具有方波输出的快速倍频器

为了扩展工作频率范围，我需要从一个非常快速的单触发电路开始。由于无法购买合适的设备，我设计了一个类似于无处不在的 555 计时器的设备，但具有更快的组件。快速异或门、快速比较器、快速触发器和快速放电晶体管是性的主要组件。该性电路的工作频率高达 50 MHz（甚至可能更高）。

因此，我开始思考和研究扩展近发布的方波倍频器电路的频率范围的可能方法。
为了扩展工作频率范围，我需要从一个非常快速的单触发电路开始。由于无法购买合适的设备，我设计了一个类似于无处不在的 555 计时器的设备，但具有更快的组件。快速异或门、快速比较器、快速触发器和快速放电晶体管是性的主要组件。该性电路的工作频率高达 50 MHz（甚至可能更高）。
我使用的比较器是德州仪器 (TI) 的 TLV3501，以轨到轨（输入和输出）运行，驱动 17 pF 时的典型传播延迟为 4.5 ns（值 6.4 ns）。
它是我的电路中使用的昂贵的组件（每 1000 个数量为 1.62 美元），但它速度快、价格合理且容易获得。其他组件价格便宜、速度快且广泛应用于电子行业。（MMBT2369 是 2N2369 的表面贴装版本，其历史可以追溯到 20 世纪 60 年代初期，但速度相当快且价格便宜。）
当驱动几皮法电容时，74LVC1Gxx 部件的传播延迟时间约为 1 ns，并且它们可以在 5 V 电源电压下运行（这是我的偏好）。我使用了 TLV9052 双运算放大器，它具有无限的输入阻抗（好吧，几乎），并且可以轨到轨、输入和输出运行。74LVC1G86 XOR 门很方便，因为它可以用作反相器或缓冲器，我使用了其中的几个。
电路工作的简单描述：负反馈强制超快单触发产生 50% 占空比方波输出。为了方便测试，我在输入端添加了一个 50 欧姆终端和一个缓冲器/方波器，在输出端添加了一个 50 欧姆驱动器。
详细描述（图 1）： 50% 占空比方波是异或门 U3（通过 U7）的输入，导致 U5 的 2 ns 脉冲输出应用于翻转的 /S 输入-翻牌，U2。触发器的 /Q 输出变低并关闭放电晶体管 Q3，从而允许定时电容器 C4 开始充电。Q3 的输出是一个斜坡电压，通过 R1 施加到比较器 U1 的反相输入端。当电压斜坡达到 R4 和 R5 设置的参考电压时，比较器的输出变低。这会重置触发器，导致放电晶体管导通并对定时电容器 C4 放电，然后重复该循环。

图 1超快单触发电路通过负反馈强制产生 50% 占空比方波输出。

C4 的充电电流由 Q1 和相关组件提供。充电电流由运放 U6A 的负反馈控制，这迫使单触发产生占空比为 50% 的方波，该方波经过低通滤波后，会产生正好 2.5 V 的直流电压（如果电源电压正好是5V）。R18 和 R19 的容差将决定该电压的程度。
U6B 及其相关组件提供的参考电压通过精密（或匹配）电阻器 R18 和 R19 设置为 2.5 V。该基准将跟踪 +5 V 电源，以便在电源电压发生变化时，电路的 50% 占空比方波输出保持在 50%。（触发器的轻负载输出也会跟踪电源电压的变化。）
模拟、实施、测试和结果
我使用LTspice来设计和仿真电路。然后我使用 Express PCB 的工具设计并布局了双面电路板，底部有接地层。我使用 AppCad（可在网络上获取）来模拟关键迹线上的信号过冲/下冲。我将电阻器与一些较长的走线串联插入，以获得快速信号，以减少过冲/下冲。除了 Q1、Q2、输入和输出 SMA 连接器以及连接器 P1 和 P3 之外，我对所有组件都使用了表面贴装器件。（未使用 P2。）标记为 T1 到 T12 的点是测试点（PCB 上的镀通孔）。加载后的电路板如图2所示。

图2已加载的双面电路板，底部有接地层，标记为T1 至T12 的点为测试点。

当我用其他值的 C4 进行测试时，C4 的 10 pF 电容器留在电路中。其他值焊接在 PCB 上，但连接到安装在 PCB 上的 0.100 英寸中心连接器，因此我可以使用滑动短路片单独选择它们。这就是为什么 C4 的所有其他值都有一个额外的 10 pF 用于频率范围测试。
LTspice 和 AppCad 仿真很好地预测了电路性能。表 1显示了性能范围与 C4 的几个值的关系。

表1不同C4值的性能范围。

该电路将倍频器的工作频率范围扩展至36 MHz，是原电路频率上限的10倍以上。