RU2374757C1 - Cascode differential amplifier - Google Patents
Cascode differential amplifier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2374757C1 RU2374757C1 RU2008112917/09A RU2008112917A RU2374757C1 RU 2374757 C1 RU2374757 C1 RU 2374757C1 RU 2008112917/09 A RU2008112917/09 A RU 2008112917/09A RU 2008112917 A RU2008112917 A RU 2008112917A RU 2374757 C1 RU2374757 C1 RU 2374757C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- additional
- differential amplifier
- output
- cascode differential
- bus
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления и преобразования аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, широкополосных усилителях, операционных усилителях (ОУ), драйверах линий связи и т.п.).The invention relates to the field of radio engineering and communication and can be used as a device for amplifying and converting analog signals in the structure of analog microcircuits for various functional purposes (for example, broadband amplifiers, operational amplifiers (op amps), communication line drivers, etc.).
Известны схемы так называемых «перегнутых» каскодных дифференциальных усилителей (КДУ) [1-40], которые стали основой более чем 20 серийных операционных усилителей, выпускаемых как зарубежными (НА2520, НА5190, AD797, AD8631, AD8632, ОР90 и др.), так и российскими (154УДЗ и др.) микроэлектронными фирмами. В связи с высокой популярностью такой архитектуры ДУ, на их модификации выдано более 50 патентов для ведущих производителей микроэлектронных изделий. Предлагаемое изобретение относится к данному подклассу устройств.Known circuits of the so-called “kinked” cascode differential amplifiers (KDU) [1-40], which became the basis of more than 20 serial operational amplifiers manufactured both abroad (NA2520, NA5190, AD797, AD8631, AD8632, OP90, etc.), so and Russian (154UDZ, etc.) microelectronic companies. Due to the high popularity of such a remote control architecture, more than 50 patents have been issued for their modification for leading manufacturers of microelectronic products. The present invention relates to this subclass of devices.
Одна из задач, которую требуется решать с помощью КДУ, - создание на их основе усилителей с двумя низкоомными противофазными (парофазными) выходами, согласованными с общей шиной источников питания. Усилители с таким так называемым парафазным выходом, наряду с классическими ОУ, образуют основу для проектирования активных фильтров, драйверов линий связей, преобразователей одного входного напряжения в два противофазных сигнала и т.д. При этом во всех этих случаях для получения широкого динамического диапазона при малых напряжениях питания необходимо иметь нулевой (или другой заданный) статический потенциал на парафазных выходах.One of the tasks that needs to be solved with the help of a control switch is the creation of amplifiers based on them with two low-resistance antiphase (vapor-phase) outputs, coordinated with a common bus of power sources. Amplifiers with this so-called paraphase output, along with classical op amps, form the basis for designing active filters, communication line drivers, converters of one input voltage into two antiphase signals, etc. Moreover, in all these cases, to obtain a wide dynamic range at low supply voltages, it is necessary to have zero (or other specified) static potential at the paraphase outputs.
Следует отметить, что для известного КДУ (фиг.1) характерны противоречивые требования к параметрам элементов схемы, при которых обеспечивается высокий коэффициент усиления по напряжению Ky и заданный уровень выходных статических напряжений U11=U12 (), которые должны быть «привязаны» к потенциалу общей шины источников питания (приблизительно равна нулю). Действительно, для повышения Ку в качестве двухполюсников 9 и 10 необходимо использовать источники опорного тока, что в то же время приводит к неопределенности статических потенциалов U11, U12 на выходах 11 и 12 (или на выходах 11*, 12* эмиттерных повторителей, которые включаются для согласования схемы с низкими сопротивлениями нагрузки).It should be noted that the well-known KDU (Fig. 1) is characterized by conflicting requirements for the parameters of circuit elements, which provide a high voltage gain K y and a given level of output static voltages U 11 = U 12 ( ), which should be “tied” to the potential of the common bus of power supplies (approximately equal to zero). Indeed, to increase Ku, as a two-
Таким образом, на базе известного КДУ не реализуются дифференциальные каскады с повышенным коэффициентом усиления по напряжению и заданным уровнем выходных статических напряжений, «привязанных», например, к общей шине питания.Thus, on the basis of the well-known KDU, differential stages with an increased voltage gain and a given level of output static voltages that are “tied”, for example, to a common power bus, are not implemented.
Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является каскодный дифференциальный усилитель (КДУ), описанный в патенте США №4.406.990 (фиг.2), содержащий первый 1 и второй 2 входные транзисторы, базы которых подключены к источнику 3 напряжения смещения, а эмиттеры через первый 4 и второй 5 вспомогательные двухполюсники связаны с шиной 6 первого источника питания и подключены к первому 7 и второму 8 токовым входам каскодного дифференциального усилителя, первый 9 и второй 10 двухполюсники нагрузки, подключенные к первому 11 и второму 12 выходам каскодного дифференциального усилителя и коллекторам первого 1 и второго 2 входных транзисторов.The closest prototype (figure 1) of the claimed device is the cascode differential amplifier (CDA) described in US patent No. 4.406.990 (figure 2), containing the first 1 and second 2 input transistors, the base of which is connected to the
Существенный недостаток известного ДУ состоит в том, что при высоком усилении по напряжению статический потенциал его парафазных выходов нестабилен, что создает проблемы с согласованием выходов КДУ с нагрузкой.A significant drawback of the known remote control is that with high voltage gain, the static potential of its paraphase outputs is unstable, which creates problems with matching the outputs of the KDU with the load.
Основная цель предлагаемого изобретения состоит в повышении стабильности выходных напряжений КДУ и создании условий, при которых выходные статические напряжения КДУ устанавливаются на заданном, в том числе, нулевом уровне.The main objective of the invention is to increase the stability of the output voltage KDU and the creation of conditions under which the output static voltage KDU are set at a given, including zero level.
Поставленная цель достигается тем, что в дифференциальном усилителе (фиг.1), содержащем первый 1 и второй 2 входные транзисторы, базы которых подключены к источнику 3 напряжения смещения, а эмиттеры через первый 4 и второй 5 вспомогательные двухполюсники связаны с шиной 6 первого источника питания и подключены к первому 7 и второму 8 токовым входам каскодного дифференциального усилителя, первый 9 и второй 10 двухполюсники нагрузки, подключенные к первому 11 и второму 12 выходам каскодного дифференциального усилителя и коллекторам первого 1 и второго 2 входных транзисторов, предусмотрены новые элементы и связи: в схему введены первый 13 и второй 14 дополнительные транзисторы, базы которых соединены с источником 3 напряжения смещения, эмиттеры объединены и подключены к шине 6 первого источника питания через первый 15 дополнительный двухполюсник, а коллекторы соединены с коллекторами соответствующих первого 1 и второго 2 входных транзисторов, второй 16 и третий 17 дополнительные двухполюсники, первые выводы которых соединены друг с другом и подключены к базе третьего 18 дополнительного транзистора, коллектор которого связан с эмиттерами первого 13 и второго 14 дополнительных транзисторов, а эмиттер подключен к шине дополнительного источника напряжения смещения 19, причем первый 11 выход каскодного дифференциального усилителя связан со вторым выводом второго 16 дополнительного двухполюсника, а второй 12 выход каскодного дифференциального усилителя связан со вторым выводом третьего 17 дополнительного двухполюсника.This goal is achieved by the fact that in the differential amplifier (Fig. 1) containing the first 1 and second 2 input transistors, the bases of which are connected to the
Схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 формулы изобретения показана на фиг.2.A diagram of the inventive device in accordance with
На фиг.3 представлена схема КДУ, соответствующая п.2 формулы изобретения.Figure 3 presents a diagram of the CDA corresponding to
Схема фиг.4 соответствует п.4 формулы изобретения.The scheme of figure 4 corresponds to
Схема фиг.5 совпадает со схемой фиг.2. Однако здесь транзисторы 1, 2, 13 и 14 - полевые, реализуемые (в частном случае так же, как и другие элементы), по техпроцессу SGB25VD.The scheme of figure 5 coincides with the scheme of figure 2. However, here the
На фиг.6 приведена схема по п.5 формулы изобретения.Figure 6 shows the diagram according to
На фиг.7 показана схема КДУ фиг.6 в среде компьютерного моделирования Pspice, а на фиг.8, фиг.9 и фиг.10 - ее амплитудно-частотные характеристики коэффициента усиления по напряжению Ku (фиг.8), входного сопротивления для синфазного сигнала (фиг.9) и входного дифференциального сопротивления (фиг.10).In Fig.7 shows a diagram of the CDA of Fig.6 in the computer simulation environment Pspice, and Fig.8, Fig.9 and Fig.10 - its amplitude-frequency characteristics of the voltage gain K u (Fig.8), the input resistance for common mode signal (Fig.9) and the input differential resistance (Fig.10).
