RU2389071C1 - Аналоговый перемножитель напряжений - Google Patents
Аналоговый перемножитель напряжений Download PDFInfo
- Publication number
- RU2389071C1 RU2389071C1 RU2008138006/09A RU2008138006A RU2389071C1 RU 2389071 C1 RU2389071 C1 RU 2389071C1 RU 2008138006/09 A RU2008138006/09 A RU 2008138006/09A RU 2008138006 A RU2008138006 A RU 2008138006A RU 2389071 C1 RU2389071 C1 RU 2389071C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- channel
- apn
- inputs
- current
- voltage
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в устройствах автоматической регулировки усиления, фазовых детекторах и модуляторах, а также в системах фазовой автоподстройки и умножения частоты или в качестве усилителя, коэффициент передачи по напряжению которого зависит от уровня сигнала управления. Аналоговый перемножитель (АПН) является базовым узлом современных систем приема и обработки сигналов ВЧ- и СВЧ-диапазонов, аналоговой вычислительной и измерительной техники, позволяет решать задачи выделения разностной частоты, аттенюации сигналов. АПН является неотъемлемым звеном квадратурных модуляторов и демодуляторов, а также синхронных фильтров. Высоколинейный широкополосный АПН может служить базовой ячейкой нелинейных СФ-блоков систем на кристалле. Технический результат: улучшение согласования входов АПН с общей шиной источников питания, расширение диапазона рабочих частот и снижение напряжения питания. АПН содержит перемножающую ячейку (1) на основе транзисторных дифференциальных каскадов с первым (2) и вторым (3) потенциальными входами канала «X», первым (4) и вторым (5) противофазными токовыми входами канала «Y», первым (6) и вторым (7) противофазными потенциальными входами канала «Y», первым (8) и вторым (9) токовыми выходами, связанными с цепью нагрузки (10). В схему введены первый (11) и второй (12) полевые транзисторы, истоки которых связаны с соответствующими первым (4) и вторым (5) противофазными токовыми входами канала «Y», затворы соединены с соответствующими первым (6) и вторым (7) потенциальными входами канала «Y», а стоки связаны с шиной (13) напряжения питания. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в устройствах автоматической регулировки усиления, фазовых детекторах и модуляторах, а также в системах фазовой автоподстройки и умножения частоты или в качестве усилителя, коэффициент передачи по напряжению которого зависит от уровня сигнала управления. Аналоговый перемножитель (АПН) является базовым узлом современных систем приема и обработки сигналов ВЧ- и СВЧ-диапазонов, аналоговой вычислительной и измерительной техники, позволяет решать задачи выделения разностной частоты, аттенюации сигналов. АПН является неотъемлемым звеном квадратурных модуляторов и демодуляторов, а также синхронных фильтров. Высоколинейный широкополосный АПН может служить базовой ячейкой нелинейных СФ-блоков систем на кристалле.
Аналоговый перемножитель напряжений (АПН) современных систем связи и телекоммуникаций реализуется в основном на базе перемножающей ячейки Джильберта, которая совершенствовалась в более чем 50 патентах ведущих микроэлектронных фирм (смотри, например, [1-36]). Предлагаемое изобретение относится к данному классу устройств.
На основе ячейки Джильберта реализуются не только перемножители напряжений, но и управляемые усилители и смесители (миксеры) сигналов ВЧ- и СВЧ-диапазонов В этом смысле АПН является базовым функциональным узлом современной микроэлектроники, определяющим качественные показатели многих систем связи.
В современной микроэлектронике важное место занимают биполярно-полевые технологии, обеспечивающие для электронных систем элементную базу с качественными n-p-n биполярными транзисторами и полевыми транзисторами с р-каналом. Такая технология освоена многими микроэлектронными фирмами, в том числе НПО «Интеграл» (г.Минск), выпускающими широкую гамму различных микроэлектронных устройств на основе аналоговых биполярно-полевых базовых матричных кристаллов (БМК) (а.с. СССР 1746440). Замечательная особенность БМК - высокая радиационная стойкость, что делает их особенно привлекательными для применения в изделиях космической и атомной техники. Предлагаемое изобретение ориентировано на решение данного класса задач.
