RU2332782C1 - Differential amplifier with increased attenuation of common-mode signal - Google Patents

Differential amplifier with increased attenuation of common-mode signal Download PDF

Info

Publication number
RU2332782C1
RU2332782C1 RU2007119343/09A RU2007119343A RU2332782C1 RU 2332782 C1 RU2332782 C1 RU 2332782C1 RU 2007119343/09 A RU2007119343/09 A RU 2007119343/09A RU 2007119343 A RU2007119343 A RU 2007119343A RU 2332782 C1 RU2332782 C1 RU 2332782C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
additional
collector
output
current mirror
Prior art date
Application number
RU2007119343/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Николаевич Прокопенко (RU)
Николай Николаевич Прокопенко
Даниил Николаевич Конев (RU)
Даниил Николаевич Конев
Сергей Владимирович Крюков (RU)
Сергей Владимирович Крюков
Original Assignee
ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) filed Critical ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС)
Priority to RU2007119343/09A priority Critical patent/RU2332782C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2332782C1 publication Critical patent/RU2332782C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention can be used as analogue signal amplifying device within various analogue microcircuits (e.g. operational amplifiers (OA), comparators). Differential amplifier (DA) contains the first (1) and the second (2) input transistors (T) with reference power source (3) connected to common emitting circuit, the first (4), the second (5) and the third (6) current mirrors (CM), input of the first CM (4) being connected to collector of the second input of T (2), input of the third CM (6) is connected to collector of the first input of T (1), output of the third CM (6) connected to input of second CM (5), with outputs of the first (4) and the second (5) CM connected to output (7) of DA. Circuit contains the first (8) and the second (9) additional T with their emitting reference transitions parallel to emitting reference transitions of the first (1) and the second (2) inputs of T, the collector of the second additional T (9) being connected to input of additional CM (10), the collector of the first additional T (8) connected to input of the third CM (6) and to output of additional CM (10).
EFFECT: increased attenuation factor of input synphase signals.
7 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, операционных усилителях (ОУ), компараторах).The invention relates to the field of radio engineering and communication and can be used as a device for amplifying analog signals in the structure of analog microcircuits for various functional purposes (for example, operational amplifiers (op amps), comparators).

Известны схемы двухтактных дифференциальных усилителей (ДУ) на основе трех токовых зеркал [1-18], которые стали основой многих серийных операционных усилителей, выпускаемых как зарубежными (СА3080, НА2700 и др.), так и российскими (К154УД1 и др.) микроэлектронными фирмами. В связи с высокой популярностью такой архитектуры ДУ, на их модификации выдано более 50 патентов в различных странах. Предполагаемое изобретение относится к данному подклассу устройств.There are known schemes of push-pull differential amplifiers (DU) based on three current mirrors [1-18], which became the basis of many serial operational amplifiers manufactured both by foreign (CA3080, NA2700 and others), and Russian (K154UD1, etc.) microelectronic companies . Due to the high popularity of such a remote control architecture, more than 50 patents in various countries have been issued for their modification. The alleged invention relates to this subclass of devices.

Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является дифференциальный усилитель, описанный в патенте США №5.371.476, содержащий первый 1 и второй 2 входные транзисторы, в общую эмиттерную цепь которых включен источник опорного тока 3, первое 4, второе 5 и третье 6 токовые зеркала, причем вход первого токового зеркала 4 соединен с коллектором второго входного транзистора 2, вход третьего 6 токового зеркала подключен к коллектору первого входного транзистора 1, выход третьего 6 токового зеркала связан со входом второго токового зеркала 5, причем выходы первого 4 и второго 5 токовых зеркал связаны с выходом 7 дифференциального усилителя.The closest prototype (figure 1) of the claimed device is a differential amplifier described in US patent No. 5.371.476, containing the first 1 and second 2 input transistors, the common emitter circuit of which includes a reference current source 3, first 4, second 5 and third 6 current mirrors, wherein the input of the first current mirror 4 is connected to the collector of the second input transistor 2, the input of the third 6 current mirror is connected to the collector of the first input transistor 1, the output of the third 6 current mirror is connected to the input of the second current mirror 5, The outputs of the first 4 and second 5 current mirrors are connected to the output 7 of the differential amplifier.

Существенный недостаток известного ДУ состоит в том, что он имеет недостаточно высокое ослабление синфазных сигналов (коэффициент Кос.сф), что связано с повышенным влиянием на Кос.сф выходной проводимости источника опорного тока и параметров применяемых токовых зеркал.A significant drawback of the known DE is that it does not have a sufficiently high attenuation of common-mode signals (coefficient K os.sf ), which is associated with an increased influence on the K.s. sf of the output conductivity of the reference current source and the parameters of the current mirrors used.

