RU2421894C1 - Differential amplifier - Google Patents

Differential amplifier Download PDF

Info

Publication number
RU2421894C1
RU2421894C1 RU2010121667/09A RU2010121667A RU2421894C1 RU 2421894 C1 RU2421894 C1 RU 2421894C1 RU 2010121667/09 A RU2010121667/09 A RU 2010121667/09A RU 2010121667 A RU2010121667 A RU 2010121667A RU 2421894 C1 RU2421894 C1 RU 2421894C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
additional
input
terminal
power source
Prior art date
Application number
RU2010121667/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Николаевич Прокопенко (RU)
Николай Николаевич Прокопенко
Александр Игоревич Серебряков (RU)
Александр Игоревич Серебряков
Сергей Сергеевич Белич (RU)
Сергей Сергеевич Белич
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "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 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС")
Priority to RU2010121667/09A priority Critical patent/RU2421894C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2421894C1 publication Critical patent/RU2421894C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Abstract

FIELD: electricity. ^ SUBSTANCE: differential amplifier includes input differential cascade (1) with the first (2) and the second (3) current outputs connected to inputs of the appropriate first (4) and second (5) current mirrors (CM), matched with the first (6) power source (PS), the first (7) load bipole (LB) the first output of which is connected to the first output of device and output of the first (4) CM, the second (8) LB the first output of which is connected to output of the second (5) CM and the second output of device, and the second PS (9). To the diagram there introduced is the first (10) and the second (11) additional transistors (T) the bases of which are connected to potential bias voltage source (12), collector of the first (10) additional T is connected to input of the second (5) CM, collector of the second (11) additional T is connected to input of the first (4) CM, emitter of the first (10) additional T is connected to the second output of the first (7) LB and through the first (13) additional resistor to the second (9) PS; emitter of the second (11) additional T is connected to the second output of the second (8) LB, and through the second (14) additional resistor to the second (9) PS. ^ EFFECT: increasing limit values of amplification coefficient as to voltage Ka at low-voltage power supply of DA. ^ 4 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, ВЧ- и СВЧ-усилителях и т.п.).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, RF and microwave amplifiers, etc.).

В современной микроэлектронике находят применение классические усилители на основе дифференциальных каскадов с двумя токовыми зеркалами. Данная архитектура является основой широкого класса аналоговых интерфейсов современных систем связи и является базовой как для давно существующих, так и для новых, например, SiGe технологий (SG25H2 и др.).In modern microelectronics, classical amplifiers based on differential stages with two current mirrors are used. This architecture is the basis of a wide class of analog interfaces of modern communication systems and is basic for both long-existing and new, for example, SiGe technologies (SG25H2 and others).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является дифференциальный усилитель в устройстве по заявке US 2006/0139098 fig.1.The closest in technical essence to the claimed device is a differential amplifier in the device according to the application US 2006/0139098 fig. 1.

Существенный недостаток известного ДУ, архитектура которого присутствует также во многих других усилительных каскадах [1-12], состоит в том, что при ограничениях на напряжение питания (Еп), характерных для SiGe технологических процессов (Еп≤2,0÷2,5 В), его коэффициент усиления по напряжению (Kу) получается небольшим (Kуmax=10÷20). В первую очередь, это обусловлено ограничениями на сопротивления резисторов коллекторной нагрузки в выходной цепи токовых зеркал, которые из-за малых Еп не могут выбираться высокоомными.A significant drawback of the known DE, the architecture of which is also present in many other amplification stages [1-12], is that under restrictions on the supply voltage (E p ) characteristic of SiGe technological processes (E p ≤2.0 ÷ 2, 5 V), its voltage gain (K у ) is small (K уmax = 10 ÷ 20). First of all, this is due to restrictions on the resistances of collector load resistors in the output circuit of current mirrors, which, due to small E p, cannot be selected as high-resistance.

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в повышении предельных значений коэффициента усиления по напряжению Kу при низковольтном питании ДУ.The main objective of the invention is to increase the limit of the gain values of K when the voltage at the low voltage power control.

