一种基于RC电路和放大器的负群时延电路及设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于RC电路和放大器的负群时延电路及设计方法，所述基于RC电路和放大器的NGD电路包括级联的无源NGD电路和运算放大器，所述无源NGD电路由RC电路组成，输入信号经过负群时延电路后，根据电容C的不同值，实现毫秒，微秒和纳秒级的负群时延效应，然后信号经过运算放大器，对受到损耗的信号进行补偿并输出。在使用不同的电容的情况下，本发明专利技术基于RC电路和放大器的NGD电路具有良好的多尺度负群时延效应，很好地应用于自动工程系统和智能工业领域，解决时延问题。

A Design Method of Negative Group Delay Circuit Based on RC Circuit and Amplifier

【技术实现步骤摘要】
一种基于RC电路和放大器的负群时延电路及设计方法
本专利技术属于微波工程
，具体涉及一种基于RC电路和放大器的负群时延(NegativeGroupDelay，NGD)电路及设计方法。
技术介绍
微波工程
，集成电路互连的尺寸不断缩小,芯片面积不断增大,同时为了追求更高的工作速度时,将会遇到严重的互连问题,如信号延时、串扰、幅值衰减等等，各种寄生效应和互感效应会越来越明显。然而，目前并没有方法能够有效地解决信号传输过程中的时延问题。因此，如何降低高速PCB信号的传输时延，同时有效解决传输过程中的幅值衰减并且控制成本是当前信号完整性这一研究方向的瓶颈。为了解决上述问题，负群时延电路这一项新技术逐渐发展了起来，NGD电路能在带宽上同时提供增益和负群时延，以此来均衡电路互连引起的正群时延和衰减，改善PCB信号完整性和电磁兼容性。同时，NGD电路因其并不会违反因果关系的特性，是解决传输时延问题的理想选择，也为其潜在的应用开辟了前景。截止目前，涌现出了很多种不同种类的负群时延电路，例如北京邮电大学电子工程学院的吴永乐教授，在论文"ANovelArbitraryTerminatedUnequalCouplerWithBandwidth-EnhancedPositiveandNegativeGroupDelayCharacteristics,"中提出了一种低频四端口的负群时延耦合器，东南大学的徐金平教授在论文Compacttransmission-typenegativegroupdelaycircuitwithlowattenuation,"中提出了一种扇形耦合线型的低频负群时延电路。然而这些负群时延电路存在着带宽较窄或者实现的负群时延较小的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于RC电路和放大器的负群时延电路及设计方法。为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：一种基于RC电路和放大器的负群时延电路，包括级联的无源NGD电路和运算放大器，所述无源NGD电路由RC电路组成，输入信号经过负群时延电路后，根据电容C的不同值，实现毫秒，微秒和纳秒级的负群时延效应，然后信号经过运算放大器，对受到损耗的信号进行补偿并输出。为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：上述的基于RC电路和放大器的NGD电路包括电阻R1、R2、R3、R4、电容C1和运算放大器，信号源负极接地线，正极连接电阻R1的一端和电容C1的负极，电阻R1的另一端和电容C1的正极连接电阻R2的一端和放大器的同相输入端，电阻R2的另一端连接地线，放大器的反相输入端连接电阻R3和R4的一端，电阻R3的另一端连接地线，电阻R4的另一端连接放大器的输出端。上述的电阻R1、R2、R3和R4阻值分别为4.2kΩ、1kΩ、1kΩ和3.9kΩ，通过改变电容C1的参数来实现多尺度的NGD效应。一种基于RC电路和放大器的负群时延电路设计方法，包括以下步骤：S1：根据研究的NGD微波电路，建立由级联的无源NGD电路和放大器组成的电路原理图；S2：根据传递函数的相关理论，分别建立无源NGD电路和放大器的传递函数TNGD(jω)和TA(jω)，推导出群时延的表达式τ(ω)；S3：推导频率ω≈0时，基于RC电路和放大器的NGD电路的传递函数TNGD(0)和群时延函数τ(0)。上述的步骤S2中，传递函数TNGD(jω)和TA(jω)计算公式如下：TA(jω)＝1+Ry/Rx(4)。上述的步骤S2中，群时延的表达式τ(ω)计算公式如下：上述的步骤S3中，基于RC电路和放大器的NGD电路的传递函数TNGD(0)和群时延函数τ(0)计算公式如下：本专利技术具有以下有益效果：在使用不同的电容的情况下，本专利技术基于RC电路和放大器的NGD电路具有良好的多尺度负群时延效应。在电容为2.2μF时，截止频率为39.5Hz，群时延约为-7.1ms；在电容为2.2nF时，截止频率为39.5kHz，群时延约为-7.45μs；在电容为43pF时，截止频率为2.1MHz，群时延约为-145.7ns。电路的增益达到13dB，理论计算和仿真结果一致性比较好。可以很好地应用于自动工程系统和智能工业领域，解决时延问题。附图说明图1为本专利技术一种基于RC电路和放大器的NGD电路原理图；图2为本专利技术一种基于RC电路和放大器的NGD电路仿真图；图3为本专利技术一种基于RC电路和放大器的NGD电路的理论计算和仿真的群时延结果对比示意图；图4为本专利技术一种基于RC电路和放大器的NGD电路的理论计算和仿真的电压传递函数的幅度值对比示意图；图5本专利技术一种基于RC电路和放大器的NGD电路在C1＝2.2μF时，输入和输出的波形图；图6本专利技术一种基于RC电路和放大器的NGD电路在C1＝2.2nF时，输入和输出的波形图；图7本专利技术一种基于RC电路和放大器的NGD电路在C1＝43pF时，输入和输出的波形图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例作进一步详细描述。如图1所示，本专利技术的一种基于RC电路和放大器的NGD电路，包括级联的无源NGD电路和运算放大器，所述无源NGD电路由RC电路组成，输入信号经过负群时延电路后，根据电容C的不同值，实现毫秒，微秒和纳秒级的负群时延效应，然后信号经过运算放大器，对受到损耗的信号进行补偿并输出。如图2所示，实施例中，所述基于RC电路和放大器的NGD电路包括电阻R1、R2、R3、R4、电容C1和运算放大器，信号源负极接地线，正极连接电阻R1的一端和电容C1的负极，电阻R1的另一端和电容C1的正极连接电阻R2的一端和放大器的同相输入端，电阻R2的另一端连接地线，放大器的反相输入端连接电阻R3和R4的一端，电阻R3的另一端连接地线，电阻R4的另一端连接放大器的输出端。实施例中，所述电阻R1、R2、R3和R4阻值分别为4.2kΩ、1kΩ、1kΩ和3.9kΩ，通过改变电容C1的参数来实现多尺度的NGD效应。一种基于RC电路和放大器的NGD电路设计方法，包括以下步骤：S1：根据研究的NGD微波电路，建立由级联的无源NGD电路和放大器组成的电路原理图；S2：根据传递函数的相关理论，分别建立无源NGD电路和放大器的传递函数TNGD(jω)和TA(jω)，推导出群时延的表达式τ(ω)；S3：推导频率ω≈0时，基于RC电路和放大器的负群时延电路的传递函数TNGD(0)和群时延函数τ(0)。实施例中，基于RC电路和放大器的负群时延电路由无源NGD电路和放大器组成。放大器的群时延可以忽略，并且能对传输信号的衰减进行补偿。在匹配条件下，整个NGD电路的传递函数为：可以推导出无源NGD电路和放大器的传递函数TNGD(jω)和TA(jω)分别为：即：TA(jω)＝1+Ry/Rx(4)因为群时延的定义式为：可以推导出NGD电路的群时延表达式为：当频率非常低时，即ω≈0。基于RC电路和放大器的NGD电路的传递函数TNGD(jω)和群时延τ(ω)可以写为：因此，可以看出，在非常低的频率下，基于RC电路和放大器的负群时延电路的群时延始终为负(τ(ω≈0)＜0)。这也表明了该NGD电路具有低通负群时延的功能。最后通过ADS仿真软件对基于RC电路和放大器的NGD电路进行仿真，从频域和时域分别对NGD电路进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于RC电路和放大器的负群时延电路，其特征在于：包括级联的无源NGD电路和运算放大器，所述无源NGD电路由RC电路组成，输入信号经过负群时延电路后，根据电容C的不同值，实现毫秒，微秒和纳秒级的负群时延效应，然后信号经过运算放大器，对受到损耗的信号进行补偿并输出。

