зюзин
Игорь Евгеньевич Кремлев (RU)
Игорь Евгеньевич Кремлев
Александр Николаевич Минеев (RU)
Александр Николаевич Минеев
Виктор Михайлович Шувалов (RU)
Виктор Михайлович Шувалов
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт импульсной техники" (ФГУП НИИИТ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии, Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт импульсной техники" (ФГУП НИИИТ) filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии
Priority to RU2005108713/28A priority Critical patent/RU2282861C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2282861C1 publication Critical patent/RU2282861C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

FIELD: measurement engineering.
SUBSTANCE: device has information retard microstrip, made onto dielectric plate having relative dielectric constant of ε1. Taps of microstrip are connected with sample and store elements through switches. Control inputs of switches are connected with strobe-signal microstrip through communication elements. Strobe-signal microstrip is made onto dielectric plate having relative dielectric constant of ε2; ε1≫ε2. Plates are disposed one above the other. Sides of plates, having continuous metal coating, are connected together electrically and mechanically. Communication elements are made in form of slots brought into coincidence at back metal coating of any plate. Slots in strobe-signal microstrip are made directly above line of strobe-signal. Slots are made under row of contact areas in information retard microstrip, which plates are disposed at ΔY distance from information retard microstrip; the distance is specified by mounting dimensions of switches.
EFFECT: widened bandwidth; increased digitization frequency; improved manufacturability.
2 dwg

Description

Предлагаемое устройство относится к области измерительной техники.The proposed device relates to the field of measurement technology.

Измерение формы однократных импульсных сигналов нано- и субнаносекундной длительности может производиться как традиционными методами (например, с помощью скоростных осциллографических регистраторов, так и более современными цифровыми методами - прямым аналого-цифровым преобразованием (АЦП) и масштабно-временным преобразованием (МВП) ([1, 2] - разработки заявителя).Measurement of the shape of single pulsed signals of nano- and subnanosecond duration can be carried out both by traditional methods (for example, using high-speed oscillographic recorders, or by more modern digital methods - direct analog-to-digital conversion (ADC) and time-scale conversion (MVP) ([1 , 2] - development of the applicant).

При проведении измерений в многоканальных системах, например, при исследовании лазерных установок, где требуется высокоскоростная запись до 192 импульсных электрических сигналов [3] требуется простое недорогое, надежное многоканальное цифровое устройство. Простота одного канала усилит это качество в многоканальной системе. Известные [3, 4] устройства, в которых используется масштабно-временное преобразование с динамическим запоминанием регистрируемого сигнала на секционной линии задержки, являются простыми. В них в качестве секционной линии задержки используются коаксиальная или меандровая микрополосковая линия (МПЛ) с отводами и в последнее время - совокупность меандровой МПЛ для исследуемого сигнала и прямой МПЛ для строб-сигнала [3, 4].When conducting measurements in multichannel systems, for example, when studying laser systems where high-speed recording of up to 192 pulsed electrical signals is required [3], a simple inexpensive, reliable multichannel digital device is required. The simplicity of one channel will enhance this quality in a multi-channel system. Known [3, 4] devices that use a time-scale conversion with dynamic storage of the recorded signal on a sectional delay line are simple. They use a coaxial or meander microstrip line (MPL) with taps as a sectional delay line and, more recently, a combination of a meander MPL for the signal under study and a direct MPL for the strobe signal [3, 4].

Известные цифровые регистраторы однократных сигналов [2-4] используют неодновременное считывание выборок сигнала, распределенного вдоль линии. Это достигается последовательной подачей на N строб-смесителей (в качестве которых использованы высокоскоростные диоды Шотки) стробирующих сигналов, полученных, например, последовательным отбором стробирующих импульсов на каждый смеситель, от распространяющегося в линии строб-импульса, сформированного методом запуска от регистрируемого сигнала и регистрируемого сигнала, распределенного вдоль меандровой замедляющей линии. В дальнейшем выборки, запомненные на накопительных конденсаторах, в качестве которых использованы высокоскоростные диоды Шотки, уже в преобразованном масштабе времени подаются на аналого-цифровой преобразователь.Known digital recorders of single signals [2-4] use non-simultaneous reading of samples of a signal distributed along the line. This is achieved by sequentially supplying N strobe mixers (which are used with high-speed Schottky diodes) gating signals obtained, for example, by sequential sampling of strobe pulses to each mixer, from a strobe pulse propagating in the line generated by the start method from the recorded signal and the recorded signal distributed along the meander slow line. In the future, the samples stored on the storage capacitors, which are used as high-speed Schottky diodes, are sent to the analog-to-digital converter in a converted time scale.