Поставленная задача решается тем, что в дифференциальном усилителе фиг.1, содержащем входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, связанными со входами соответствующих первого 4 и второго 5 токовых зеркал, согласованных с первым 6 источником питания, первый 7 двухполюсник нагрузки, первый вывод которого соединен с первым выходом устройства и выходом первого 4 токового зеркала, второй 8 двухполюсник нагрузки, первый вывод которого соединен с выходом второго 5 токового зеркала и вторым выходом устройства, второй источник питания 9, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введен первый 10 и второй 11 дополнительные транзисторы, базы которых соединены с источником напряжения смещения потенциалов 12, коллектор первого 10 дополнительного транзистора соединен со входом второго 5 токового зеркала, коллектор второго 11 дополнительного транзистора соединен со входом первого 4 токового зеркала, эмиттер первого 10 дополнительного транзистора связан со вторым выводом первого 7 двухполюсника нагрузки и через первый 13 дополнительный резистор соединен со вторым 9 источником питания, эмиттер второго 11 дополнительного транзистора соединен со вторым выводом второго 8 двухполюсника нагрузки и через второй 14 дополнительный резистор соединен со вторым 9 источником питания.The problem is solved in that in the differential amplifier of figure 1, containing the input differential stage 1 with the first 2 and second 3 current outputs associated with the inputs of the corresponding first 4 and second 5 current mirrors, matched with the first 6 power source, the first 7 two-pole load the first output of which is connected to the first output of the device and the output of the first 4 current mirror, the second 8 is a two-terminal load, the first output of which is connected to the output of the second 5 current mirror and the second output of the device, the second power supply 9, new elements and connections are provided - the first 10 and second 11 additional transistors are introduced into the circuit, the bases of which are connected to a potential bias voltage source 12, the collector of the first 10 additional transistor is connected to the input of the second 5 current mirror, the collector of the second 11 additional transistor is connected with the input of the first 4 current mirrors, the emitter of the first 10 additional transistor is connected to the second output of the first 7 two-terminal load and through the first 13 additional resistor is connected to the second 9th power source, the emitter of the second 11 additional transistor is connected to the second terminal of the second 8 bipolar load and through the second 14 additional resistor is connected to the second 9 power source.

На фиг.1 показана схема ДУ-прототипа.In Fig.1 shows a diagram of the remote control prototype.

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 представлена схема заявляемого ДУ фиг.2 с конкретным выполнением первого 4 и второго 5 токовых зеркал в среде компьютерного моделирования Cadence на моделях интегральных транзисторов HJW.Figure 3 presents a diagram of the claimed remote control of figure 2 with a specific implementation of the first 4 and second 5 current mirrors in a computer simulation environment Cadence on models of integrated transistors HJW.

График фиг.4 характеризует частотную зависимость коэффициента усиления по напряжению (Kу) ДУ фиг.3 и. ДУ-прототипа.The graph of FIG. 4 characterizes the frequency dependence of the voltage gain (K y ) of the remote control of FIG. 3 and. Remote prototype.

Дифференциальный усилитель фиг.2 содержит входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, связанными со входами соответствующих первого 4 и второго 5 токовых зеркал, согласованных с первым 6 источником питания, первый 7 двухполюсник нагрузки, первый вывод которого соединен с первым выходом устройства и выходом первого 4 токового зеркала, второй 8 двухполюсник нагрузки, первый вывод которого соединен с выходом второго 5 токового зеркала и вторым выходом устройства, второй источник питания 9. В схему введен первый 10 и второй 11 дополнительные транзисторы, базы которых соединены с источником напряжения смещения потенциалов 12, коллектор первого 10 дополнительного транзистора соединен со входом второго 5 токового зеркала, коллектор второго 11 дополнительного транзистора соединен со входом первого 4 токового зеркала, эмиттер первого 10 дополнительного транзистора связан со вторым выводом первого 7 двухполюсника нагрузки и через первый 13 дополнительный резистор соединен со вторым 9 источником питания, эмиттер второго 11 дополнительного транзистора соединен со вторым выводом второго 8 двухполюсника нагрузки и через второй 14 дополнительный резистор соединен со вторым 9 источником питания.The differential amplifier of Fig. 2 contains an input differential stage 1 with a first 2 and a second 3 current outputs connected to the inputs of the corresponding first 4 and second 5 current mirrors, matched with the first 6 power source, the first 7 two-terminal load, the first output of which is connected to the first output the device and the output of the first 4 current mirror, the second 8 bipolar load, the first output of which is connected to the output of the second 5 current mirror and the second output of the device, the second power source 9. The first 10 is introduced into the circuit and second 11 additional transistors, the bases of which are connected to a potential bias voltage source 12, the collector of the first 10 additional transistor is connected to the input of the second 5 current mirror, the collector of the second 11 additional transistor is connected to the input of the first 4 current mirror, the emitter of the first 10 additional transistor is connected to the second output the first 7 two-terminal load and through the first 13 additional resistor is connected to the second 9 power source, the emitter of the second 11 additional transistor is connected a second terminal of a second two-terminal load 8 and through a second additional resistor 14 connected to the second power source 9.