Ближайшим прототипом заявляемого устройства является аналоговый перемножитель напряжений (АПН, фиг.1), рассмотренный в патентной заявке США №2006/0232334, fig 1, содержащий перемножающую ячейку 1 на основе двух транзисторных дифференциальных каскадов с первым 2 и вторым 3 потенциальными входами канала «X», первым 4 и вторым 5 противофазными токовыми входами канала «Y», первым 6 и вторым 7 противофазными потенциальными входами канала «Y», первым 8 и вторым 9 токовыми выходами, связанными с цепью нагрузки 10.
Первый существенный недостаток известного перемножителя напряжений состоит в том, что он характеризуется «трехъярусным» включением p - n переходов в цепи отрицательного источника питания E
, что накладывает ограничения на допустимый диапазон изменения напряжения питания 
Второй существенный недостаток известного АПН - необходимость согласования статических потенциалов входов канала «Y» 6 и 7 с общей шиной источников питания. Для этой цели применяются специальные цепи смещения (см., например, патент US 5.151.624, fig.2), что отрицательно сказывается на точности АПН, его статических погрешностях. Кроме этого, наличие емкости на подложку у транзисторов канала «Y», коллекторы которых подключены к первому 4 и второму 5 токовым входам, отрицательно сказывается на частотных характеристиках АПН.
Основная цель предлагаемого изобретения состоит в решении проблемы «привязки» входов канала «Y», так же как и канала «X», к общей шине источников питания в базисе элементов BiFET-технологий.
Дополнительные цели - расширение диапазона рабочих частот по каналу «X» и снижение напряжения питания.
Поставленная цель достигается тем, что в АПН, содержащем перемножающую ячейку 1 на основе транзисторных дифференциальных каскадов с первым 2 и вторым 3 потенциальными входами канала «X», первым 4 и вторым 5 противофазными токовыми входами канала «Y», первым 6 и вторым 7 противофазными потенциальными входами канала «Y», первым 8 и вторым 9 токовыми выходами, связанными с цепью нагрузки 10, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введены первый 11 и второй 12 полевые транзисторы, истоки которых связаны с соответствующими первым 4 и вторым 5 противофазными токовыми входами канала «Y», затворы соединены с соответствующими первым 6 и вторым 7 потенциальными входами канала «Y», а стоки связаны с шиной 13 напряжения питания.
На фиг.1 показана схема АПН-прототипа, а на фиг.2 - схема заявляемого АПН в соответствии с п.1 формулы изобретения.
На фиг.3 представлена схема АПН, соответствующая п.2 формулы изобретения.
На фиг.4 приведена схема АПН фиг.2 в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП "Пульсар», а на фиг.5 показана зависимость ее выходного напряжения от напряжений на входах каналов «X» и «Y». Такой режим характеризует перемножающие свойства АПН. Эти графики показывают, что заявляемый АПН является четырехквадрантным перемножителем. При этом погрешность перемножения γ, характеризующаяся графиками, может быть достаточно малой (γ≤0,2%).
Заявляемый АПН фиг.2 содержит перемножающую ячейку 1 на основе транзисторных дифференциальных каскадов с первым 2 и вторым 3 потенциальными входами канала «X», первым 4 и вторым 5 противофазными токовыми входами канала «Y», первым 6 и вторым 7 противофазными потенциальными входами канала «Y», первым 8 и вторым 9 токовыми выходами, связанными с цепью нагрузки 10. В схему введены первый 11 и второй 12 полевые транзисторы, истоки которых связаны с соответствующими первым 4 и вторым 5 противофазными токовыми входами канала «Y», затворы соединены с соответствующими первым 6 и вторым 7 потенциальными входами канала «Y», а стоки связаны с шиной 13 напряжения питания.
Множительная ячейка 1 в схеме фиг.2 реализована на транзисторах 14, 15, 16 и 17, а цепь нагрузки включает в частном случае резисторы 18 и 19.
В схеме фиг.3 в соответствии с п.2 формулы изобретения истоки первого 11 и второго 12 полевых транзисторов связаны с соответствующими первым 4 и вторым 5 противофазными токовыми входами канала «Y» через первый 20 и второй 21 дополнительные резисторы.
Рассмотрим работу АПН фиг.3.
