RU2419193C1 - Differential amplifier with paraphase output - Google Patents
Differential amplifier with paraphase output Download PDFInfo
- Publication number
- RU2419193C1 RU2419193C1 RU2009146925/09A RU2009146925A RU2419193C1 RU 2419193 C1 RU2419193 C1 RU 2419193C1 RU 2009146925/09 A RU2009146925/09 A RU 2009146925/09A RU 2009146925 A RU2009146925 A RU 2009146925A RU 2419193 C1 RU2419193 C1 RU 2419193C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- emitter
- collector
- transistors
- emitters
- auxiliary
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
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, СВЧ 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, microwave operational amplifiers (op amps), comparators).
Известны схемы классических дифференциальных усилителей (ДУ) [1-14] с отрицательной обратной связью по синфазному сигналу, которые стали основой многих серийных аналоговых микросхем первого и второго поколения.Known schemes of classical differential amplifiers (DE) [1-14] with negative feedback on the common mode signal, which became the basis of many serial analog circuits of the first and second generation.
В последние годы ДУ данного класса стали снова активно применяться в структуре СВЧ-устройств [1, 2, 3], реализованных на базе новейших SiGe-технологий. Это связано с возможностью построения на их основе активных RC-фильтров гигагерцового диапазона для современных и перспективных систем связи. В значительной степени этому способствует простота установления статического режима ДУ при низковольтном питании (1,2÷2,1)В, которое характерно для SiGe транзисторов с предельными частотами 100÷200 ГГц.In recent years, remote controls of this class have again become actively used in the structure of microwave devices [1, 2, 3], implemented on the basis of the latest SiGe technologies. This is due to the possibility of building on their basis active RC-filters of the gigahertz range for modern and promising communication systems. To a large extent, this is facilitated by the simplicity of establishing the static mode of the remote control at low-voltage power supply (1.2 ÷ 2.1) V, which is typical for SiGe transistors with limiting frequencies of 100 ÷ 200 GHz.
Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является дифференциальный усилитель, описанный в статье [2], содержащий входной дифференциальный каскад 1 с основными 2 и 3 входами, входом цепи отрицательной обратной связи по синфазному сигналу 4, первым 5 и вторым 6 токовыми выходами, связанными с базами соответствующих первого 7 и второго 8 выходных транзисторов и коллекторами первого 9 и второго 10 вспомогательных транзисторов, первый 11 и второй 12 вспомогательные резисторы, включенные между шиной источника питания 13 и эмиттерами соответствующих первого 9 и второго 10 вспомогательных транзисторов, базы которых подключены к источнику напряжения смещения 14, третий 15 и четвертый 16 дополнительные резисторы, включенные между эмиттерами соответствующих первого 7 и второго 8 выходных транзисторов и входом цепи отрицательной обратной связи по синфазному сигналу 4 входного дифференциального каскада 1, причем парафазными выходами дифференциального усилителя являются эмиттеры первого 7 и второго 8 выходных транзисторов.The closest prototype (figure 1) of the claimed device is a differential amplifier described in article [2], containing an input
Существенный недостаток известного ДУ состоит в том, что он имеет сравнительно небольшой коэффициент усиления по напряжению (Ку) при низкоомной нагрузке (например, Rн=50 Ом).A significant drawback of the known DE is that it has a relatively small voltage gain (K y ) at low resistance load (for example, R n = 50 Ohms).
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в увеличении коэффициента усиления по напряжению ДУ при низкоомной нагрузке без ухудшения энергетических параметров в статическом режиме.The main objective of the invention is to increase the voltage gain of the remote control at low impedance load without deterioration of energy parameters in static mode.