Использование совокупности меандровой и прямолинейной линий [3], позволяет, с одной стороны, упростить распределение строб импульсов, выбирающих соответствующие участки исследуемого сигнала, а с другой - уменьшить эффективное время выборки, что повышает быстродействие регистрации.Using a combination of meander and straight lines [3], on the one hand, it is possible to simplify the distribution of the strobe pulses that select the corresponding sections of the signal under study, and on the other, to reduce the effective sampling time, which increases the speed of registration.

Наиболее близким техническим решением к данному предложению является устройство для регистрации импульсных электрических сигналов [3], содержащее выполненную на диэлектрической плате меандровую информационную замедляющую микрополосковую линию (ИЗМПЛ), отводы которой через соответствующие ключи соединены с соответствующими элементами выборки и хранения, соединенными через последовательно включенные расширители и многовходовой коммутатор с соответствующими входами многоразрядного АЦП, управляющие входы ключей через элементы связи соединены с отводами прямой МПЛ строб сигнала (МПЛСС), выполненной на диэлектрической плате и расположенной параллельно оси ИЗМПЛ.The closest technical solution to this proposal is a device for recording pulsed electrical signals [3], containing a meander information slowdown microstrip line (IMSPL) made on a dielectric board, the taps of which are connected via appropriate keys to the corresponding sampling and storage elements connected through series-connected expanders and a multi-input switch with corresponding inputs of a multi-bit ADC, controlling key inputs via communication elements are connected to the taps of the line MPL strobe signal (MPLSS) formed on a dielectric board and extends parallel with the axis IZMPL.

Недостатком устройства [3] является наличие меандровой линии, которая ограничивает полосу пропускания устройства и расположение ИЗМПЛ и МПЛСС в одной плоскости, что увеличивает паразитную связь между линиями, ухудшает качество выборок сигнала, приводит к необходимости установки дополнительных элементов связи (например, конденсаторов). Кроме того, имеются конструктивные проблемы размещения ряда элементов в минимальном зазоре между линиями.The disadvantage of the device [3] is the presence of a meander line, which limits the bandwidth of the device and the location of the IMSPL and MPLS in the same plane, which increases spurious coupling between the lines, degrades the quality of the signal samples, and necessitates the installation of additional communication elements (for example, capacitors). In addition, there are structural problems of placing a number of elements in the minimum gap between the lines.

Техническим результатом данного изобретения является расширение полосы пропускания, повышение частоты дискретизации устройства, повышение технологичности конструкции.The technical result of this invention is to expand the bandwidth, increase the sampling frequency of the device, increase the manufacturability of the design.

Технический результат в устройстве для регистрации импульсных электрических сигналов, содержащем выполненную на диэлектрической плате с относительной диэлектрической проницаемостью ε1 ИЗМПЛ, отводы которой через соответствующие ключи соединены с соответствующими элементами выборки и хранения, соединенными через последовательно включенные расширители и многовходовой коммутатор с соответствующими входами многоразрядного аналого-цифрового преобразователя, управляющие входы ключей через элементы связи соединены с отводами МПЛСС, выполненной на диэлектрической плате с относительной диэлектрической проницаемостью ε2, достигается тем, что ИЗМПЛ и МПЛСС выполнены на прямолинейных или кольцевых МПЛ, диэлектрические проницаемости плат которых связаны соотношением ε1≫ε2, платы которых расположены в разных плоскостях (одна над другой), так, что стороны плат со сплошной металлизацией соединены друг с другом электрически и механически, а элементы связи выполнены в виде совмещенных прорезей в обратной металлизации каждой из плат диаметром dсв, причем в плате МПЛСС прорези выполнены непосредственно над линией строб-сигнала, а в плате ИЗМПЛ прорези выполнены под соответствующими контактными площадками с поперечным размером d, отстоящими от ИЗМПЛ на расстояние ΔY, определяемое установочным размером ключевых элементов (например, быстродействующих смесительных диодов).The technical result in a device for recording pulsed electrical signals, which is made on a dielectric board with a relative dielectric constant ε1 IMSPL, the taps of which are connected via corresponding keys to the corresponding sampling and storage elements connected through series-connected expanders and a multi-input switch with corresponding inputs of a multi-bit analog-digital the converter, the control inputs of the keys through the communication elements are connected to the taps MPLS, performed on a dielectric board with a relative permittivity ε2, is achieved by the fact that the ISMPL and MPLSS are made on rectilinear or circular MPLs whose dielectric constants are connected by the relation ε1≫ε2, whose motherboards are located in different planes (one above the other), so that the sides boards with solid metallization are connected to each other electrically and mechanically, and the communication elements are made in the form of combined slots in the reverse metallization of each of the boards with a diameter of dsv, and in the MPLS board made directly above the strobe signal line, and in the IMSPL board, slots are made under the corresponding contact pads with a transverse dimension d spaced apart from the IMSPL by a distance ΔY, determined by the installation size of key elements (for example, high-speed mixing diodes).

