脉冲信号是一种离散信号，在电力电子技术运用中，可编程器件和一些硬件电路可产生脉冲信号[1]。其中可编程器件一般产生的脉冲信号是正向脉冲，电平相对固定，如DSP和单片机只能处理幅值最大为3.3 V和5 V的正脉冲信号，脉冲宽度和传输延时可通过软件调整但存在局限性，脉冲上下沿时间由产生器件自身特性决定。产生脉冲信号的硬件电路有V/F变换电路、比较放大电路和振荡电路等，这些电路产生的脉冲信号是正负向脉冲不定，电平为非标准电平，脉冲宽度和传输延时固定，脉冲上下沿时间较长且无法控制。脉冲信号质量的好坏在电力电子的运用中是至关重要的因素，脉冲电平、脉冲宽度和脉冲传输延时都影响其实用范围，脉冲上下沿时间长短更是影响效率的重要指标。可编程器件和一般硬件电路产生的脉冲信号直接用于驱动电路控制功率管工作时，往往会给驱动电路和主电路带来许多干扰与损耗，特别是高频脉冲信号[2-5]。因此本文针对可编程器件与普通脉冲信号硬件电路无法同时优化脉冲信号多个重要指标的问题，提出一种高性能脉冲处理电路模块，该模块旨在同时控制脉冲的方向、电平、宽度、上下沿时间和传输延时[6]，将接收的脉冲信号与驱动电路匹配。
国内研究目前并没有同时处理高速脉冲信号多个指标的电路，具体分析关键指标上下沿时间[7]，普通的函数发生器产生1 MHz脉冲信号的上下沿时间约80 ns，其他常规信号处理电路产生的1 MHz脉冲信号上下沿时间约60 ns。通过理论分析和开发经验显示，此类高性能脉冲信号处理电路设计和制作难度大，从电路原理设计到元件选择、元件布局和走线工艺的设计，均需采用线性高频电子电路的设计方法和制作工艺，否则成功的可能性很小。计划通过EDA仿真与实验测试，结合电源完整性和电磁兼容性实现高性能脉冲信号处理电路模块[8-9]，处理频率高达1 MHz的高速脉冲信号非标准电平转化为标准电平，实现脉宽40%至60%可调，上下沿时间控制在30 ns以内，延时最高达80 ns，提高抗干扰能力[10]。电路达到上述指标，可拓展脉冲信号实用范围，提高灵活性，高质量的脉冲信号提高了驱动电路的可靠性和时效性，从而提高了功率管的开关效率，大大提升主电路的高效性[11]。
1 高性能脉冲处理电路设计
电路总体结构框图如图1所示，该电路由电平转换及脉宽调整电路、脉冲正向整流及上下沿时间控制电路、脉冲信号传输延时调整及抗干扰电路、加固电源电路共四个单元电路组成。高性能脉冲电路原理图如图2所示。
如图2(a)所示待处理脉冲信号为uin，电位器RW1和电阻R1构成了简单分压电路[12]，通过调节RW1阻值实现脉冲信号电压的初步调节。
R2与RW2串联连接，通过调节RW2改变运算放大器反相输入端电压值，再与运算放大器同相端产生的微分信号比较[13]，从而实现脉冲信号脉宽大小的调整，同时可通过调节运算放大器U1电源电压实现脉冲信号电压的进一步调节。为满足1 MHz及以上脉冲信号的处理要求，运算放大器U1的增益带宽积是关键参数。
其中电容C1，电位器RW2，电阻R2、R3，运算放大器U1构成高速可调比较微分电路，电容C2、C3起退耦滤波作用，保证运算放大器U1电源完整性，在处理高频信号时稳定可靠。
脉冲正向整流及上下沿时间控制电路工作原理如图3所示。当运算放大器U1输出负向脉冲，二极管D1正向导通，二极管D1阴极电压接近0 V，二极管D2和D3不导通，由于电阻R5接模拟地，在电阻R5和二极管D2、D3的阴极输出为0 V；当运算放大器U1输出正向脉冲，二极管D1不导通，二极管D1阴极电压接近脉冲正向幅值，二极管D2和D3导通，在电阻R5和二极管D2、D3的阴极输出接近脉冲正向幅值电压；控制D1的开关速度小于D2和D3，避免其同时开通时增加输出脉冲由低电平向高电平变换所需时间，通过提高D2和D3的开关速度能有效减小脉冲信号上升沿时间；因此二极管D1、D2和D3的开关速度选择尤为重要，选择恰当时能保证输出脉冲信号上下沿延时时间控制在30 ns以内。
脉冲信号传输延时调整及抗干扰电路如图2(b)所示。施密特触发器A具有鉴幅功能，既可以把脉冲信号中的小幅值干扰阻隔，又可以对脉冲信号进行整形，进一步缩短脉冲信号下降沿时间。电容具有滤波功能，可以把信号中的高频杂波滤除，提高脉冲信号的抗干扰性能，同时利用电容C8、C9、C10和C11的充电延时特性结合施密特触发器延时特性实现对脉冲信号的微小延时，调整传输时间，提高与其他信号共同使用时的协调能力。
加固电源电路S如图2(c)所示。通过磁珠把模拟地和数字地桥接，利用磁珠高频阻抗高的特点有效阻隔模拟地和数字地之间的干扰，同时减小电源端干扰，使电路在高频状态下工作时稳定可靠。
2 电路仿真与实验测试
2.1 LTspice电路仿真
LTspice是一个性价比较高的开源EDA软件，本文采用其对整个电路进行原理性实验[14-15]。仿真电路与高性能脉冲处理电路原理图一致，输入脉冲信号uin，频率1 MHz，峰峰值24 V，上下沿时间100 ns，正占空比约50%。输入脉冲信号如图4所示。