Схема фиг.11 также соответствует фиг.6 в среде Cadance на моделях интегральных СВЧ-транзисторов IHP. На фиг.12 представлена амплитудно-частотная характеристика коэффициента усиления по напряжению схемы фиг.11.The circuit of FIG. 11 also corresponds to FIG. 6 in a Cadance environment on IHP microwave integrated transistor models. On Fig presents the frequency response of the voltage gain of the circuit of Fig.11.
Каскодный дифференциальный усилитель фиг.2 содержит первый 1 и второй 2 входные транзисторы, базы которых подключены к источнику 3 напряжения смещения, а эмиттеры через первый 4 и второй 5 вспомогательные двухполюсники связаны с шиной 6 первого источника питания и подключены к первому 7 и второму 8 токовым входам каскодного дифференциального усилителя, первый 9 и второй 10 двухполюсники нагрузки, подключенные к первому 11 и второму 12 выходам каскодного дифференциального усилителя и коллекторам первого 1 и второго 2 входных транзисторов. В схему введены первый 13 и второй 14 дополнительные транзисторы, базы которых соединены с источником 3 напряжения смещения, эмиттеры объединены и подключены к шине 6 первого источника питания через первый 15 дополнительный двухполюсник, а коллекторы соединены с коллекторами соответствующих первого 1 и второго 2 входных транзисторов, второй 16 и третий 17 дополнительные двухполюсники, первые выводы которых соединены друг с другом и подключены к базе третьего 18 дополнительного транзистора, коллектор которого связан с эмиттерами первого 13 и второго 14 дополнительных транзисторов, а эмиттер подключен к шине дополнительного источника напряжения смещения 19, причем первый 11 выход каскодного дифференциального усилителя связан со вторым выводом второго 16 дополнительного двухполюсника, а второй 12 выход каскодного дифференциального усилителя связан со вторым выводом третьего 17 дополнительного двухполюсника.The cascode differential amplifier of FIG. 2 contains the first 1 and second 2 input transistors, the bases of which are connected to the
На фиг.2 (п.2 формулы изобретения) в качестве шины дополнительного источника напряжения смещения 19 используется общая шина первого 6 и второго 20 источников питания.In Fig. 2 (claim 2) as a bus of an additional
На фиг.3, в соответствии с п.3 формулы изобретения, к первому 1 выходу каскодного дифференциального усилителя подключен вход первого эмиттерного повторителя 21, а ко второму выходу 12 каскодного дифференциального усилителя подключен вход второго 22 эмиттерного повторителя, соответствующие выходы которых являются вспомогательными выходами 23 и 24 каскодного дифференциального усилителя.In Fig. 3, in accordance with
На фиг.4, в соответствии с п.4 формулы изобретения, между первым 11 выходом каскодного дифференциального усилителя и вторым выводом второго 16 дополнительного двухполюсника включен первый эмиттерный повторитель 29 на основе первого 31 р-n-р входного транзистора, а между вторым 12 выходом каскодного дифференциального усилителя и вторым выводом третьего 17 дополнительного двухполюсника включен второй эмиттерный повторитель 30 на основе второго 32 n-p-n входного транзистора, причем эмиттер первого n-p-n входного транзистора связан с шиной 20 второго источника питания через последовательно соединенные первый р-n переход 33 и первый 34 источник опорного тока, общий узел которых является первым 35 дополнительным выходом каскодного дифференциального усилителя, а эмиттер второго 32 n-p-n входного транзистора связан с шиной 20 второго источника питания через последовательно соединенные второй р-n переход 36 и второй 37 источник опорного тока, общий узел которых является вторым 38 дополнительным выходом каскодного дифференциального усилителя.In Fig. 4, in accordance with
На фиг.5 в качестве транзисторов 1, 2, 13, 14 используются полевые транзисторы.5, field effect transistors are used as
На схеме фиг.6, соответствующей п.5 формулы изобретения, в качестве шины дополнительного источника напряжения смещения 19 используется общая эмиттерная цепь дополнительного входного параллельно-балансного каскада на основе вспомогательных транзисторов 39 и 40 и дополнительного двухполюсника 41 в их общей эмиттерной цепи, причем коллекторы вспомогательных транзисторов 39 и 40 подключены к первому 7 и второму 8 токовым входам каскодного дифференциального усилителя.In the diagram of FIG. 6 corresponding to
Рассмотрим работу заявляемого ДУ.Consider the work of the claimed remote control.