Поставленная задача достигается тем, что в дифференциальном усилителе с парафазным выходом фиг.1, содержащем входной дифференциальный каскад 1 с основными 2 и 3 входами, входом цепи отрицательной обратной связи по синфазному сигналу 4, первым 5 и вторым 6 токовыми выходами, связанными с базами соответствующих первого 7 и второго 8 выходных транзисторов и коллекторами первого 9 и второго 10 вспомогательных транзисторов, первый 11 и второй 12 вспомогательные резисторы, включенные между шиной источника питания 13 и эмиттерами соответствующих первого 9 и второго 10 вспомогательных транзисторов, базы которых подключены к источнику напряжения смещения 14, третий 15 и четвертый 16 дополнительные резисторы, включенные между эмиттерами соответствующих первого 7 и второго 8 выходных транзисторов и входом цепи отрицательной обратной связи по синфазному сигналу 4 входного дифференциального каскада 1, причем парафазными выходами дифференциального усилителя являются эмиттеры первого 7 и второго 8 выходных транзисторов, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введены первый 18 и второй 19 дополнительные транзисторы, причем база первого 18 дополнительного транзистора связана с эмиттером второго 10 вспомогательного транзистора, его эмиттер - соединен с коллектором первого 7 выходного транзистора, а коллектор подключен к шине источника питания 13, база второго 19 дополнительного транзистора связана с эмиттером первого 9 вспомогательного транзистора, его эмиттер соединен с коллектором второго 8 выходного транзистора, а коллектор подключен к шине источника питания 13.The problem is achieved in that in a differential amplifier with a paraphase output of Fig. 1, containing an input
Схема заявляемого устройства, соответствующего формуле изобретения, показана на фиг.2.A diagram of the inventive device corresponding to the claims is shown in figure 2.
На фиг.3-4 показаны схемы ДУ-прототипа (фиг.3) и заявляемого ДУ (фиг.4) в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар», а на фиг.5 - зависимость Ку сравниваемых схем (фиг.3, фиг.4) от частоты.Figure 3-4 shows the scheme of the remote control prototype (figure 3) and the claimed remote control (figure 4) in the computer simulation environment PSpice on the models of integrated transistors of the Federal State Unitary Enterprise NPP Pulsar, and figure 5 shows the dependence of K for the compared circuits (figure 3, figure 4) from the frequency.
Дифференциальный усилитель с парафазным выходом фиг.2 содержит входной дифференциальный каскад 1 с основными 2 и 3 входами, входом цепи отрицательной обратной связи по синфазному сигналу 4, первым 5 и вторым 6 токовыми выходами, связанными с базами соответствующих первого 7 и второго 8 выходных транзисторов и коллекторами первого 9 и второго 10 вспомогательных транзисторов, первый 11 и второй 12 вспомогательные резисторы, включенные между шиной источника питания 13 и эмиттерами соответствующих первого 9 и второго 10 вспомогательных транзисторов, базы которых подключены к источнику напряжения смещения 14, третий 15 и четвертый 16 дополнительные резисторы, включенные между эмиттерами соответствующих первого 7 и второго 8 выходных транзисторов и входом цепи отрицательной обратной связи по синфазному сигналу 4 входного дифференциального каскада 1, причем парафазными выходами дифференциального усилителя являются эмиттеры первого 7 и второго 8 выходных транзисторов. В схему введены первый 18 и второй 19 дополнительные транзисторы, причем база первого 18 дополнительного транзистора связана с эмиттером второго 10 вспомогательного транзистора, его эмиттер соединен с коллектором первого 7 выходного транзистора, а коллектор подключен к шине источника питания 13, база второго 19 дополнительного транзистора связана с эмиттером первого 9 вспомогательного транзистора, его эмиттер соединен с коллектором второго 8 выходного транзистора, а коллектор подключен к шине источника питания 13. В частном случае входной дифференциальный каскад 1 содержит транзисторы 20, 21, 22 и р-n переход 23.The differential amplifier with a paraphase output of FIG. 2 contains an input
Рассмотрим работу ДУ фиг.2.Consider the operation of the remote control of figure 2.
