[发明专利]纳秒级高压脉冲开关驱动电路

权利要求书

1.一种纳秒级高压脉冲开关驱动电路，其特征在于：包括信号边沿锁存提取电路、正负高压转换电路、控制信号反向增强电路和MOSFET开关电路；

信号边沿锁存提取电路用于输入信号的脉宽提取，选用高速触发逻辑器件对输入的TTL信号进行边沿提取，输入信号脉宽最窄为纳秒级；

正负高压转换电路用于进行跟随控制，具有一定时间差的正负脉冲信号作为跟随控制芯片的时钟信号和控制信号；

控制信号反向增强电路，采用数个高速反相器对两路、具有一定宽度的脉冲信号进行边沿采集以获得多路脉冲信号；

MOSFET开关电路选用高速MOSFET开关管，在驱动信号控制下，MOSFET开关管实现纳秒级通断操作，以输出纳秒级正负高压脉冲信号；

所述的信号边沿锁存提取电路，电容C1、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4的一端均与TTL输入信号signal及触发器U2的9端相连，电容C1、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4的另一端均接GND端；电容C2一端与触发器U2的10端及+5VCC相连，其另一端接GND端；电阻R10一端与触发器U2的11端、12端、13端相连，其另一端与电容C11及触发器U5的3端相连，电容C11的另一端接GND端；触发器U2的1端、14端与+5VCC相连，7端接GND端；电阻R6、电阻R7、电阻R8、二极管D14正端和触发器U2的6端相连，电阻R6的另一端为控制B端，电阻R7的另一端与二极管D14负端及电容C5相连，电容C5的另一端接GND端，电阻R8的另一端接三极管M11的基极；三极管M11的发射极接+5VCC，集电极为控制A端；电容C3一端与触发器U3的2端、4端、13端、14端相连至+5VCC，其另一端接GND端；电容C4、电阻R5、二极管D12负端与触发器U3的10端相连，电容C4的另一端接GND端，电阻R5的另一端与二极管D12的正端及触发器U3的3端、9端相连，触发器U3的7端接GND端，触发器U3的1端、6端与触发器U2的12端相连，触发器U3的11端与触发器U2的2端、8端相连；电阻R9、二极管D13负端与触发器U2的3端、4端、5端及触发器U5的2端相连，电阻R9的另一端、二极管D13正端、电容C6与触发器U4的3端相连；电容C6的另一端接GND端，电容C7的一端与触发器U4的2端、4端、10端、12端、14端 相连至+5VCC，电容C7的另一端接GND端；电容C8一端与GND 相连，另一端与触发器U4的1端、6端相连为信号SIG_B端；电容C9一端与GND相连，另一端与触发器U4的8端、11端、13端相连；触发器U4的9端为信号SIG_A端，触发器U4的7端接GND端；电容C12的一端与触发器U5的4端、5端相连，其另一端接GND端；电容C10的一端与触发器U5的1端、10端、12端、14端相连至+5VCC，其另一端接GND端；电容C13的一端接GND端，另一端与触发器U5的8端、11端、13端相连为信号SIG_C端；触发器U5的7端接GND端，触发器U5的6端为信号SIG_D端；

输入TTL信号signal的周期为T0，脉宽是可变的，当纳秒TTL信号输入时，双路高速触发器U2采集TTL输入信号signal的边沿信息，并由高速锁存器U3锁存signal的上升沿和下降沿，由U2缓冲后，上升沿用于驱动开关管M11，得到控制A信号，用于提升+50V输出开关电平，下降沿经R6缓冲后得到控制B，用于拉低-200V输出的开关电平；同时U4和U5触发器分别将U2采集的signal信号的边沿信息转换成弱驱动信号SIG_A、SIG_B、SIG_C和SIG_D，其中SIG_A和SIG_B经反向增强后用于驱动控制+50V的MOSFET开关管M17的通断，SIG_C和SIG_D经反向增强后用于驱动控制-200V的MOSFET开关管M14的通断；

所述的正负高压转换电路，电容C19的一端与电源转换模块U10的22端、23端相连至供电+12V端，电阻R16一端与电源转换模块U10的16端、17端相连，电阻R16的另一端与电源转换模块U10的15端相连至输出-200V端，电源转换模块U10的8端与9端相连，电源转换模块U10的2端、3端、12端、13端接GND端；电容C18的一端与电压转换模块U9的22端、23端相连至供电+12V端，电阻R15一端与电压转换模块U9的16端相连，电阻R15的另一端与电压转换模块U9的8端、10端、15端、17端相连至GND端，电压转换模块U9的2端、3端接GND端，电压转换模块U9的13端为输出+50V端；

所述的控制信号反向增强电路，电容C21的一端接GND端，另一端与反相器U12的14端相连至+7VDC端；反相器U12的1端、3端、5端、9端、11端、13 端与输入信号SIG_A端相连，反相器U12的2端、4端、6端、8端、10端、12端与输出端反向A相连；电容C22的一端接GND端，另一端与反相器U13的14端相连至+7VDC端；反相器U13的1端、3端、5端、9端、11端、13端与输入信号SIG_B端相连，反相器U13的2端、4端、6端、8端、10端、12端与输出端反向B相连；电容C23的一端接GND端，另一端与反相器U14的14端相连至+7VDC端；反相器U14的1端、3端、5端、9端、11端、13端与输入信号SIG_C端相连，反相器U14的2端、4端、6端、8端、10端、12端与输出端反向C相连；电容C24的一端接GND端，另一端与反相器U15的14端相连至+7VDC端；反相器U15的1端、3端、5端、9端、11端、13端与输入信号SIG_D端相连，反相器U15的2端、4端、6端、8端、10端、12端与输出端反向D相连；

所述的MOSFET开关电路，电容C26一端与输入反向A端相连，另一端与电阻R20、开关管M15的基极相连；电阻R20另一端与电容C27 的正端、开关管M15的发射极相连至+50V端；电容C27的负端接GND端，开关管M15的集电极、开关管M19的集电极与电容C28的一端相连，开关管M19的基极与输入反向B端相连，开关管M19的发射极接GND端，电容C28的另一端与开关管M16的集电极、开关管M17的基极相连；开关管M16的基极与控制A端相连，开关管M16的发射极接+50V端；开关管M17的集电极与开关管M14的集电极相连至输出SMA端，电容C29、电阻R21、稳压管KZ6正端与开关管M17的发射极相连，电容C29的另一端与电阻R21的另一端相连至GND端，稳压管KZ6的负端接+50V端；电容C30一端接输入反向C端，其另一端与电阻R22、开关管M18的基极相连；电阻R22的另一端与电容C31的正端、开关管M18的发射极相连至+50V端，电容C31的负端接GND端，开关管M18的集电极、开关管M12的集电极与电容C32一端相连；开关管M12的基极与输入反向D端相连，开关管M12的发射极接GND端，电容C32的另一端与开关管M13集电极、开关管M14的基极相连，电容C32的另一端与开关管M13的集电极、开关管M14的基极相连，开关管M13的基极与输入控制B端相连，开关管M13的发射极接-200V端；电阻R23、电容C33、稳压管KZ5的负端与开关管M14的发射极相连，电阻R23的另一端与电容C33的另一端相连至 GND端，稳压管KZ5的正端接-200V端。