《电子技术应用》２００７年第５期本刊邮箱：ｅｔａ＠ｎｃｓｅ．ｃｏｍ．ｃｎ图２单片机和ＣＰＬＤ的硬件连接原理图
高重复频率的固体开关技术是脉冲功率领域研究的重点之一。

在兆赫兹重复频率下，适合构成固体开关的功率电子器件有金属氧化物半导体场效应晶体管（ＭＯＳ－ＦＥＴ）、
砷化镓光导开关（ＧａＡｓ－ＰＣＳＳ）等。

对于将功率ＭＯＳ－ＦＥＴ器件作为固体开关的脉冲功率源，由于单个功率ＭＯＳＦＥＴ器件的耐压和输出电流能力有限，为了得到更高的电压和更大的电流，需要对大量的功率ＭＯＳＦＥＴ器件进行串联和并联。

美国利弗莫尔国家实验室（ＬＬＮＬ）用于产生２０ｋＶ、４００Ａ的脉冲功率源，一共使用了７２０个功率ＭＯＳ－ＦＥＴ器件［１］。

这些功率ＭＯＳＦＥＴ器件在产生输出脉冲时是
同步触发的，这样就需要有多通道的同步触发信号。

功率ＭＯＳＦＥＴ的开关速度非常快，一般为十几纳秒。

因此，对同步输出的触发信号需要的时间抖动要小于ＭＯＳＦＥＴ器件的开关时间，
否则将会引起并联的
ＭＯＳＦＥＴ器件的电流不均匀，导致器件损坏。

ＭＯＳＦＥＴ器
件的开关完全是由输入栅极驱动信号决定的，为了能使功率ＭＯＳＦＥＴ器件能在ＭＨｚ的重复频率下工作，要求触发信号源有很小脉宽的输出能力。

本文介绍了一种可用于兆赫兹重复频率的脉冲功率源上作为触发信号的多通道可调脉宽、频率的脉冲发生器的设计。

１系统的组成和工作原理
脉冲发生器的系统结构如图１，整个系统由控制部分和光纤发射电路部分组成。

在控制部分中，单片机８９Ｓ５２和可编程逻辑器件（ＣＰＬＤ）ｉｓｐＬＳＩ１０３２Ｅ组成了脉冲产生的逻辑硬件核心。

单片机负责接收并解析上位机（ＰＣ机）的设置信息，如输出脉冲的宽度，频率和个数，通过运算得
到ＣＰＬＤ所需的分频数，并通过８位总线传输给ＣＰＬＤ，由
ＣＰＬＤ产生多个通道同步输出的脉冲信号。

单片机还可以
读取ＣＰＬＤ中关于输出脉冲的设置，处理后返回到上位机作为诊断信息。

ＣＰＬＤ的优点是可用Ｉ／Ｏ口多，可以实现多通道的同步输出。

光纤发射电路将每一路控制产生的脉冲信号经驱动增强电路之后，分成１２路的同步脉冲，用光纤发射器件以光信号的方式输出。

２硬件设计
控制部分的核心是单片机和ＣＰＬＤ器件，它们之间的接口方式一般有独立方式和总线方式两种。

独立方式最大的优点是接口逻辑无须遵循单片机内固定的总线方式的读写时序。

总线方式具有编程简单、速度快的优点。

本设计采用８位总线方式，图２为硬件连接原理图。

设计
多通道可调脉宽脉冲发生器设计
张良，秦玲，刘承俊，章林文
（中国工程物理研究院流体物理研究所，四川绵阳６２１９００）
摘要：一种用于功率ＭＯＳＦＥＴ器件触发信号产生的多通道可调脉宽脉冲发生器。

该装置具有控制简单，多个通道时间抖动小的特点。

关键词：信号发生器多通道脉宽可调
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《电子技术应用》２００７年第５期
欢迎网上投稿ｗｗｗ．ａｅｔｎｅｔ．ｃｎｗｗｗ．ａｅｔｎｅｔ．ｃｏｍ．ｃｎ图４脉冲信号发生器控制程序用户界面
图３单路光纤发射原理图
中选用的ＣＰＬＤ是Ｌａｔｔｉｃｅ公司的ｉｓｐＬＳＩ１０３２Ｅ－
１２５ＬＪ，ＣＰＬＤ的时钟采用８０ＭＨｚ的有源晶振，
产生的脉冲的最小脉宽为１２．５ｎｓ，最大的脉冲宽度为１２．５×２５６＝３１８７．５ｎｓ。