Существо изобретения заключается в замедлении распространения регистрируемого сигнала по сравнению со строб-сигналом, что достигается благодаря различному значению диэлектрической проницаемости плат, а также в разнесении в пространстве линий распространения регистрируемого и строб-сигнала, что позволяет снизить до минимума паразитные индуктивности. Кроме того, предлагаемая конструкция обеспечивает возможность наращивания слоев, дает принципиальную возможность увеличения числа выборок и удлинения временной оси.The essence of the invention is to slow down the propagation of the recorded signal compared to the strobe signal, which is achieved due to the different values of the dielectric constant of the boards, as well as the separation in the space of the propagation lines of the registered and strobe signal, which allows to minimize parasitic inductances. In addition, the proposed design provides the ability to build layers, gives the fundamental possibility of increasing the number of samples and lengthening the time axis.

Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.1.The structural diagram of the proposed device is presented in figure 1.

На фиг.2 (а, б) представлено взаимное расположение линии (для случая линий кольцевой формы) и фрагмент поперечного разреза в месте расположения одной из кольцевых выборок обратной металлизации. Позиционные обозначения элементов на фиг.1,2 совпадают. Обозначения размеров с индексом 1 соответствуют ИЗМПЛ, размеры с индексом 2 соответствуют МПЛСС.Figure 2 (a, b) shows the relative position of the line (for the case of lines of annular shape) and a fragment of a transverse section at the location of one of the ring samples of reverse metallization. The positional designations of the elements in Fig.1,2 match. The designations of sizes with an index of 1 correspond to IMPL, the sizes with an index of 2 correspond to MPLSS.

Устройство содержит (нумерация сквозная по фиг.1 и фиг.2 (а, б)): ИЗМПЛ 1, выполненную, например, на плате из высокочастотного (ВЧ) диэлектрика типа ФЛАН16 (ε1=16), замедляющую микрополосковую линию 2 строб-сигнала, выполненную на плате, например, из фторопласта армированного фольгированного, имеющего диэлектрическую проницаемость ε2=2,6, ключи 3, элементы выборки и хранения 4, расширители импульсов 5, многовходовый коммутатор 6, многоразрядный АЦП 7. На чертеже представлены также элементы, не участвующие в формуле изобретения, например, согласованные нагрузки 8, 9 ИЗМПЛ и МПЛСС, выполненные в виде резисторов, входные разъемы 10, 11 этих линий, паразитные индуктивные элементы Lп. Элементами связи между МПЛСС 2 и контактными площадками 12 ключевых элементов являются выполненные в обратной металлизации 13 кольцевые прорези 14 плат 15 и 16 соответственно ИЗМПЛ 1 и МПЛСС 2, через которые образуется связь МПЛСС 2 и площадок 12 с эквивалентной емкостью Ссв. Ключи 3 могут быть выполнены на 2-х встречно включенных диодах, например высокоскоростных диодах Шотки типа HSCH 5314 производства фирмы Hewlett -Packard. Точка соединения диодов на соответствующей контактной площадке 12 является управляющим входом ключа и через паразитные индуктивные элементы Lп и эквивалентную емкость Ссв связи соединена с замедляющей МПЛСС. Выходная контактная площадка 17 каждого ключа выполняет функцию накопительной емкости Сн за счет емкости площадки на слой обратной металлизации.The device contains (end-to-end numbering in FIG. 1 and FIG. 2 (a, b)): IMSPL 1, made, for example, on a board from a high-frequency (HF) dielectric of the FLAN16 type (ε1 = 16), which slows down the microstrip line 2 of the strobe signal made on a circuit board, for example, of a reinforced foil fluoroplastic having a dielectric constant ε2 = 2.6, keys 3, sampling and storage elements 4, pulse expanders 5, multi-input switch 6, multi-bit ADC 7. The figure also shows elements that are not involved in the claims, for example, agreed upon loads 8, 9 IMLF and MPLSS, made in the form of resistors, input connectors 10, 11 of these lines, spurious inductive elements Lп. The communication elements between MPLSS 2 and contact pads 12 of the key elements are annular slots 14 of boards 15 and 16, made in reverse metallization 13, respectively, IZML 1 and MPLS 2, through which MPLS 2 and pads 12 are formed with an equivalent capacitance of SSB. Keys 3 can be performed on 2 on-board diodes, for example, high-speed Schottky diodes of the type HSCH 5314 manufactured by Hewlett-Packard. The connection point of the diodes on the corresponding contact pad 12 is the control input of the key and through parasitic inductive elements Lp and the equivalent capacitance Csv connection is connected to the slowing MPLS. The output contact pad 17 of each key performs the function of the storage capacitance Sn due to the capacity of the pad on the reverse metallization layer.

