在高速脉冲中，上升、下降时间直接决定了脉冲的质量，随着快速沿脉冲在示波器的瞬态响应、时域反射技术、元器件的开关特性等方面的广泛应用，人们不仅关注脉冲信号的频率、幅度、宽度等特性，脉冲的上升、下降时间也得到了越来越大的重视。高速脉冲不仅仅要求脉冲的频率高，脉宽窄，同样对脉冲的快速沿提出了很高要求。现在国外的脉冲发生器已经能够生成上升、下降时间在100 ps以内的脉冲。产生一定重复频率、一定宽度的脉冲并不困难，但要产生纳秒甚至皮秒量级前、后沿的脉冲信号则是一件相当困难的事。隧道二极管以其变化速度快，功耗小的特点，在脉冲产生和整形电路中得到了广泛应用。尤其是在高速脉冲整形电路中，隧道二极管更是凭借它反应灵敏，瞬态响应快的特点大受青睐，本方案利用隧道二极管的隧道效应将输入差分脉冲的前后沿整形至800 ps以内，之后通过差分对管搭载恒流源实现脉冲上升、下降时间在800 ps～1μs之间的可控调整。

　　1 隧道二极管的特点

　　隧道二极管是一个PN结二极管，其特性曲线如图1所示。它与普通二极管特性曲线有很大不同，在电压U很小时，电流I已经相当大了，而电压U增大到一定数值时，电流I反而下降，呈负阻性。电压U为负值并且不大时，也有相当大的反向电流。隧道二极管的特殊性质是由于半导体掺杂特别重，导致阻挡层厚度特别薄，约为10-6cm，而普通二极管的阻挡层厚度约为10-4cm，从而导致二极管内的载流子除了以扩散方式移动以外，还以隧道效应移动，在反向状态下，流过二极管的电流主要是隧道电流，远远大于普通二极管的反向饱和电流，由于隧道效应，隧道二极管内没有少数载流子存储效应，从而使隧道二极管能工作于超高速状态，目前隧道二极管能产生边沿时间为20ps的高速脉冲。隧道二极管的伏安特性可用5个参数来表征：(1)峰点电压VP;(2)谷点电压VV;(3)峰点电流IP;(4)谷点电流IV;(5)前向电压VF(投影峰点电压-与峰点相对应的第二个正电阻区的电压)。

　　2 脉冲整形电路分析

　　隧道二极管是个电压多值元件，它可以工作在单稳触发、双稳触发和自由多谐振荡3种方式下，3种工作方式的负载线见图2。在本方案中，通过偏置电路将隧道二极管的工作状态设为单稳触发模式，在保证脉宽不改变的前提下，对脉冲的上升、下降沿进行整形。图3即为单稳触发状态下的隧道二极管整形电路原理图。

　　方案选用国产2bs21d型号的隧道二极管，它的特性参数如下：IP=60 mA，VP=180 mV,VV=400 mV，VF=500 mV，IV=15 mA，CTM(最大总电容)=2 pF,由此可以计算出单稳状态下整形出的脉冲的阶跃时间为

。电路中直流电源V1、电阻R1构成隧道二极管的偏置电路，设置隧道二极管的工作状态为单稳触发模式。电感L1用来改善输出波形边沿，取值计算公式为L=5TR×(R2+R1)，C1为隔直电容。当触发脉冲Vin的上升沿到来时，隧道二极管上的电流随之增加，当二极管上的电流超过峰点电流IP时，由隧道效应，二极管上的电压跃升至前向电压VF，从而实现对脉冲的上升沿进行整形;保持二极管上的电流稳定不变，即可维持脉冲的幅度不变，也就保证了输出脉冲Vout的脉宽;当Vin的下降沿到来时，二极管上的电流减小，当电流降至二极管的谷点电流IV并继续下降时，由隧道效应，此时二极管上的电压由UV突降至UB(与谷点对应的第一个正阻区的电压)，从而实现对脉冲的下降沿的整形。