编者注：该设计实例(DI)分为两部分，这是第一部分，展示了如何通过修改振荡器来产生有用且不寻常的脉冲发生器；第二部分则将其扩展为阶跃函数。
测试电路脉冲响应的原理很简单：用尖锐的脉冲冲击电路，看看会发生什么。像往常一样，维基百科有一篇文章详细介绍了这个过程。这篇文章指出，理想脉冲——单位脉冲或狄拉克δ函数——无限高、无限窄，其下方面积为1，考虑到它会对从保护二极管到压摆率等所有方面产生影响，因此生成它非常棘手。幸运的是，它只是正态分布、高斯分布或钟形曲线的一个极端情况，生成或至少模拟起来稍微容易一些，而这个DI展示了如何做到这一点。
在现实世界中，最好的测试脉冲来自任意波形发生器。而有一种较老的技术是对窄矩形脉冲进行滤波，但如果改变脉冲宽度，滤波器的特性也需要改变以保持脉冲形状。本文详述的方法通过生成升余弦脉冲(不要与升余弦滤波器混淆)来避免该问题，这些脉冲足够接近理想值，因此非常有趣。但说实话，简单的矩形，稍加调整以避免压摆率问题，通常就足够了。
我们通过采用压缩三角正弦波振荡器的核心，并添加一些逻辑和门控来产生脉冲，从而在触发时产生单周期，这些周期从基线上升到峰值，然后再次回落，遵循余弦曲线。图1中的示意图显示了基本原理。
图1：一个简单的振荡器加上一些附加的逻辑，在触发时会产生单脉冲。
振荡器的核心与原版几乎完全相同，但重新绘制后看起来有所不同。其基本形式是一个带施密特的积分器，其中C1通过电阻R2和R3充电，直到其电压达到由D3定义的正阈值，这会翻转A1b的极性，因此C1开始向D4的负阈值放电。D1/D2提供自举以实现线性充电/放电斜坡，同时补偿D3/D4的正向电压随温度(和电源电压，尽管我们不必担心)的变化。A2输出上产生的三角波通过R7馈入D5/D6，将其压缩为合理的(余弦)正弦波(<0.5%THD)。二极管对的正向电压需要匹配以保持对称性，从而最大限度地减少偶次谐波失真。A4通过D5/6放大信号，使得脉冲刚好跨过电源轨，热敏电阻Th1对温度变化提供足够的补偿。
如果A2的输出直接连接到R1的输入，电路就会自由振荡(稍后我们会允许它这样做)，但现在我们需要它从最低点开始，完成一个完整的周期，然后停止。
在静止状态下，U2a清零，A1b输出高电平，在D3上产生正参考电压。(相对于公共半电源内部轨，该电压为正。)该电压由A2a反相并通过U1a施加到R1，从而在电路中形成负反馈，并稳定在负参考电压上。(使用4053作为U1可能看起来有点浪费，但它的其他部分将在第2部分中派上用场。)
当U2a的D输入端收到(正向)触发时，其输出端会改变状态。这样，U1a将R1连接到A1b的(仍然为高电平)输出端，启动循环，反馈现在为正。经过一个完整循环后，A1b的输出端再次变为高电平，触发U2b并重置U2a，从而停止循环并将电路恢复到静止状态。相关波形如图2所示。
图2：图1中电路的一些波形。
将升余弦与理想的正态分布脉冲进行比较很有启发性，图3显示了两种情况。虽然大多数曲线都相当匹配，但底部三分之一左右有些不足，尽管可以通过增加一些额外地复杂处理来改进，但那是后话了。
图3：理想正态分布曲线与升余弦的比较，包括图1的输出。
如前所述，从原理图可以看出，如果通过抑制触发输入并阻塞其预设输入低电平以强制其Q输出为高电平来禁用U2a的操作，则该电路可作为一个简单的振荡器工作。U1a现在将A1b的输出连接到R1，电路便可自由运行。除了作为一项有用的功能外，这还有助于我们进行设置。
需要在振荡器模式下进行一些微调才能获得最佳效果。
一旦调整为振荡器，它就可以用作脉冲发生器，它依赖于完全相同的设置，以便每个脉冲都是余弦波的单个周期，偏移其幅度的一半。
图1中的原理图给出了电路的基本结构，将在第2部分文章中详细说明。使用的运算放大器是Microchip MCP6022，它们是双路、5V、10MHz CMOS RRIO器件，输入偏移小于500µV。电源为5V，中央“公共”轨来自另一个用作轨分离器的运算放大器：如图4所示，还有一个合适的输出缓冲器。
图4：一个简单的轨分离器，用于获得2.5V的“公共”轨，以及具有交流和直流耦合输出的输出电平控制和缓冲器。
C1可以切换以提供多个量程，允许使用从超过20kHz(对于25µs脉冲，在其一半高度处测量)到您想要的任意低的频率。然后还需要切换R3，参见图5了解三量程版本。(最低量程可能不需要HF微调。)虽然三波性能在1MHz左右时良好，但压缩二极管的电容在此之前就开始引入波形失真，至少对于1N4148或类似器件而言是如此。
图5：对于多量程使用时，定时电容器C1是可切换的。为了调整每个量程的HF响应，R3也必须变化。
现在，为了改善脉冲形状，我们还需要做一些额外的复杂工作。简单地说，所需脉冲的上半部分看起来是(余)正弦波，但下半部分则更具指数性，如果我们想要更好的拟合，那部分必须进一步压缩。我们可以通过将D6与一对肖特基二极管D7和D8串联来实现这一点。波形产生的不对称需要抵消，这需要在缓冲级A2b中稍微提高增益并进行不同的温度补偿。这些修改如图6所示。
图6：使用一对肖特基二极管桥接D6可以更好地拟合所需曲线，但增益和偏移需要调整。
在此模式下，R16设置偏移，R9A设置增益。U3的三个部分将：
图7显示了修改后的脉冲形状。不同的二极管或其组合可以很好地改善拟合效果，但这似乎已经足够接近了。
图7：由图6得到的改进脉冲形状。
要进行设置，请调整R16和R9A(它们相互作用)，使波形底部为0V，而峰值略低于5V。由于每个脉冲的上半部分和下半部分依赖于不同的二极管，因此它们的温度系数会略有不同。0V基线现在已经稳定，但峰值高度会随着温度略有增加。
到目前为止，我们可能已经过了这样的阶段：使用微控制器(Arduino？RPi？)并添加DAC(或者在这些低频率下仅使用PWM输出)，为其配备查找表(可能使用Python计算和格式化，就像这些图中的参考曲线一样)，然后再考虑如何连续控制重复频率和脉冲宽度，这样做更简单、更便宜、更精确。或者干脆买一个廉价的AWG，虽然实用，但有点作弊的感觉。
但所有这些都是另一种乐趣，当然我们还没有完全完成这种方法。第2部分文章将展示如何添加更多调整，以便我们也能生成表现良好的阶跃函数。
(原文刊登于EDN美国版，参考链接：How to control your impulses—part 1，由Ricardo Xie编译)
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