ИЗМПЛ и МПЛСС могут иметь одинаковое или различное значение волнового сопротивления. Точное значение ширины полосков W каждой из линий определяется исходя из заданного волнового сопротивления Z0 и толщины платы Н: W=f(H, Z0, ε, t), где t - толщина слоя металлизации, ε - диэлектрическая проницаемость по приведенным, например, в [5] графикам.IMSPL and MPLSS can have the same or different value of wave impedance. The exact value of the strip width W of each of the lines is determined based on a given wave impedance Z 0 and the thickness of the board Н: W = f (H, Z 0 , ε, t), where t is the thickness of the metallization layer, ε is the dielectric constant according to the above, for example , in [5] graphs.

На фиг.2 (а, б) обозначены следующие параметры и размеры:In figure 2 (a, b) the following parameters and dimensions are indicated:

ε1 и ε2 - относительные диэлектрические проницаемости ИЗМПЛ и МПЛСС;ε1 and ε2 are the relative permittivities of the IMSPL and MPLSS;

w1 и w2 - ширина полосков плат ИЗМПЛ и МПЛСС;w1 and w2 are the strip widths of the IMSPL and MPLSS boards;

t1 и t2 - толщина соответствующих полосков;t1 and t2 are the thickness of the corresponding strips;

h1 и h2 - толщина диэлектрика плат ИЗМПЛ и МПЛСС;h1 and h2 are the dielectric thickness of the IZPL and MPLSS boards;

dсв - диаметр кольцевых прорезей в обратной металлизации плат;dsv is the diameter of the annular slots in the reverse metallization of the boards;

d - размер контактных площадок (12) ключевых элементов (3);d - the size of the pads (12) of key elements (3);

ΔY - размер зазора для установки ключевых элементов (3);ΔY is the size of the gap for installing key elements (3);

ΔL - линейное расстояние между точками взятия выборок по ИЗМПЛ.ΔL is the linear distance between sampling points according to the Sample.

Элементы выборки и хранения 4 состоят из последовательно соединенных накопительного конденсатора Сн и резистора развязки Rp, точка соединения которых связана с ключом; второй конец резистора Rp через соответствующий расширитель 5 и общий многовходовый коммутатор 6 подключен к многоразрядному АЦП 7, оцифровывающему расширенный во времени эквивалент каждой выборки. В качестве накопительных конденсаторов элементов выборки и хранения дополнительно к емкости площадки могут быть использованы ЧИП накопительные конденсаторы небольшой емкости. В качестве расширителей могут быть использованы зарядовые усилители на стандартных ОУ, например на счетверенных ОУ АД 824 фирмы Analog Devices.The sampling and storage elements 4 consist of a series-connected storage capacitor Sn and an isolation resistor Rp, the connection point of which is connected to the key; the second end of the resistor Rp through the corresponding extender 5 and a common multi-input switch 6 is connected to a multi-bit ADC 7, which digitizes the time-extended equivalent of each sample. As storage capacitors of the sampling and storage elements, in addition to the capacity of the site, chip storage capacitors of small capacity can be used. As extenders, charge amplifiers can be used on standard op amps, for example, on quadruple op amps AD 824 from Analog Devices.