Статический режим ДУ фиг.2 устанавливается двухполюсником 17, а также резисторами 13, 14 и источником напряжения смещения 12. При необходимости в схему фиг.2 может вводиться общая отрицательная обратная связь по синфазному сигналу.The static mode of the remote control of FIG. 2 is set by a two-terminal 17, as well as by resistors 13, 14 and a bias voltage source 12. If necessary, general negative feedback can be introduced into the circuit of FIG.

Рассмотрим работу ДУ фиг.2 при положительном приращении напряжения uвx на первом «Вх.1» входе.Consider the operation of the remote control of figure 2 with a positive increment of voltage u in at the first "Vkh.1" input.

Коэффициент усиления по напряжению ДУ фиг.2 для выхода «Вых.1» определяется, прежде всего, эквивалентным сопротивлением Rэкв.А в цепи выхода Вых.1:The voltage gain of the remote control of FIG. 2 for the output “Output 1” is determined, first of all, by the equivalent resistance R equiv.A in the output circuit of Output 1:

Figure 00000001
Figure 00000001

где

Figure 00000002
- крутизна преобразования входного напряжения uвх ДУ в выходной ток узла «А»;Where
Figure 00000002
- the steepness of the conversion of the input voltage u I remote control into the output current of the node "A";

Figure 00000003
Figure 00000003

Суммарный ток в цепи выхода Вых.1 с учетом симметрии схемы:The total current in the output circuit of Output 1, taking into account the symmetry of the circuit:

Figure 00000004
Figure 00000004

где

Figure 00000005
- противофазные напряжения на выходах ДУ;Where
Figure 00000005
- antiphase voltage at the outputs of the remote control;

Figure 00000006
- коэффициент передачи по току первого (4) токового зеркала;
Figure 00000006
- current transfer coefficient of the first (4) current mirror;

Figure 00000007
- коэффициент усиления по току эмиттера второго 11 дополнительного транзистора.
Figure 00000007
- gain current of the emitter of the second 11 additional transistor.

Таким образом, для ДУ фиг.2:Thus, for the remote control of figure 2:

Figure 00000008
Figure 00000008

Из уравнения (4) следует, что при

Figure 00000009
Figure 00000010
а также одинаковых
Figure 00000011
, эквивалентное сопротивление в узле «А»
Figure 00000012
существенно возрастает и поэтому Ку усилителя фиг.2 увеличивается:From equation (4) it follows that for
Figure 00000009
Figure 00000010
as well as the same
Figure 00000011
, equivalent resistance in node "A"
Figure 00000012
significantly increases and therefore To the amplifier of figure 2 increases:

Figure 00000013
Figure 00000013

Таким образом, в предлагаемой схеме за счет соответствующего выбора резисторов 7 и 8, а также параметра

Figure 00000014
токовых зеркал 4 и 5 можно получить существенное увеличение коэффициента усиления по напряжению.Thus, in the proposed circuit due to the appropriate choice of resistors 7 and 8, as well as the parameter
Figure 00000014
current mirrors 4 and 5, you can get a significant increase in voltage gain.

Данные теоретические выводы подтверждаются результатами компьютерного моделирования фиг.4.These theoretical conclusions are confirmed by the results of computer simulation of figure 4.

Таким образом, заявляемое устройство имеет существенные преимущества в сравнении с прототипом.Thus, the claimed device has significant advantages compared with the prototype.

Источники информацииInformation sources

1. Патентная заявка США 2005/0218983 fig.11. US Patent Application 2005/0218983 fig. 1

2. Патент SU №5304252. Patent SU No. 530425

3. Патент США №6.831.513 fig.43. US Patent No. 6,831,513 fig. 4

4. Патентная заявка WO 2002/0979744. Patent application WO 2002/097974

5. Авт.св. СССР 6786415. Auto USSR 678641

6. Патент США №6.657.4656. US Patent No. 6,657.465

7. Патент США №6.882.185 fig.47. US Patent No. 6,882,185 fig. 4

8. Патентная заявка США №2003/0132803 fig.48. US Patent Application No. 2003/0132803 fig.4

9. Патент США №4.262.261 fig.10в9. US patent No. 4.262.261 fig.10c

10.Патент США №6.538.51310. U.S. Patent No. 6,538.513

11.Патент США №6.844,781 fig.211.US Patent No. 6,844,781 fig. 2

12.Патент Японии JP 53-13945312.Japanese Patent JP 53-139453

13.Патент США №4.937.517 fig.213.US Patent No. 4,937.517 fig. 2

Claims (1)