Основная цель предлагаемого изобретения состоит в повышении коэффициента ослабления входных синфазных сигналов.The main objective of the invention is to increase the attenuation coefficient of the input common-mode signals.

Поставленная цель достигается тем, что в дифференциальном усилителе фиг.1, содержащем первый 1 и второй 2 входные транзисторы, в общую эмиттерную цепь которых включен источник опорного тока 3, первое 4, второе 5 и третье 6 токовые зеркала, причем вход первого токового зеркала 4 соединен с коллектором второго входного транзистора 2, вход третьего 6 токового зеркала подключен к коллектору первого входного транзистора 1, выход третьего 6 токового зеркала связан со входом второго токового зеркала 5, причем выходы первого 4 и второго 5 токовых зеркал связаны с выходом 7 дифференциального усилителя, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введены первый 8 и второй 9 дополнительные транзисторы, эмиттерно-базовые переходы которых включены параллельно эмиттерно-базовым переходам первого 1 и второго 2 входных транзисторов, коллектор второго дополнительного транзистора 9 соединен со входом дополнительного токового зеркала 10, а коллектор первого 8 дополнительного транзистора подключен ко входу третьего токового зеркала 6 и выходу дополнительного токового зеркала 10.This goal is achieved in that in the differential amplifier of figure 1, containing the first 1 and second 2 input transistors, the common emitter circuit of which includes a reference current source 3, first 4, second 5 and third 6 current mirrors, and the input of the first current mirror 4 connected to the collector of the second input transistor 2, the input of the third 6 current mirror is connected to the collector of the first input transistor 1, the output of the third 6 current mirror is connected to the input of the second current mirror 5, and the outputs of the first 4 and second 5 current mirrors with connected with the output 7 of the differential amplifier, new elements and connections are provided - the first 8 and second 9 additional transistors are introduced into the circuit, the emitter-base junctions of which are connected in parallel with the emitter-base junctions of the first 1 and second 2 input transistors, the collector of the second additional transistor 9 is connected to the input of the additional current mirror 10, and the collector of the first 8 additional transistor is connected to the input of the third current mirror 6 and the output of the additional current mirror 10.

Схема заявляемого устройства показана на фиг.2.A diagram of the inventive device is shown in figure 2.

На фиг.3 и фиг.4 представлены схемы известного (фиг.3) и заявляемого (фиг.4) устройств в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар», а на фиг.5-7 - результаты расчеты частотной зависимости Кос.сф для данных схем при различных значениях коэффициентов передачи по току (Gain=Ki12=0,9-0,99) применяемых токовых зеркал.Figure 3 and figure 4 presents the scheme of the known (figure 3) and the claimed (figure 4) devices in the environment of computer simulation PSpice on models of integrated transistors of FSUE NPP "Pulsar", and in figures 5-7 - the results of frequency calculations Dependences K OSF for these circuits for various values of current transfer coefficients (Gain = Ki12 = 0.9-0.99) of current mirrors used.

Дифференциальный усилитель фиг.2 содержит первый 1 и второй 2 входные транзисторы, в общую эмиттерную цепь которых включен источник опорного тока 3, первое 4, второе 5 и третье 6 токовые зеркала, причем вход первого токового зеркала 4 соединен с коллектором второго входного транзистора 2, вход третьего 6 токового зеркала подключен к коллектору первого входного транзистора 1, выход третьего 6 токового зеркала связан со входом второго токового зеркала 5, причем выходы первого 4 и второго 5 токовых зеркал связаны с выходом 7 дифференциального усилителя. В схему введены первый 8 и второй 9 дополнительные транзисторы, эмиттерно-базовые переходы которых включены параллельно эмиттерно-базовым переходам первого 1 и второго 2 входных транзисторов, коллектор второго дополнительного транзистора 9 соединен со входом дополнительного токового зеркала 10, а коллектор первого 8 дополнительного транзистора подключен ко входу третьего токового зеркала 6 и выходу дополнительного токового зеркала 10.The differential amplifier of figure 2 contains the first 1 and second 2 input transistors, the common emitter circuit of which includes a reference current source 3, the first 4, second 5 and third 6 current mirrors, the input of the first current mirror 4 being connected to the collector of the second input transistor 2, the input of the third 6 current mirror is connected to the collector of the first input transistor 1, the output of the third 6 current mirror is connected to the input of the second current mirror 5, and the outputs of the first 4 and second 5 current mirrors are connected to the output 7 of the differential amplifier la. The first 8 and second 9 additional transistors are introduced into the circuit, the emitter-base junctions of which are connected in parallel with the emitter-base junctions of the first 1 and second 2 input transistors, the collector of the second additional transistor 9 is connected to the input of the additional current mirror 10, and the collector of the first 8 additional transistor is connected to the input of the third current mirror 6 and the output of the additional current mirror 10.