В качестве многоразрядных АЦП могут быть использованы стандартные быстродействующие АЦП подходящей разрядности типа АД 90** той же фирмы.As multi-bit ADCs, standard high-speed ADCs of suitable capacity type AD 90 ** of the same company can be used.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Регистрируемый импульсный электрический сигнал поступает на информационную замедляющую микрополосковую линию 1 и распространяется по ней. В тот момент, когда фронт сигнала почти дошел до конца линии 1, на вход микрополосковой линии 2 строб-сигнала поступает строб-сигнал, задержанный относительно регистрируемого, и распространяется, "догоняя" фронт регистрируемого сигнала. Строб-сигнал имеет вид треугольного импульса с шириной на полувысоте порядка 100 пс. Проходя через элементы связи 14 на ключи 3, строб-сигнал открывает их на небольшое время и дает возможность каждой выборке регистрируемого сигнала через открытые ключи 3 зарядить накопительный конденсатор Сн элемента выборки и хранения 4. Эти импульсные выборки через резисторы развязки Rp элементов выборки и хранения 4 поступают на входы расширителей 5, после чего расширенные до единиц микросекунд сигналы выборок, амплитуда которых пропорциональна амплитуде выборок из входного сигнала, через N-канальный коммутатор 6 поступают на входы АЦП 7, с выхода которого оцифрованные выборки поступают на обработку в ОЗУ ПК. Таким образом, зафиксированы все выборки импульсного электрического сигнала, который может быть восстановлен соответствующим считыванием и при необходимости визуализирован.The proposed device operates as follows. The recorded pulsed electrical signal is fed to the information retarding microstrip line 1 and distributed along it. At that moment, when the signal front has almost reached the end of line 1, a strobe signal delayed relative to the signal being detected is received at the input of the microstrip line 2 of the strobe signal and propagates, “catching up” the front of the recorded signal. The strobe signal has the form of a triangular pulse with a width at half maximum of about 100 ps. Passing through the communication elements 14 to the keys 3, the strobe signal opens them for a short time and makes it possible for each sample of the registered signal through the public keys 3 to charge the storage capacitor Sn of the sampling and storage element 4. These pulse samples are through decoupling resistors Rp of the sampling and storage elements 4 fed to the inputs of expanders 5, after which the sample signals expanded to units of microseconds, the amplitude of which is proportional to the amplitude of the samples from the input signal, through the N-channel switch 6 are fed to the inputs of the ADC 7, from the output of which the digitized samples are sent to the PC RAM for processing. Thus, all samples of a pulsed electrical signal are recorded, which can be restored by appropriate reading and visualized if necessary.

Рассмотрим более подробно работу устройства. Строб-сигнал, догнав в конце линии фронт исследуемого сигнала, возьмет из него N выборок с эффективным шагом дискретизации: ΔTэф=ΔТ1-ΔТ2, гдеConsider in more detail the operation of the device. The strobe signal, catching up at the end of the line the front of the signal under investigation, will take N samples from it with an effective sampling step: ΔTeff = ΔT 1 -ΔT 2 , where

ΔT1 - время прохождения участка ΔL регистрируемым сигналом;ΔT 1 is the transit time of the ΔL portion of the recorded signal;

ΔТ2 - время прохождения участка ΔL строб-сигналом.ΔT 2 is the transit time of the ΔL section by a strobe signal.

Рассчитаем основные параметры системы из двух МПЛ (МПЛСС и ИЗМПЛ), выполненных на высокочастотных диэлектриках с различными диэлектрическими проницаемостями ε1 и ε2. Пусть ΔL линейное расстояние между соседними выводами для считывания сигнала. Тогда эффективный шаг дискретизации Тэф, вычисленный как разница времен прохождения сигналами участка ΔL по двум параллельным линиям, составит:

Figure 00000002
Let us calculate the main parameters of a system of two MPLs (MPLSS and IZML) made on high-frequency dielectrics with different permittivities ε1 and ε2. Let ΔL be the linear distance between adjacent terminals for reading the signal. Then the effective sampling step Teff, calculated as the difference in the transit times of the signals ΔL along two parallel lines, will be:
Figure 00000002

В формулах (1, 2) под ε1 и ε2 подразумеваются эффективные относительные диэлектрические проницаемости, вычисляемые, например, по формулам из [5].In formulas (1, 2), ε1 and ε2 are the effective relative permittivities calculated, for example, by the formulas from [5].

