[发明专利]一种用于浪涌防护器件超宽带脉冲注入测试的测试系统

权利要求书

1.一种浪涌防护器件超宽带脉冲注入测试的测试系统，其特征在于：所述的测试系统具有用以为待测试器件提供脉冲信号的高压亚纳秒脉冲源；所述的高压亚纳秒脉冲源采用50级的MARX电路，为待测试器件提供上升前沿180ps，幅值3100V，半高宽300ps的脉冲信号；所述的高压亚纳秒脉冲源的输出端通过可调衰减器连接在测试夹具的一端；所述测试夹具的另一端通过衰减器、同轴线连接示波器；高压亚纳秒脉冲源、同轴线、测试夹具和示波器的特性阻抗相同，均为50Ω；

所述的高压亚纳秒脉冲源由50组雪崩三极管与电容组合而成；50组MARX电路的电容分别串接在雪崩三极管集电极的管脚上，并通过电阻接地；其中第一组MARX电路雪崩三极管的基极连通触发信号，将50组MARX电路的电容在第一组MARX电路中的雪崩三极管连通触发信号后由并联转换为串联，使50组MARX电路的雪崩三极管相继雪崩后，在最后一组MARX电路的电容右端得到脉冲幅值为50倍E_C的瞬间电压脉冲，50个所述的电容串联后经过两电阻对地放电，电势将迅速凋落，从而形成快速凋落的脉冲后沿；

对于n级雪崩三级管构成的MARX电路，当三极管全部导通后，n个充电电容串联放电，为简化分析，假设n级充电电容取相同值C₀，则C＝C₀/n，放电回路寄生电感为L₀；考虑电容串联起来对负载R_L放电，可列回路方程如下：

经整理得：

其中u_c(t)为电容上电压，等效电路初始条件：i(0)＝0，u_c(0)＝u₀，u₀为各级雪崩电容上的初始放电电压叠加和，u₀≈n·V_CC；

如果L₀很大，则电路处于振荡放电状态，负载电阻上产生振荡衰减的电压信号，这种情况应该避免；

因此，忽略L₀时，由公式(2)可得负载上的电压为：

式中，R_LC是电路的时间常数，用τ表示；其中τ为整个放电回路的时间常数，其取值为：

其中，n为MARX电路级数，R_L为负载电阻，C₀为每一级的充电电容，r为每级传输过程中的等效电阻，主要由三极管导通后的等效电阻和电容接触电阻组成，取值为3Ω；

式(3)表达式忽略了脉冲的前沿，当t＝0.693τ时，u_L(t)＝0.5u₀，据此得出脉冲半高宽与充电电容的关系；

此处设计半高宽t＝500ps，可求得

公式(3)忽略了电路中杂散电感的影响，杂散电感的存在会导致脉冲波形展宽，因此设计电容C应小于公式(5)的计算结果；综合考虑以上因素，该脉冲源的每级充电电容C设计为100pF，采用高压贴片电容；

脉冲源电路中充电电阻采用3.3kΩ的贴片电阻；电路板材选用1mm厚的F4B-2高频板材，为保证阻抗匹配，将电路板的特性阻抗设定为50Ω；公式(6)为微带线的特性阻抗计算公式；

式中ε′_r为板材的介电常数，ε′_r＝2.2，w为板材厚度，取1mm，可求得微带线宽度h＝2.7mm；

脉冲源的触发信号由外部触发电路注入，采用方波信号发生器提供TTL正电平触发信号，方波脉冲上升沿为20ns，可产生单脉冲或高重频TTL信号。