Статический режим транзисторов ДУ устанавливается цепью отрицательной обратной связи по синфазному сигналу и источниками тока на транзисторах 9 и 10.The static mode of the remote control transistors is established by the negative feedback circuit of the common-mode signal and current sources on
Если на первый 2 вход ДУ подается положительное напряжение uвх, то это вызывает изменение напряжений u5 и u6 в узлах 5 и 6 и приводит к появлению токов базы транзисторов 7 и 8, а также транзисторов 18 и 19:If the first control input 2 is applied a positive voltage u Rin, it causes a change in voltage u 5 and u 6, the
где iбn, (iэn) - ток базы (эмиттера) n-го транзистора;where i bn , (i en ) is the base current (emitter) of the nth transistor;
βn - коэффициент усиления по току базы n-го транзистора;β n - current gain of the base of the n-th transistor;
- ток нагрузки Rн. - load current R n .
Приращения токов базы iб18, iб19 транзисторов 18 и 19 с коэффициентами усиления по току эмиттера α9≈1, α10≈1 транзисторов 9 и 10 передаются в узлы 5 и 6 и компенсируют токи базы iб7, iб8 транзисторов 7 и 8:The increments of the base currents i b18 , i b19 of transistors 18 and 19 with emitter current gains α 9 ≈1, α 10 ≈1 of
В результате эффективные эквивалентные сопротивления в узлах 5 и 6 повышаются:As a result, the effective equivalent resistances in
Это приводит к повышению коэффициента усиления ДУ по напряжению в N-раз:This leads to an increase in the gain of the remote control voltage by a factor of N:
где Where
Так как α9≈α10≈1, β8=β18, β7=β19, то улучшение Ку достигает одного порядка при весьма низкоомных нагрузках (например, Rн=50 Ом, соответствующих волновым сопротивлениям линий связи).Since α 9 ≈α 10 ≈1, β 8 = β 18 , β 7 = β 19 , the improvement in K y reaches one order at very low resistance loads (for example, R n = 50 Ohms, corresponding to the wave impedances of communication lines).
Данные теоретические выводы соответствуют результатам компьютерного моделирования схем фиг.3 и фиг.4, представленных графиками фиг.5.These theoretical conclusions correspond to the results of computer simulation of the schemes of figure 3 and figure 4, represented by graphs of figure 5.
Выигрыш по коэффициенту усиления еще более повышается, если входной дифференциальный каскад 1 выполнен по каскадной схеме.The gain in gain is further increased if the input
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКBIBLIOGRAPHIC LIST
1. Budyakov, A. Design of Fully Differential OpAmps for GHz Range Applications [Текст]. / Budyakov A., Schmalz K., Prokopenko N., Scheytt C., Ostrovskyy P. // Проблемы современной аналоговой микросхемотехники: сб. материалов VI Международного научно-практического семинара. В 3-х ч. Ч.1. Функциональные узлы аналоговых интегральных схем и сложных функциональных блоков. / под ред. Н.Н.Прокопенко. - Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2007 - С.106-110.1. Budyakov, A. Design of Fully Differential OpAmps for GHz Range Applications [Text]. / Budyakov A., Schmalz K., Prokopenko N., Scheytt C., Ostrovskyy P. // Problems of modern analog microcircuitry: collection. materials of the VI International scientific and practical seminar. In 3 hours,
2. S.P.Voinigescu, et al., "Design Methodology and Applications of SiGe BiCMOS Cascode Opamps with up to 37-GHz Unity Gain Bandwidth", IEEE CSICS, Techn. Digest, pp.283-286, Nov. 2005, фиг.2.2. S.P. Voinigescu, et al., "Design Methodology and Applications of SiGe BiCMOS Cascode Opamps with up to 37-GHz Unity Gain Bandwidth", IEEE CSICS, Techn. Digest, pp. 283-286, Nov. 2005, FIG. 2.