Для реализации функции перемножения двух напряжений ux и uy в схеме фиг.3 необходимо обеспечить преобразование напряжения канала «Y» uy в два противофазно изменяющихся тока 
, которые управляют величиной коэффициента усиления по напряжению дифференциальных каскадов на транзисторах 14, 15 и 16, 17, где S - крутизна преобразования. В схеме фиг.3 при увеличении суммарного тока 15 эмиттерной цепи транзисторов 16 и 17 коэффициент усиления по напряжению увеличивается
а транзисторов 11 и 12 уменьшается
где S - крутизна преобразования напряжения uy в ток i4 (i5).
Поэтому переменное выходное напряжение АПН пропорционально произведению ux и uY:
Следует заметить, что в схеме фиг.3 каналы передачи напряжения их от источников сигналов 
и 
идентичны, что расширяет полосу пропускания АПН по выходу 9 особенно при малых величинах uy, ux.
Кроме этого, схема фиг.3 характеризуется многократной интеграцией функций применяемых активных элементов. Так на транзисторах 11, 12 и 14, 17 реализованы одновременно:
- источники опорного тока;
- перемножающая ячейка;
- преобразователь «напряжение канала «Y» - ток».
Схема фиг.3 имеет малые значения паразитной емкости в узлах 4 и 5, что улучшает ее перемножающие свойства в области высоких частот по каналу «X».
Замечательная особенность схемы фиг.3 - подавление передачи сигнала uy на выходы 8 и 9. Действительно, при изменении тока i4 в эмиттерах транзисторов 14 и 15 их коллекторные токи изменяются пропорционально uy. Однако противофазно изменяются и коллекторные токи транзисторов 16 и 17, что компенсирует соответствующее приращение тока коллектора транзисторов 14 и 15 и стабилизирует статическое напряжение на резисторах 18 и 19.
При реализации в АПН в соответствии с пунктом 2 формулы изобретения (фиг.2) дополнительно повышается диапазон линейной работы АПН по каналу «Y». Это объясняется тем, что при введении резисторов 20 и 21 обеспечивается более линейная зависимость токов i4 и i5 от напряжения uy. В конечном итоге это повышает точность перемножения ux и uy.
Кроме этого, работоспособность АПН фиг.2 (фиг.3) обеспечивается без источников опорного тока, что снижает погрешность перемножения ux и uy в диапазоне высоких частот.
Для существенного расширения динамического диапазона перемножаемых сигналов по каналу следует использовать их предварительное логарифмирование.
Таким образом, предлагаемое техническое решение является альтернативой широко распространенным АПН с классической архитектурой [1 - 36] и характеризуется более высокими качественными параметрами при высокой радиационной стойкости.
Источники информации
1. Патент GB 2.318.470, H03f 3/45.
2. Патент ЕР 1.369.992.
3. Патент США №5.874.857.
4. Патент США №6.456.142, фиг.8.
5. Патент США №3.931.583, фиг.9.
6. Патентная заявка США №2007/0139114, фиг.1.
7. Патентная заявка США №2005/0073362, фиг.1.
8. Патент США №5.057.787.
9. Патентная заявка WO 2004/041298.
10. Патент США №5.389.840, фиг.1А.
11. Патент США №5.883.539, фиг.1.
12. Патентная заявка США №2005/0052239.
13. Патент США №5.151.625, фиг.1.
14. Патент США №4.458.211, фиг.5.
15. Патентная заявка США №2005/0030096, фиг.6.
16. Патентная заявка США №2007/0090876.
17. Патент США №6.727.755.
18. Патент США №5.552.734, фиг.13, фиг.16.
19. Патентная заявка США №2006/0232334.
20. Патент США №5.767.727.
21. Патент США №6.229.395, фиг.2.
22. Патент США №5.115.409.
23. Патентная заявка США №2005/0231283, фиг.1.
24. Патентная заявка США №2006/0066362, фиг.15.
25. Патент США №5.151.624, фиг.1, фиг.2.
26. Патент США №5.329.189, фиг.2.
27. Патент США №4.704.738.
28. Патент США №4.480.337.
29. Патент США №5.825.231.
30. Патент США №6.211.718, фиг.1, фиг.2.
31. Патент США №5.151.624.
32. Патент США №5.329.189.
33. Патент США №5.331.289.
34. Патент GB №2.323.728.
35. Патентная заявка США №2008/0122540, фиг.1.
36. Патент США №4.965.528.