Рассмотрим работу заявляемого ДУ фиг.2. При изменении входного синфазного сигнала ДУ фиг.2 uc=uc1=uc2 изменяется ток i3 в общей эмиттерной цепи ДУConsider the operation of the claimed remote control of figure 2. When changing the input common mode signal of the remote control of FIG. 2, u c = u c1 = u c2 changes the current i 3 in the common emitter circuit of the remote control

Figure 00000002
Figure 00000002

где y3 - выходная проводимость источника опорного тока 3.where y 3 is the output conductivity of the reference current source 3.

Ток i3 перераспределяется между эмиттерами транзисторов 1, 2, 8, 9, поэтому коллекторные токи этих транзисторовCurrent i 3 is redistributed between the emitters of transistors 1, 2, 8, 9, so the collector currents of these transistors

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

где αi≈1 - коэффициент усиления по току эмиттера i-го транзистора.where α i ≈1 is the current gain of the emitter of the i-th transistor.

Если учесть, что все токовые зеркала схемы ДУ имеют отличающиеся от единицы (Кi12<1), но одинаковые по величине коэффициенты передачи по току, то для схемы фиг.2 можно составить следующую систему уравненийIf you consider that all the current mirrors of the remote control circuitry differ from unity (K i12 <1), but the transmission coefficients are identical in magnitude, then for the circuit of Fig. 2, we can compose the following system of equations

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

Figure 00000011
Figure 00000011

Подставляя в (10) формулы (7) и (9) с учетом (6) и (7), можно найти приращение тока в нагрузке Rн, обусловленное синфазным сигналомSubstituting formulas (7) and (9) into (10), taking into account (6) and (7), we can find the current increment in the load R n due to the common-mode signal

Figure 00000012
Figure 00000012

где α=α1289=⊥1;where α = α 1 = α 2 = α 8 = α 9 = ⊥1;

Figure 00000013
- крутизна передачи синфазного сигнала со входа ДУ фиг.2 на его выход (Sc=0,25y3Кi12α(1-Кi12)2).
Figure 00000013
- the steepness of the common-mode signal from the input of the remote control of FIG. 2 to its output (S c = 0.25y 3 K i12 α (1-K i12 ) 2 ).

Для дифференциального входного сигнала uвх=uc1-uc2 приращение тока в нагрузкеFor the differential input signal u in = u c1 -u c2 the current increment in the load

Figure 00000014
Figure 00000014

где Sд - крутизна передачи дифференциального сигнала со входа ДУ фиг.2 на его выход.where S d - the steepness of the transmission of the differential signal from the input of the remote control of figure 2 to its output.

Таким образом, коэффициент ослабления входных синфазных сигналов ДУ фиг.2Thus, the attenuation coefficient of the input common-mode signals of the remote control of figure 2

Figure 00000015
Figure 00000015

Из формулы (13) следует, что в сравнении с прототипом Кос.сф предлагаемой схемы существенно повышается.From the formula (13) it follows that in comparison with the prototype K os.sf of the proposed scheme is significantly increased.

Данные выводы подтверждаются результатами моделирования предлагаемых схем в среде PSpice (фиг.5-7) - выигрыш по Кос.сф ДУ фиг.2 составляет от 25 Дб до 46 Дб в зависимости от численных значений коэффициента передачи по току применяемых токовых зеркал.These findings are confirmed by the simulation results of the proposed schemes in the environment of PSpice ( Figs. 5-7 ) - the gain in K OS.sf of the remote control of Fig. 2 is from 25 dB to 46 dB, depending on the numerical values of the current transfer coefficient of the current mirrors used.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКBIBLIOGRAPHIC LIST

1. Патент США №4.783.602.1. US patent No. 4.783.602.

2. Патент США №4.176.323.2. US patent No. 4.176.323.

3. Патент США №5.371.476.3. US patent No. 5.371.476.

4. Патент США RE 30.587.4. US Patent RE 30.587.

5. Патент США №4.241.315.5. US Patent No. 4,241.315.

6. Патент США №4.267.519.6. US patent No. 4.267.519.

7. Патент США №4.361.815.7. US patent No. 4.361.815.

8. Патент США №3.439.542.8. US patent No. 3.439.542.

9. Патент США №5.880.639.9. US Patent No. 5,880.639.

10. Авт.св. СССР №361605.10. Autost. USSR No. 361605.

11. Патент ФРГ №2551068.11. The patent of Germany No. 2551068.

12. Патент ФРГ №2620999.12. German patent No. 2620999.

13. М.Херпи. Аналоговые интегральные схемы. / М.Херпи. - М.: Радио и связь, 1983. - С.185, рис.5.65.13. M. Herpy. Analog integrated circuits. / M. Herpy. - M .: Radio and communications, 1983. - S.185, Fig.5.65.

14. Патент США №5.936.568.14. US patent No. 5.936.568.