【技术特征摘要】
1.一种基于RC电路和放大器的负群时延电路，其特征在于：包括级联的无源NGD电路和运算放大器，所述无源NGD电路由RC电路组成，输入信号经过负群时延电路后，根据电容C的不同值，实现毫秒，微秒和纳秒级的负群时延效应，然后信号经过运算放大器，对受到损耗的信号进行补偿并输出。2.根据权利要求1所述的一种基于RC电路和放大器的负群时延电路，其特征在于：所述基于RC电路和放大器的负群时延电路包括电阻R1、R2、R3、R4、电容C1和运算放大器，信号源负极接地线，正极连接电阻R1的一端和电容C1的负极，电阻R1的另一端和电容C1的正极连接电阻R2的一端和放大器的同相输入端，电阻R2的另一端连接地线，放大器的反相输入端连接电阻R3和R4的一端，电阻R3的另一端连接地线，电阻R4的另一端连接放大器的输出端。3.根据权利要求2所述的一种基于RC电路和放大器的负群时延电路，其特征在于：所述电阻R1、R2、R3和R4阻值分别为4.2kΩ、1kΩ、1kΩ和3.9kΩ，通过改变电容C1的参数来实现多尺度的NGD效应...

【专利技术属性】
技术研发人员：万发雨，顾韬琛，吴丽丽，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32