快脉冲传输线分布电容补偿模型和计算方法

根据传输线理论和分布参数理论提出等效分布电容补偿模型，得出快脉冲传输线上多个电容负载造成取样波形失真，并给出两种匹配计算方法和公式。数值计算结果表明等效分布电容法对均匀分布的多个小负载电容脉冲传输线具有很好的补偿作用。
关 键 词 快脉冲传输线; 等效分布电容模型; 匹配方法; 数值计算
中图分类号 TN817; TN701 文献标识码 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
测量具有百皮秒上升沿激光脉冲的传统方案是光电二极管和高速示波器组合测量[1-2]，对于大型激光工程的多路测试是十分不经济和不现实的。基于微带横截面取样技术[3]的集成取样门是一种低成本和小型化的解决方案，它将皮秒级单次快脉冲沿脉冲传输线的时间分布变为横向等时间间隔的空间位置分布，通过高速取样门将各点信号不失真地取出。因此传输线上的取样门数越多，采样点就越多，取样波形就越真实。但是有一个问题[4-5]：取样门不能对脉冲传输线过分加载，即传输线上的取样门数不能过多，否则沿线传播的信号将产生严重失真，因此必须对传输线进行补偿。本文基于传输线理论和分布参数理论提出的等效分布电容补偿模型，对于较短的脉冲传输线和较小取样门负载具有很好的补偿作用。
1 等效分布电容补偿模型
图1为快脉冲传输线负载模型，根据传输线理论和分布参数理论，取样门最终可等效为加载到传输线的多个容值很小(0.3 pF)的电容负载。由于容性负载的缘故，传输线取样点(抽头处)的波形会产生较大失真，从而导致整个取样波形产生失真。 RLNCh
假定负载电容个数为N，负载电容为Ch，匹配阻抗为纯电阻RL。实际情况中，N个负载电容沿传输线均匀分布，且传输线的总长度不是很长，即传输损耗在可接受的范围内，2 匹配计算方法
由式(3)表明，为保证阻抗匹配，有两种选择：(1) 终端负载匹配计算法，即微带物理特性阻抗Z0保持不变，改变负载匹配阻抗RL以保证式(3)成立；(2) 特性阻抗匹配计算法，即负载匹配阻抗RL不变，改变微带物理特性阻抗(真实阻抗)Z0以保证式(3)成立。