3. S.P.Voinigescu, et al., "SiGe BiCMOS for Analog, High-Speed Digital and Millimetre-Wave Applications Beyond 50 GHz", IEEE BCTM, pp.1-8, Oct. 2006.3. S.P. Voinigescu, et al., "SiGe BiCMOS for Analog, High-Speed Digital and Millimetre-Wave Applications Beyond 50 GHz", IEEE BCTM, pp. 1-8, Oct. 2006.
4. Патент США № 4.274.394, фиг.2.4. US patent No. 4.274.394, figure 2.
5. Патент США № 3.619.797.5. US patent No. 3.619.797.
6. Патент США № 3.622.902.6. US patent No. 3.622.902.
7. Патент США № 3.440.554.7. US Patent No. 3.440.554.
8. А.св. СССР № 299013.8. A. St. USSR No. 299013.
9. Патент Англии № 1.175.329, Н3Т.9. Patent of England No. 1.175.329, Н3Т.
10. Патент США № 3.304.512.10. US Patent No. 3.304.512.
11. Патент США № 4.371.93.11. US patent No. 4.371.93.
12. А.св. СССР № 421105.12. A. St. USSR No. 421105.
13. А.св. СССР № 764100.13. A. St. USSR No. 764100.
14. А.св. СССР № 669471.14. A. St. USSR No. 669471.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009146925/09A RU2419193C1 (en) | 2009-12-16 | 2009-12-16 | Differential amplifier with paraphase output |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009146925/09A RU2419193C1 (en) | 2009-12-16 | 2009-12-16 | Differential amplifier with paraphase output |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2419193C1 true RU2419193C1 (en) | 2011-05-20 |
Family
ID=44733820
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009146925/09A RU2419193C1 (en) | 2009-12-16 | 2009-12-16 | Differential amplifier with paraphase output |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2419193C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2697945C1 (en) * | 2019-02-25 | 2019-08-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Active third-order active low-pass rc-filter based on an operational amplifier with a paraphrase output |
-
2009
- 2009-12-16 RU RU2009146925/09A patent/RU2419193C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2697945C1 (en) * | 2019-02-25 | 2019-08-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Active third-order active low-pass rc-filter based on an operational amplifier with a paraphrase output |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2364020C1 (en) | Differential amplifier with negative in-phase signal feedback | |
RU2346382C1 (en) | Differential amplifier with paraphase output | |
RU2421887C1 (en) | Differential amplifier with paraphase output | |
RU2413355C1 (en) | Differential amplifier with paraphase output | |
RU2416146C1 (en) | Differential amplifier with increased amplification factor | |
RU2419193C1 (en) | Differential amplifier with paraphase output | |
RU2390916C1 (en) | Precision operational amplifier | |
RU2321159C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2595927C1 (en) | Bipolar-field operational amplifier | |
RU2346386C1 (en) | Differential amplifier | |
RU2321158C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2432667C1 (en) | Differential operational amplifier with low supply voltage | |
RU2383099C2 (en) | Differential amplifier with low-resistance inputs | |
RU2319291C1 (en) | Cascade differential amplifier | |
RU2413356C1 (en) | Differential amplifier with increased input resistance | |
RU2419187C1 (en) | Cascode differential amplifier with increased zero level stability | |
RU2444114C1 (en) | Operational amplifier with low-resistance load | |
RU2374757C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
Zaidi et al. | Rail-To-Rail Output Op-Amp Design with Negative Miller Capacitance Compensation | |
RU2419199C1 (en) | Driver of differential communication line | |
RU2432666C1 (en) | Differential operational amplifier with low supply voltage | |
RU2481698C1 (en) | Differential operational amplifier with paraphase output | |
RU2337395C1 (en) | Controlled source of reference current | |
RU2402150C1 (en) | Current mirror with load circuit in form of cascade at transistor with common emitter | |
RU2416148C1 (en) | Differential amplifier with increased amplification factor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121217 |