Дифференциальный усилитель, содержащий входной дифференциальный каскад (1) с первым (2) и вторым (3) токовыми выходами, связанными со входами соответствующих первого (4) и второго (5) токовых зеркал, согласованных с первым (6) источником питания, первый (7) двухполюсник нагрузки, первый вывод которого соединен с первым выходом устройства и выходом первого (4) токового зеркала, второй (8) двухполюсник нагрузки, первый вывод которого соединен с выходом второго (5) токового зеркала и вторым выходом устройства, второй источник питания (9), отличающийся тем, что в схему введен первый (10) и второй (11) дополнительные транзисторы, базы которых соединены с источником напряжения смещения потенциалов (12), коллектор первого (10) дополнительного транзистора соединен со входом второго (5) токового зеркала, коллектор второго (11) дополнительного транзистора соединен со входом первого (4) токового зеркала, эмиттер первого (10) дополнительного транзистора связан со вторым выводом первого (7) двухполюсника нагрузки и через первый (13) дополнительный резистор соединен со вторым (9) источником питания, эмиттер второго (11) дополнительного транзистора соединен со вторым выводом второго (8) двухполюсника нагрузки и через второй (14) дополнительный резистор соединен со вторым (9) источником питания. A differential amplifier containing an input differential stage (1) with the first (2) and second (3) current outputs connected to the inputs of the corresponding first (4) and second (5) current mirrors, matched with the first (6) power source, the first ( 7) a bipolar load, the first terminal of which is connected to the first output of the device and the output of the first (4) current mirror, a second (8) bipolar terminal, the first terminal of which is connected to the output of the second (5) current mirror and the second output of the device, the second power source ( 9) different ones that the first (10) and second (11) additional transistors are introduced into the circuit, the bases of which are connected to the potential bias voltage source (12), the collector of the first (10) additional transistor is connected to the input of the second (5) current mirror, the collector of the second (11 ) an additional transistor is connected to the input of the first (4) current mirror, the emitter of the first (10) additional transistor is connected to the second output of the first (7) two-terminal load and through the first (13) additional resistor is connected to the second (9) power source, the emitter is second of the second (11) additional transistor is connected to the second terminal of the second (8) two-terminal load and through the second (14) additional resistor is connected to the second (9) power source.
RU2010121667/09A 2010-05-27 2010-05-27 Differential amplifier RU2421894C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010121667/09A RU2421894C1 (en) 2010-05-27 2010-05-27 Differential amplifier

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010121667/09A RU2421894C1 (en) 2010-05-27 2010-05-27 Differential amplifier

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2421894C1 true RU2421894C1 (en) 2011-06-20

Family

ID=44738202

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010121667/09A RU2421894C1 (en) 2010-05-27 2010-05-27 Differential amplifier

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2421894C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2659476C1 (en) * 2017-09-12 2018-07-02 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) High-speed differential operational amplifier

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2659476C1 (en) * 2017-09-12 2018-07-02 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) High-speed differential operational amplifier

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2419197C1 (en) Differential amplifier with increased amplification factor as to voltage
RU2364020C1 (en) Differential amplifier with negative in-phase signal feedback
RU2428786C1 (en) Cascode amplifier
RU2421894C1 (en) Differential amplifier
RU2331971C1 (en) Differential amplifier with extended rating of operation
RU2390916C1 (en) Precision operational amplifier
RU2416146C1 (en) Differential amplifier with increased amplification factor
RU2354041C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2333593C1 (en) Differential amplifier with wider active operation range
RU2416155C1 (en) Differential operating amplifier
RU2439780C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2321159C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2411636C1 (en) Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2432667C1 (en) Differential operational amplifier with low supply voltage
RU2446554C1 (en) Differential operational amplifier with paraphase output
RU2441316C1 (en) Differential amplifier with low supply voltage
RU2446555C2 (en) Differential operational amplifier
RU2396698C1 (en) Differential amplifier
RU2321158C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2432668C1 (en) Differential operational amplifier with paraphase output
RU2432666C1 (en) Differential operational amplifier with low supply voltage
RU2420863C1 (en) Differential operational amplifier with low voltage of zero shift
RU2402151C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2450423C1 (en) Complementary differential amplifier
RU2402154C1 (en) Differential amplifier with low voltage of zero shift

Legal Events

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

Effective date: 20130528