在脉冲串输出模式下最多可以输出２５５个脉冲；在连续输出模式下，输出脉冲个数不受限制。

这样的设计可以满足脉冲功率源的应用范围。

单路光纤发射电路原理图见图３。

为了使光纤发射器件有足够的驱动电流，电路中用了３个与非门并联驱动。

每一个ＣＰＬＤ的输出端口都由光纤发射电路分成１２路同步光信号输出，因此，最后能得到的触发信号的路数可以是非常多的，足以满足现阶段开展的脉冲功率源的研究需要。

３软件设计
信号发生器需要编写上位机（ＰＣ机）、单片机和ＣＰＬＤ的程序。

在ＰＣ机上，用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ
ＶｉｓｕａｌＳｔｕｄｉｏ２００５作为开发平台，以ＶＢ作为
开发语言，采用Ｓｙｓｔｅｍ．ＩＯ．Ｐｏｒｔｓ．ＳｅｒｉａｌＰｏｒｔ作为串口通信的控件，编写了上位机的控制程序。

ＳｅｒｉａｌＰｏｒｔ控件很好地封装了串口通信的操作，编写程序仅仅需要调用Ｗｒｉｔｅ和ＲｅａｄＢｙｔｅ这两个函数［２］。

ＰＣ的功
能模块包括设置和获取信号发生器输出脉冲的宽度、数量、频率、复位单片机等。

开发的脉冲信号发生器控制程序的用户界面如图４所示。

单片机８９Ｓ５２程序的各个函数模块之间的关系和程序流程如图５和图６所示。

整个程序以串口中断处理函数作为程序的主流程。

同时，由于把ＣＰＬＤ作为单片机的外部数据存储器，单片机对ＣＰＬＤ的控制程序就简化为对ＣＰＬＤ映射的几个端口的读写。

ＣＰＬＤ以Ｌａｔｔｉｃｅ公司的ｉｓｐＬｅｖｅｌ３做为开发工具，用ＶＨＤＬ作为开发语言，包括端口映射模块和脉冲生成模
块。

端口映射模块模拟单片机的读写时序，将ＣＰＬＤ映
射为单片机的０ｘ８０～０ｘ８２这几个地址。

其ＶＨＤＬ语言关键代码如下：ｐｒｏｃｅｓｓ（ＡＬＥ，ＲＤ）ｂｅｇｉｎ
ｉｆ（（ＡＬＥａｎｄＲＤ）＝′
１′）ｔｈｅｎｒｅａｄ＜＝′１′
；ｅｎｄｉｆ；
ｉｆ（（ＡＬＥａｎｄＲＤ）＝′０′）ｔｈｅｎ
ｒｅａｄ＜＝′０′
；ｅｎｄｉｆ；ｅｎｄｐｒｏｃｅｓｓ；
－－从总线上读数据
ｐｒｏｃｅｓｓ（ｒｅａｄ）ｂｅｇｉｎ
ｉｆ（ｒｅａｄ′ＥＶＥＮＴａｎｄｒｅａｄ＝′０′）ｔｈｅｎ
ｃａｓｅＡＬＥ＿Ａｄｄｒｅｓｓｉｓ
ｗｈｅｎ″
１０００００００″＝＞Ｐ０＜＝ｂａｓｅＳｅｔｔｉｎｇＰｅｒｉｏｄ；
ｗｈｅｎ″１００００００１″＝＞Ｐ０＜＝
ｂａｓｅＳｅｔｔｉｎｇＷｉｄｔｈ；
ｗｈｅｎ″１０００００１０″＝＞Ｐ０＜＝
ｂａｓｅＳｅｔｔｉｎｇＰｕｌｓｅｎｕｍｂｅｒ；
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《电子技术应用》２００７年第５期本刊邮箱：ｅｔａ＠ｎｃｓｅ．ｃｏｍ．ｃｎ脉冲宽度电压最大值电压最小值周期
１２．６ｎｓ
４．３Ｖ－１．４Ｖ１２４．７ｎｓ
表１波形的测量结果
图９波形实验结果
图６单片机程序流程图
ｗｈｅｎｏｔｈｅｒｓ＝＞Ｐ０＜＝″ＺＺＺＺＺＺＺＺ″