Как правило, в ТЗ на разработку обычно задаются Тэф и длительность цифровой развертки - Тцр, поэтому расстояние ΔL определяется из формулы (1). При этом полная длина линий сигнала и строб-сигнала L, в отличие от системы с меандровой линией, одинакова и равна:

Figure 00000003
As a rule, in the design specification, the Teff and the duration of the digital sweep are usually set to Tcr, so the distance ΔL is determined from formula (1). In this case, the total length of the signal lines and strobe signal L, in contrast to a system with a meander line, is the same and equal to:
Figure 00000003

В то же время для системы с меандром длина меандровой линии сигнала будет в Nz раз больше длины линии строб-сигнала, причем коэффициент Nz равен коэффициенту замедления ИЗМПЛ: Nz=Тсиг/Тстр, где Тсиг и Тстр - время распространения по линиям сигнала и строба между точками взятия выборок. Это в свою очередь, обусловит рост потерь на затухание в проводниках Ап в Nz раз, которые для полосковой линии оцениваются по формуле, приведенной в [5]:

Figure 00000004
где w - ширина проводника и L - длина линии выражены в одних единицах длины, Z - волновое сопротивление МПЛ, Ом. С ростом потерь, при увеличении длины линии снижается полоса пропускания линии исследуемого сигнала, ограничивая временное разрешение, что характерно для прототипа. Из формулы (3), подставляя в нее Ап=3 дБ (затухание на частоте, равной граничной Fгр), и длины ИЗМПЛ для предлагаемого устройства и прототипа, получаем:
Figure 00000005
At the same time, for a system with a meander, the meander line length of the signal will be Nz times greater than the length of the strobe signal line, and the coefficient Nz is equal to the deceleration coefficient of the IMSPL: Nz = Tsig / Tstr, where Tsig and Tstr are the propagation time along the signal and strobe lines between sampling points. This, in turn, will lead to an increase in attenuation losses in the conductors An by a factor of Nz, which are estimated for the strip line using the formula given in [5]:
Figure 00000004
where w is the width of the conductor and L is the length of the line are expressed in units of length, Z is the wave resistance of the MPL, Ohm. With increasing losses, with increasing line length, the bandwidth of the line of the signal under study decreases, limiting the time resolution, which is typical for the prototype. From formula (3), substituting An = 3 dB (attenuation at a frequency equal to the boundary Fgr) and the IMSPL length for the proposed device and prototype, we obtain:
Figure 00000005

Таким образом, в предлагаемом устройстве достигается расширение полосы пропускания не менее чем в Nz2 раз при условии, что основным фактором потерь в ИЗМПЛ являются потери на затухание. Пространственное разнесение в разные слои линий сигнала и строба снимает ограничения по зазору между МПЛСС и ИЗМПЛ, присущие прототипу. Это, в свою очередь, позволяет снизить до возможного минимума (десятые доли нГн) значения паразитных индуктивностей в цепях прохождения выборки сигнала от ИЗМПЛ до расширителей. При этом появляется возможность повысить частоту дискретизации не менее чем до 10 ГГц (путем снижения расстояния между точками выборок регистрируемого сигнала) и тем самым регистрировать импульсные сигналы с короткими фронтами (порядка 100 пс).Thus, the proposed device achieves an increase in the bandwidth of at least Nz 2 times, provided that the main factor in the losses in the SIPL is attenuation loss. Spatial separation in different layers of the signal and strobe lines removes the limitations on the gap between MPLS and ISPL inherent in the prototype. This, in turn, makes it possible to reduce to a possible minimum (tenths of a nH) the values of parasitic inductances in the paths of a signal sample from IMSPL to expanders. In this case, it becomes possible to increase the sampling frequency to at least 10 GHz (by reducing the distance between the sampling points of the recorded signal) and thereby register pulsed signals with short edges (of the order of 100 ps).

Изготовление микрополосковой линии распространения регистрируемого сигнала существенно проще, чем изготовление меандровой линии, что обеспечивает улучшение технологичности изготовления устройства.The manufacture of a microstrip signal propagation line is much simpler than the manufacture of a meander line, which improves the manufacturability of the device.

Кроме того, предлагаемая конструкция имеет следующие достоинства:In addition, the proposed design has the following advantages:

- Предлагаемое устройство может быть выполнено на кольцевой конфигурации ИЗМПЛ и МПЛСС, что снижает габариты устройства и позволяет не применять редкие СВЧ диэлектрики с высоким значением диэлектрической проницаемости. Например, в качестве материала для ИЗМПЛ можно использовать серийный СВЧ диэлектрик ФЛАН-16 (ε=16), a в качестве материала для МПЛСС СВЧ диэлектрик ФАФ (ε=2,6).- The proposed device can be performed on the ring configuration of the IMSPL and MPLSS, which reduces the dimensions of the device and eliminates the need for rare microwave dielectrics with a high dielectric constant. For example, as a material for IMSPL, you can use a serial microwave insulator FLAN-16 (ε = 16), and as a material for MPLSS a microwave insulator FAF (ε = 2.6).