15. Патент США №5.497.124.15. US Patent No. 5,497,124.

16. Патент США №3.979.689.16. US Patent No. 3,979.689.

17. Патент США №5.399.991.17. US patent No. 5.399.991.

18. Патент США №4.618.832.18. US Patent No. 4,618.832.

Claims (1)

Дифференциальный усилитель с повышенным ослаблением синфазного сигнала, содержащий первый (1) и второй (2) входные транзисторы, в общую эмиттерную цепь которых включен источник опорного тока (3), первое (4), второе (5) и третье (6) токовые зеркала, причем вход первого токового зеркала (4) соединен с коллектором второго входного транзистора (2), вход третьего (6) токового зеркала подключен к коллектору первого входного транзистора (1), выход третьего (6) токового зеркала связан со входом второго токового зеркала (5), причем выходы первого (4) и второго (5) токовых зеркал связаны с выходом (7) дифференциального усилителя, отличающийся тем, что в схему введены первый (8) и второй (9) дополнительные транзисторы, эмиттерно-базовые переходы которых включены параллельно эмиттерно-базовым переходам первого (1) и второго (2) входных транзисторов, коллектор второго дополнительного транзистора (9) соединен со входом дополнительного токового зеркала (10), а коллектор первого (8) дополнительного транзистора подключен ко входу третьего токового зеркала (6) и выходу дополнительного токового зеркала (10).A differential amplifier with increased common-mode attenuation, comprising the first (1) and second (2) input transistors whose common emitter circuit includes a reference current source (3), first (4), second (5) and third (6) current mirrors moreover, the input of the first current mirror (4) is connected to the collector of the second input transistor (2), the input of the third (6) current mirror is connected to the collector of the first input transistor (1), the output of the third (6) current mirror is connected to the input of the second current mirror ( 5), and the outputs of the first (4) and second (5) then mirrors are connected to the output (7) of the differential amplifier, characterized in that the first (8) and second (9) additional transistors are introduced into the circuit, the emitter-base junctions of which are connected in parallel with the emitter-base junctions of the first (1) and second (2) input transistors, the collector of the second additional transistor (9) is connected to the input of the additional current mirror (10), and the collector of the first (8) additional transistor is connected to the input of the third current mirror (6) and the output of the additional current mirror (10).
RU2007119343/09A 2007-05-24 2007-05-24 Differential amplifier with increased attenuation of common-mode signal RU2332782C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007119343/09A RU2332782C1 (en) 2007-05-24 2007-05-24 Differential amplifier with increased attenuation of common-mode signal

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007119343/09A RU2332782C1 (en) 2007-05-24 2007-05-24 Differential amplifier with increased attenuation of common-mode signal

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2332782C1 true RU2332782C1 (en) 2008-08-27

Family

ID=46274669

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007119343/09A RU2332782C1 (en) 2007-05-24 2007-05-24 Differential amplifier with increased attenuation of common-mode signal

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2332782C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2538320C2 (en) * 2010-02-10 2015-01-10 Сименс Акциенгезелльшафт Pull-push amplifier with inductive inphase decoupling

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2538320C2 (en) * 2010-02-10 2015-01-10 Сименс Акциенгезелльшафт Pull-push amplifier with inductive inphase decoupling

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2365969C1 (en) Current mirror
RU2346388C1 (en) Differential amplifier
RU2332782C1 (en) Differential amplifier with increased attenuation of common-mode signal
RU2354041C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2446554C1 (en) Differential operational amplifier with paraphase output
RU2432667C1 (en) Differential operational amplifier with low supply voltage
RU2441316C1 (en) Differential amplifier with low supply voltage
RU2390912C2 (en) Cascode differential amplifier
RU2319291C1 (en) Cascade differential amplifier
RU2455757C1 (en) Precision operational amplifier
RU2413356C1 (en) Differential amplifier with increased input resistance
RU2319288C1 (en) Differential amplifier using low-voltage power supply
RU2365029C1 (en) Cascode difference amplifier with low offset voltage
RU2383099C2 (en) Differential amplifier with low-resistance inputs
RU2284647C1 (en) Differential amplifier
RU2331968C1 (en) Differential amplifier with high common mode rejection
RU2331975C1 (en) Differential amplifier with minor zero offset voltage
RU2365971C1 (en) Current mirror
RU2331969C1 (en) Differential amplifier with high common mode rejection
RU2331966C1 (en) Differential amplifier with minor zero offset voltage
RU2402150C1 (en) Current mirror with load circuit in form of cascade at transistor with common emitter
RU2331972C1 (en) Differential amplifier with high voltage amplification factor
RU2468504C1 (en) Complementary differential amplifier with paraphase output
RU2459348C1 (en) Operational amplifier having gain adjustment circuit
RU2432666C1 (en) Differential operational amplifier with low supply voltage

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120525