；ｅｎｄｃａｓｅ；
ｅｎｄｉｆ；
ｅｎｄｐｒｏｃｅｓｓ；
－－写数据到总线上
ｐｒｏｃｅｓｓ（ＷＲ）ｂｅｇｉｎｉｆ（ＷＲ′ｅｖｅｎｔａｎｄＷＲ＝′０′）ｔｈｅｎｃａｓｅＡＬＥ＿Ａｄｄｒｅｓｓｉｓ
ｗｈｅｎ″１０００００００″＝＞ｂａｓｅＳｅｔｔｉｎｇＰｅｒｉｏｄ＜＝Ｐ０；ｗｈｅｎ″１００００００１″＝＞ｂａｓｅＳｅｔｔｉｎｇＷｉｄｔｈ＜＝Ｐ０；ｗｈｅｎ″１０００００１０″＝＞ｂａｓｅＳｅｔｔｉｎｇＰｕｌｓｅｎｕｍｂｅｒ＜＝Ｐ０；ｗｈｅｎｏｔｈｅｒｓ＝＞ｎｕｌｌ；ｅｎｄｃａｓｅ；ｅｎｄｉｆ；
ｅｎｄｐｒｏｃｅｓｓ；
端口映射部分的仿真结果如图７所示。

脉冲生成部分由两个主要ｐｒｏｃｅｓｓ组成，一个ｐｒｏｃｅｓｓ用来产生单个的脉冲，另一个则用来产生设定数量的脉
冲。

仿真的波形如图８所示。

４实验结果
图９是在周期为１２５ｎｓ、脉宽为１２．５ｎｓ时的实验波形。

对波形的测量结果如表１。

由测量结果可知，实验波形的脉冲宽度以及周期的测量值与相应的设置值之间的误差非常小。

对二路光信号进行接收、放大和调
理之后的波形的测量显示方法得到的多路功率ＭＯＳＦＥＴ器件的触发信号，时间抖动可以小于１ｎｓ，相对于功率
ＭＯＳＦＥＴ开关时间（十几个ｎｓ），其时间抖动带来的开关
动作不同步效应可以忽略。

因此，采用这种方式设计的多通道触发电路可以适应脉冲功率源的应用要求。

本文介绍的使用５１内核的单片机和ＣＰＬＤ器件为硬件核心搭建的多通道可调脉宽的脉冲信号发生器，
可以产生足够数量的同步光信号，满足兆赫兹重复频率的脉冲功率源的大量同步触发信号的应用要求。

参考文献
［１］ＣＯＯＫＥＧ，ＡＬＬＥＮＦＶ，ＡｎａｙａＥＭ，ｅｔａｌ．Ｓｏｌｉｄ－
ＳｔａｔｅｍｏｄｕｌａｔｏｒＲ＆ＤａｔＬＬＮＬ．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＷｏｒｋｓｈｏｐｏｎＲｅｃｅｎｔＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＩｎｄｕｃｔｉｏｎＡｃｃｅｌｅｒａｔｏｒｓＴｓｕｋｕｂａ，Ｊａｐａｎ，２００２．
［２］ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ．ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＭＳＤＮＬｉｂｒａｒｙ．ｈｔｔｐ：／／
ｍｓｄｎ２．ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ．ｃｏｍ／ｚｈ－ｃｎ／ｌｉｂｒａｒｙ／ｓｙｓｔｅｍ．ｉｏ．ｐｏｒｔｓ．ｓｅｒｉａｌｐｏｒｔ．ａｓｐｘ
（收稿日期：２００６－１０－３０）
图７ＣＰＬＤ仿真５１单片机的读写时序
图８脉冲生成程序的仿真结果
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