RU2450352C1 - Аналоговый смеситель двух сигналов - Google Patents
Аналоговый смеситель двух сигналов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2450352C1 RU2450352C1 RU2011115790/08A RU2011115790A RU2450352C1 RU 2450352 C1 RU2450352 C1 RU 2450352C1 RU 2011115790/08 A RU2011115790/08 A RU 2011115790/08A RU 2011115790 A RU2011115790 A RU 2011115790A RU 2450352 C1 RU2450352 C1 RU 2450352C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- additional
- bus
- emitter
- terminal
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в структуре радиоприемных устройств ВЧ и СВЧ диапазонов. Технический результат заключается в повышении коэффициента преобразования Ку смесителя для его основных fx+fy, fx-fy выходных гармоник при низковольтном питании. Аналоговый смеситель двух сигналов содержит входную перемножающую ячейку Джильберта, первый и второй дополнительные транзисторы, первый и второй резисторы нагрузки, первый и второй дополнительные резисторы, первый и второй двухполюсники с малым дифференциальным сопротивлением по переменному току, первая и вторая цепи установления статического режима, первый и второй дополнительные токостабилизирующие двухполюсники. 2 з.п. ф-лы, 12 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в структуре радиоприемных устройств ВЧ и СВЧ диапазонов.
В современных системах телекоммуникаций в качестве смесителей двух сигналов находят применение различные модификации перемножающей ячейки Джильберта [1-24] (термин «ячейка Джильберта» широко используется в микроэлектронике, см., например, патент №7.054.609 и обозначает «перемножающую» архитектуру на основе двух дифференциальных каскадов с перекрестным включением коллекторов входных транзисторов).
Ближайшим прототипом заявляемого устройства является аналоговый смеситель сигналов фиг.1, представленный в патентной заявке США №2008/113644, fig.2 (данная архитектура присутствует также в патентной заявке US 2006/0164149, fig.5, патенте US 7.812.775 fig.16 и др. [1-24]). Он содержит входную перемножающую ячейку Джильберта 1, эмиттерная цепь которой согласована с первой 2 шиной источника питания, первый 3 и второй 4 входы канала «X» перемножающей ячейки Джильберта 1, первый 5 и второй 6 входы канал «Y» перемножающей ячейки Джильберта 1, первый 7 выход устройства, соединенный с первым 8 токовым выходом перемножающей ячейки Джильберта 1 и первым выводом первого 9 резистора нагрузки, второй 10 выход устройства, соединенный со вторым 11 токовым выходом перемножающей ячейки Джильберта 1 и первым выводом второго 12 резистора нагрузки, причем второй вывод первого 9 резистора нагрузки и второй вывод второго 12 резистора нагрузки связаны со второй 13 шиной источника питания.
Существенный недостаток известного смесителя состоит в том, что он имеет малый коэффициент преобразования по напряжению (Ку), характеризующий уровень его основных выходных гармоник с частотами fx+fy и fx-fy при заданных значениях амплитуд и частот входных сигналов ux(fx) и uy(fy). Небольшие значения Ку АС-прототипа обусловлены ограничениями на численные значения сопротивлений резисторов нагрузки 9 и 12, которые при малых напряжениях питания (например, 
) должны выбираться сравнительно низкоомными.
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в повышении коэффициента преобразования Ку смесителя для его основных fx+fy, fx-fy выходных гармоник при низковольтном питании.
Поставленная задача решается тем, что в аналоговом смесителе двух сигналов, содержащем входную перемножающую ячейку Джильберта 1, эмиттерная цепь которой согласована с первой 2 шиной источника питания, первый 3 и второй 4 входы канала «X» перемножающей ячейки Джильберта 1, первый 5 и второй 6 входы канала «Y» перемножающей ячейки Джильберта 1, первый 7 выход устройства, соединенный с первым 8 токовым выходом перемножающей ячейки Джильберта 1 и первым выводом первого 9 резистора нагрузки, второй 10 выход устройства, соединенный со вторым 11 токовым выходом перемножающей ячейки Джильберта 1 и первым выводом второго 12 резистора нагрузки, причем второй вывод первого 9 резистора нагрузки и второй вывод второго 12 резистора нагрузки связаны со второй 13 шиной источника питания, предусмотрены новые элементы и связи - второй вывод первого 9 резистора нагрузки связан со второй 13 шиной источника питания через первый 14 дополнительный резистор и через первый 15 двухполюсник с малым дифференциальным сопротивлением по переменному току связан с эмиттером первого 16 дополнительного транзистора, коллектор которого подключен к первому 8 токовому выходу перемножающей ячейки Джильберта 1, второй вывод второго 12 резистора нагрузки связан со второй 13 шиной источника питания через второй 17 дополнительный резистор и через второй 18 двухполюсник с малым дифференциальным сопротивлением по переменному току связан с эмиттером второго 19 дополнительного транзистора, коллектор которого подключен ко второму 11 токовому выходу перемножающей ячейки Джильберта 1, эмиттер первого 16 дополнительного транзистора связан с первой 2 шиной источника питания через первый 20 дополнительный токостабилизирующий двухполюсник, эмиттер второго 19 дополнительного транзистора связан с первой 2 шиной источника питания через второй 21 дополнительный токостабилизирующий двухполюсник, причем база первого 16 дополнительного транзистора соединена с выходом 22 первой цепи установления статического режима, а база второго 19 дополнительного транзистора соединена с выходом 23 второй цепи установления статического режима.