- Патентуемая конструкция связи МПЛСС и ИЗМПЛ позволяет минимизировать влияние линий друг на друга, а следовательно, повысить качество считанного сигнала, снизить искажения строб-сигнала и исследуемого сигнала при распространении.- Patented communication design of MPLSS and ISPL allows minimizing the influence of lines on each other, and therefore, improving the quality of the read signal, reducing the distortion of the strobe signal and the signal under investigation during propagation.

- Конструкция предлагаемого устройства позволяет наращиванием слоев расширить временную ось путем увеличения числа точек считанного сигнала (при сохранении высокой частоты дискретизации). Длительность временной оси: Твр=Тцр·k, где k - число слоев, каждый из которых имеет длительность цифровой разверки Тцр.- The design of the proposed device allows the buildup of layers to expand the time axis by increasing the number of points of the read signal (while maintaining a high sampling frequency). Duration of the time axis: Tvr = Tcr · k, where k is the number of layers, each of which has a digital scan duration of Tcr.

Таким образом, предлагаемое устройство, обладая достоинствами прототипа, имеет по сравнению с ним преимущества, заключающиеся в расширении полосы пропускания, как минимум, в 2 раза, повышении частоты дискретизации, улучшении технологичности изготовления устройства.Thus, the proposed device, having the advantages of a prototype, has compared with it the advantages of expanding the bandwidth by at least 2 times, increasing the sampling frequency, improving the manufacturability of the device.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. Патент РФ №1347858, 1985 г. "Способ дискретной регистрации формы одиночного электрического импульса и устройство для его осуществления".1. RF patent No. 1347858, 1985. "A method for discrete registration of the shape of a single electric pulse and a device for its implementation."

2. Патент РФ №1826743, 1991 г. "Осциллографический аналого-цифровой регистратор одиночных электрических импульсов".2. RF patent No. 1826743, 1991, "Oscillographic analog-to-digital recorder of single electrical pulses."

3. Т.Е.Макэван, Дж.Килкенни 32-ГГц регистратор однократных импульсов R&D Magazin, oct.1993 - Прототип.3. T.E. Makevan, J. Kilkenny 32-GHz single pulse recorder R&D Magazin, oct. 1993 - Prototype.

4. Thomas E. McEwan HIGH SPEED TRANSIENT SAMPLER, US Patent №5471162, МКИ Н 03 К 5/125, НКИ 327/92.4. Thomas E. McEwan HIGH SPEED TRANSIENT SAMPLER, US Patent No. 5471162, MKI H 03 K 5/125, NCI 327/92.

5. В.И.Вольмана Справочник по расчету и конструированию СВЧ-полосковых устройств, М.: Радио и связь, 1982 г.5. V.I. Volman Reference for the calculation and design of microwave strip devices, M .: Radio and communications, 1982

Claims (1)

Устройство для регистрации импульсных электрических сигналов, содержащее выполненную на диэлектрической плате с относительной диэлектрической проницаемостью ε1 информационную замедляющую микрополосковую линию (ИЗМПЛ), отводы которой через соответствующие ключи соединены с соответствующими элементами выборки и хранения, соединенными через последовательно включенные расширители и многовходовой коммутатор с соответствующими входами многоразрядного АЦП, управляющие входы ключей через элементы связи соединены с отводами микрополосковой линии строб-сигнала (МПЛСС), выполненной на диэлектрической плате с относительной диэлектрической проницаемостью ε2, отличающееся тем, что ИЗМПЛ и МПЛСС выполнены на микрополосковых линиях (МПЛ), диэлектрические проницаемости плат которых связаны соотношением ε1≫ε2, платы расположены одна над другой так, что стороны плат со сплошной металлизацией соединены друг с другом электрически и механически, а элементы связи выполнены в виде совмещенных прорезей в сплошной металлизации каждой из плат, причем в плате МПЛСС прорези сделаны непосредственно над линией строб-сигнала, а в плате ИЗМПЛ прорези расположены под соответствующим рядом контактных площадок, отстоящих от ИЗМПЛ на расстояние ΔY, определяемое только установочными размерами ключей.A device for recording pulsed electrical signals, comprising an information slowdown microstrip line (IMSPL) made on a dielectric board with a relative dielectric constant ε1, the taps of which are connected via appropriate keys to the corresponding sampling and storage elements connected through series-connected expanders and a multi-input switch with the corresponding inputs of a multi-bit ADCs, control inputs of keys through communication elements connected to the taps of microbands of a strobe signal line (MPLS) made on a dielectric board with a relative permittivity ε2, characterized in that IMSPL and MPLS are made on microstrip lines (MPL), the dielectric constants of which are connected by the ratio ε1≫ε2, the boards are located one above the other so that the sides of the boards with continuous metallization are electrically and mechanically connected to each other, and the communication elements are made in the form of combined slots in the continuous metallization of each of the boards, and in the MPLSS board, the slots are made sredstvenno over the line the strobe signal, and a board slot located under IZMPL respective row of contact pads spaced a distance from IZMPL ΔY, defined only mounting dimensions keys.
RU2005108713/28A 2005-03-28 2005-03-28 Device for registration of pulse electric signals RU2282861C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005108713/28A RU2282861C1 (en) 2005-03-28 2005-03-28 Device for registration of pulse electric signals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005108713/28A RU2282861C1 (en) 2005-03-28 2005-03-28 Device for registration of pulse electric signals