Статический режим по току транзисторов схемы фиг.2 устанавливается двухполюсниками 9 и 10, а также за счет соответствующего выбора источника напряжения смещения 3 и сопротивлений двухполюсников 4, 15, 5.The static current mode of the transistors of the circuit of figure 2 is set by two-
Уровень выходных статических напряжений КДУ U11 и U12 отличается от потенциала общей шины на +0,7В. Поэтому при введении эмиттерных повторителей 21 и 22 (фиг.2) напряжение на выходах 23 и 24 будет близко к нулю, что является необходимым условием для введения обратных связей на постоянном токе и получения максимального динамического диапазона.The level of output static voltages KDU U 11 and U 12 differs from the potential of the common bus by + 0.7V. Therefore, with the introduction of the
В схеме фиг.4 нулевые значения выходных статических напряжений U35≈U38=0 обеспечиваются р-n переходами 33 и 36. При этом эмиттерные повторители 29 и 30 повышают коэффициент усиления КДУ по напряжению при сравнительно низкоомных сопротивлениях резисторов 16 и 17.In the circuit of Fig. 4, zero values of the output static voltages U 35 ≈U 38 = 0 are provided by
Особенность схемы фиг.6 состоит в том, что здесь выходные статические напряжения U12 и U11 равны входному синфазному напряжению дополнительного параллельно-балансного каскада (33, 40, 41).A feature of the circuit of FIG. 6 is that here the output static voltages U 12 and U 11 are equal to the input common-mode voltage of the additional parallel-balanced cascade (33, 40, 41).
Схема фиг.6 имеет повышенный коэффициент ослабления входных синфазных сигналов (более 200 дБ).The circuit of Fig.6 has an increased attenuation coefficient of the input common-mode signals (more than 200 dB).
Приведенные на фиг.8, фиг.9 и фиг.10 результаты моделирования предлагаемого КДУ показывают, что в заявляемой схеме разрешаются технические противоречия, характерные для КДУ-прототипа.Shown in Fig.8, Fig.9 and Fig.10, the simulation results of the proposed KDU show that in the inventive scheme resolved technical contradictions characteristic of the KDU prototype.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКBIBLIOGRAPHIC LIST
1. Патент США №6.304.1431. US Patent No. 6,304.143
2. Патент США №5.418.4912. US Patent No. 5,418,491
3. Патент США №4.463.3193. US Patent No. 4,463.319
4. Патент США №6.717.4744. US Patent No. 6,717,474
5. Патент США №6.734.7205. US Patent No. 6,734,720
6. Патент США №4.723.1116. US patent No. 4.723.111
7. Патент США №4.293.8247. US Patent No. 4,293.824
8. Патент США №5.323.1218. US Patent No. 5,323.121
9. Патент США №5.091.7019. US Patent No. 5.091.701
10. Патент США №4.406.99010. US Patent No. 4,406.990
11. Патент США №5.422.60011. US Patent No. 5,422,600
12. Патент США №6.788.14312. US Patent No. 6,788.143
13. Патент США №4.274.06113. US Patent No. 4,274.061
14. Патент США №5.327.10014. US patent No. 5.327.100
15. Патент США №5.786.72915. US Patent No. 5,786.729
16. Патент США №3.644.83816. US Patent No. 3,644.838
17. Патент США №4.600.89317. US Patent No. 4,600.893
18. Патент США №4.390.85018. US Patent No. 4,390.850
19. Патент США №6.628.16819. US Patent No. 6,628.168
20. Матавкин В.В. Быстродействующие операционные усилители. - М. Радио и связь, 1989. - с.74, рис.4.15, стр.98, рис.6.7.20. Matavkin V.V. High-speed operational amplifiers. - M. Radio and Communications, 1989 .-- p. 74, fig. 4.15, p. 98, fig. 6.7.