Claims (2)
1. Аналоговый перемножитель напряжений, содержащий перемножающую ячейку (1) на основе транзисторных дифференциальных каскадов с первым (2) и вторым (3) потенциальными входами канала «X», первым (4) и вторым (5) противофазными токовыми входами канала «Y», первым (6) и вторым (7) противофазными потенциальными входами канала «Y», первым (8) и вторым (9) токовыми выходами, связанными с цепью нагрузки (10), отличающийся тем, что в схему введены первый (11) и второй (12) полевые транзисторы, истоки которых связаны с соответствующими первым (4) и вторым (5) противофазными токовыми входами канала «Y», затворы соединены с соответствующими первым (6) и вторым (7) потенциальными входами канала «Y», а стоки связаны с шиной (13) напряжения питания.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что истоки первого (11) и второго (12) полевых транзисторов связаны с соответствующими первым (4) и вторым (5) противофазными токовыми входами канала «Y» через первый (20) и второй (21) дополнительные резисторы.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008138006/09A RU2389071C1 (ru) | 2008-09-23 | 2008-09-23 | Аналоговый перемножитель напряжений |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008138006/09A RU2389071C1 (ru) | 2008-09-23 | 2008-09-23 | Аналоговый перемножитель напряжений |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008138006A RU2008138006A (ru) | 2010-03-27 |
| RU2389071C1 true RU2389071C1 (ru) | 2010-05-10 |
Family
ID=42138089
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008138006/09A RU2389071C1 (ru) | 2008-09-23 | 2008-09-23 | Аналоговый перемножитель напряжений |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2389071C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2450352C1 (ru) * | 2011-04-20 | 2012-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Аналоговый смеситель двух сигналов |
| RU2458456C1 (ru) * | 2011-04-20 | 2012-08-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Аналоговый смеситель двух сигналов |
-
2008
- 2008-09-23 RU RU2008138006/09A patent/RU2389071C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2450352C1 (ru) * | 2011-04-20 | 2012-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Аналоговый смеситель двух сигналов |
| RU2458456C1 (ru) * | 2011-04-20 | 2012-08-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Аналоговый смеситель двух сигналов |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008138006A (ru) | 2010-03-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Naderi et al. | A new high speed and low power four-quadrant CMOS analog multiplier in current mode | |
| TW201306630A (zh) | 平方電路、積體電路、無線通訊單元以及相關方法 | |
| KR20020025701A (ko) | 증폭회로 | |
| US8953346B2 (en) | Converting circuit for converting input voltage into output current | |
| RU2365969C1 (ru) | Токовое зеркало | |
| US20050001687A1 (en) | Power amplifier module with distortion compensation | |
| JPH08250941A (ja) | 低歪差動増幅回路 | |
| Yesil et al. | Electronically controllable bandpass filters with high quality factor and reduced capacitor value: An additional approach | |
| Kim et al. | A 500-MHz bandwidth 7.5-mV pp ripple power-amplifier supply modulator for RF polar transmitters | |
| RU2389071C1 (ru) | Аналоговый перемножитель напряжений | |
| Shaterian et al. | Analysis and design of the true piecewise approximation logarithmic amplifiers | |
| Nagar et al. | Single OTRA based two quadrant analog voltage divider | |
| RU2396697C2 (ru) | Высокочастотный дифференциальный усилитель | |
| RU2383054C1 (ru) | Аналоговый перемножитель напряжений | |
| RU2419189C1 (ru) | Аналоговый перемножитель напряжений с низковольтным питанием | |
| RU2394358C1 (ru) | Низковольтный аналоговый перемножитель напряжений | |
| RU2384938C1 (ru) | Комплементарный дифференциальный усилитель с управляемым усилением | |
| RU2321156C1 (ru) | Широкополосный усилитель | |
| US6710655B2 (en) | Bipolar emitter couple pair transconductor for high speed operational amplifiers | |
| RU2374756C1 (ru) | Мультидифференциальный усилитель | |
| US7327997B2 (en) | High order trans-impedance filter with a single operational amplifier | |
| RU2390912C2 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2390922C1 (ru) | Управляемый усилитель и аналоговый перемножитель сигналов на его основе | |
| RU2396595C2 (ru) | Аналоговый перемножитель напряжений | |
| Pawase et al. | CMOS Gilbert mutiplier for analog signal processing and its FPAA based implementation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130924 |