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2282861C1 true RU2282861C1 (en) 2006-08-27

Family

ID=37061371

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005108713/28A RU2282861C1 (en) 2005-03-28 2005-03-28 Device for registration of pulse electric signals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2282861C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2312369C1 (en) * 2006-07-10 2007-12-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт импульсной техники" (ФГУП НИИИТ) Device for registration of impulse electric signals

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5471162A (en) * 1992-09-08 1995-11-28 The Regents Of The University Of California High speed transient sampler
SU1422857A1 (en) * 1986-12-31 1996-10-10 А.И. Голышев Device recording single and-rarely-repeated signals
SU1826743A1 (en) * 1990-04-09 1997-02-20 Научно-исследовательский институт импульсной техники Oscilloscope analog-digital recorder of single electric pulses
FR2764070A1 (en) * 1997-05-28 1998-12-04 Commissariat Energie Atomique Electrical sampler of very short, non-repeating impulses e.g. from X=ray or gamma detectors

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1422857A1 (en) * 1986-12-31 1996-10-10 А.И. Голышев Device recording single and-rarely-repeated signals
SU1826743A1 (en) * 1990-04-09 1997-02-20 Научно-исследовательский институт импульсной техники Oscilloscope analog-digital recorder of single electric pulses
US5471162A (en) * 1992-09-08 1995-11-28 The Regents Of The University Of California High speed transient sampler
FR2764070A1 (en) * 1997-05-28 1998-12-04 Commissariat Energie Atomique Electrical sampler of very short, non-repeating impulses e.g. from X=ray or gamma detectors

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
World's Fastest Solid-State Digitizer, Energy & Technology Review, Apr., 1994, McEwan et al., pp.1-6. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2312369C1 (en) * 2006-07-10 2007-12-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт импульсной техники" (ФГУП НИИИТ) Device for registration of impulse electric signals

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lewis et al. Millimicrosecond Pulse Techniques: International Series of Monographs on Electronics and Instrumentation
Grove Sampling for oscilloscopes and other RF systems: DC through X-band
US6674339B2 (en) Ultra wideband frequency dependent attenuator with constant group delay
US2619537A (en) High-frequency delay device
CN108226656B (en) Electromagnetic field composite passive probe
CN108152606B (en) Electric field passive probe
US9651576B2 (en) Low-side coaxial current probe
AU634433B2 (en) Coplanar 3db quadrature coupler
US2951149A (en) Microwave radio receiver
IE42349B1 (en) Improvements in or relating to electrical filters
US20160380609A1 (en) Alternating current (ac) coupler for wideband ac signals and related methods
RU2282861C1 (en) Device for registration of pulse electric signals
Winningstad Nanosecond pulse transformers
CN108459203A (en) A kind of ultra wide band scanning frequency pulse power detection device and method
CN214848990U (en) Gradual change directional coupler
CN110095656B (en) Probing Modules and Probes
EP1316806A1 (en) Non-contact measuring probe device for directional detection of an electromagnetic wave and measuring method
RU2312369C1 (en) Device for registration of impulse electric signals
US3784937A (en) Blocking capacitor for a thin-film rf transmission line
US6246044B1 (en) Switched electrical pulse propagation sampler
WO2019211833A1 (en) Printed circuit board based high frequency rf coaxial transmission line using buried vias and method of fabrication thereof
De Melo et al. Coplanar strips interdigital delay line for instantaneous frequency measurement systems
JPH0946006A (en) Signal transmission structure
Lampton et al. Planar double delay-line readout technique for microchannel plate detectors
JP2634259B2 (en) High frequency signal direction finder

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20100915

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110329