21. Патент США №6.218.900, фиг.121. US patent No. 6.218.900, figure 1
22. Патентная заявка US 2002/019607922. Patent application US 2002/0196079
23. Патент США Re 30.58723. US Patent Re 30.587
24. Патент ЕР 1.227.58024. Patent EP 1.227.580
25. Патент США №6.714.07625. US Patent No. 6,714.076
26. Патентная заявка US 2004/0090268 A126. Patent application US 2004/0090268 A1
27. Патент США №4.959.622, фиг.127. US Patent No. 4,959.622, figure 1
28. Патент США №6.018.26828. US patent No. 6.018.268
29. Патент США №5.952.88229. US patent No. 5.952.882
30. Патент США №6.580.32530. US Patent No. 6,580.325
31. Патент США №6.965.26631. US patent No. 6.965.266
32. Патент США №6.867.64332. US Patent No. 6,867.643
33. Патент США №6.236.27033. US Patent No. 6,236.270
34. Патент США №6.229.39434. US patent No. 6.229.394
35. Патент США №5.734.29635. US Patent No. 5,734.296
36. Патент США №5.477.19036. US Patent No. 5,477.190
37. Патент США №6.084.47537. US patent No. 6.084.475
38. Патент США №3.733.55938. US patent No. 3.733.559
39. Патентная заявка US 2005/0001682 A139. Patent application US 2005/0001682 A1
40. Патент США №6.300.83140. US Patent No. 6,300.831
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008112917/09A RU2374757C1 (en) | 2008-04-03 | 2008-04-03 | Cascode differential amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008112917/09A RU2374757C1 (en) | 2008-04-03 | 2008-04-03 | Cascode differential amplifier |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2374757C1 true RU2374757C1 (en) | 2009-11-27 |
Family
ID=41476900
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008112917/09A RU2374757C1 (en) | 2008-04-03 | 2008-04-03 | Cascode differential amplifier |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2374757C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2513489C2 (en) * | 2012-08-24 | 2014-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Multi-differential operational amplifier |
-
2008
- 2008-04-03 RU RU2008112917/09A patent/RU2374757C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2513489C2 (en) * | 2012-08-24 | 2014-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Multi-differential operational amplifier |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2364020C1 (en) | Differential amplifier with negative in-phase signal feedback | |
JP3088262B2 (en) | Low distortion differential amplifier circuit | |
RU2421887C1 (en) | Differential amplifier with paraphase output | |
RU2413355C1 (en) | Differential amplifier with paraphase output | |
RU2416146C1 (en) | Differential amplifier with increased amplification factor | |
RU2390916C1 (en) | Precision operational amplifier | |
RU2374757C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2321159C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2374756C1 (en) | Multidifferential amplifer | |
RU2390912C2 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2321158C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2319292C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2419187C1 (en) | Cascode differential amplifier with increased zero level stability | |
RU2411636C1 (en) | Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2432667C1 (en) | Differential operational amplifier with low supply voltage | |
RU2439780C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2365029C1 (en) | Cascode difference amplifier with low offset voltage | |
RU2383099C2 (en) | Differential amplifier with low-resistance inputs | |
RU2320078C1 (en) | Complementary differential amplifier | |
RU2402151C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2331968C1 (en) | Differential amplifier with high common mode rejection | |
RU2432666C1 (en) | Differential operational amplifier with low supply voltage | |
RU2468503C1 (en) | Cascode amplifier | |
RU2432668C1 (en) | Differential operational amplifier with paraphase output | |
RU2419193C1 (en) | Differential amplifier with paraphase output |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100404 |