На чертеже фиг.1 представлена схема АС-прототипа, который содержит конкретное выполнение входной перемножающей ячейки Джильберта 1, а на чертежах фиг.2 схема АС-прототипа фиг.1, на которой входная перемножающая ячейка Джильберта 1 обозначена в виде функционального узла 1.
На чертеже фиг.3 представлена схема заявляемого АС в соответствии с п.1 формулы изобретения.
На чертеже фиг.4 приведена заявляемая схема АС, соответствующая п.2 и п.3 формулы изобретения.
На чертеже фиг.5 представлена схема предлагаемого смесителя в среде Cadence на моделях SiGe интегральных транзисторов при Ivar=500 мкА (управление по каналу «Y»: I4=2 мА+Ivar; I5=2 мА-Ivar).
На чертеже фиг.6 показаны логарифмические амплитудно-частотные характеристики коэффициента усиления по напряжению АС фиг.5 при Ivar=500 мкА и изменении емкости конденсаторов 15 и 18 в диапазоне 0-500 пФ (двухполюсников 15 и 18 с малым дифференциальным сопротивлением для переменного тока).
На чертеже фиг.7 показана зависимость модуля коэффициента усиления по напряжению Ку смесителя фиг.5 от тока управления (Ivar) по каналу «Y».
На чертеже фиг.8 приведена зависимость выходного дифференциального напряжения смесителя фиг.5 от напряжения по каналу «X» при разных напряжениях (токах управления Ivar) канала «Y».
На чертеже фиг.9 представлена осциллограмма выходного сигнала смесителя фиг.5, а на чертеже фиг.10 - спектр выходного сигнала смесителя-прототипа при Cvar=0 и fx=100 МГц, fy=10 МГц, Ux=5 мВ, Iy=Ivar=500 мкА.
На чертеже фиг.11 показан спектр выходных сигналов заявляемого АС фиг.5, в котором емкость конденсаторов 15 и 18 (двухполюсников 15 и 18 с малым дифференциальным сопротивлением для переменного тока) равна 500 пФ.
На чертеже фиг.12 показан спектр выходных сигналов сравниваемых смесителей (новая схема - Cvar=500 пФ, прототип - Cvar=0).
Заявляемый смеситель двух сигналов фиг.3 содержит входную перемножающую ячейку Джильберта 1, эмиттерная цепь которой согласована с первой 2 шиной источника питания, первый 3 и второй 4 входы канала «X» перемножающей ячейки Джильберта 1, первый 5 и второй 6 входы канала «Y» перемножающей ячейки Джильберта 1, первый 7 выход устройства, соединенный с первым 8 токовым выходом перемножающей ячейки Джильберта 1 и первым выводом первого 9 резистора нагрузки, второй 10 выход устройства, соединенный со вторым 11 токовым выходом перемножающей ячейки Джильберта 1 и первым выводом второго 12 резистора нагрузки, причем второй вывод первого 9 резистора нагрузки и второй вывод второго 12 резистора нагрузки связаны со второй 13 шиной источника питания. Второй вывод первого 9 резистора нагрузки связан со второй 13 шиной источника питания через первый 14 дополнительный резистор и через первый 15 двухполюсник с малым дифференциальным сопротивлением по переменному току связан с эмиттером первого 16 дополнительного транзистора, коллектор которого подключен к первому 8 токовому выходу перемножающей ячейки Джильберта 1, второй вывод второго 12 резистора нагрузки связан со второй 13 шиной источника питания через второй 17 дополнительный резистор и через второй 18 двухполюсник с малым дифференциальным сопротивлением по переменному току связан с эмиттером второго 19 дополнительного транзистора, коллектор которого подключен ко второму 11 токовому выходу перемножающей ячейки Джильберта 1, эмиттер первого 16 дополнительного транзистора связан с первой 2 шиной источника питания через первый 20 дополнительный токостабилизирующий двухполюсник, эмиттер второго 19 дополнительного транзистора связан с первой 2 шиной источника питания через второй 21 дополнительный токостабилизирующий двухполюсник, причем база первого 16 дополнительного транзистора соединена с выходом 22 первой цепи установления статического режима, а база второго 19 дополнительного транзистора соединена с выходом 23 второй цепи установления статического режима.
На чертеже фиг.4, в соответствии с п.2 формулы изобретения, первая цепь установления статического режима содержит третий 24 дополнительный транзистор, коллектор которого связан с выходом 22 первой цепи установления статического режима и через третий 25 дополнительный резистор подключен ко второй 13 шине источника питания, причем эмиттер третьего 24 дополнительного транзистора соединен с третьей 26 шиной источников питания, а его база подключена к эмиттеру первого 16 дополнительного транзистора.
Кроме этого, на чертеже фиг.4, в соответствии с п.3 формулы изобретения, вторая цепь установления статического режима содержит четвертый 27 дополнительный транзистор, коллектор которого связан с выходом 23 второй цепи установления статического режима и через четвертый 28 дополнительный резистор подключен ко второй 13 шине источника питания, причем эмиттер четвертого 27 дополнительного транзистора соединен с третьей 26 шиной источников питания, а его база подключена к эмиттеру второго 19 дополнительного транзистора.
В качестве первого 15 и второго 18 двухполюсников с малым дифференциальным сопротивлением по переменному току авторы рекомендуют использовать конденсаторы, стабилитроны, цепочки прямосмещенных p-n-p переходов или более сложные транзисторные схемы (диоды Видлара и т.п.).
В частном случае фиг.3 перемножающая ячейка Джильберта 1 выполнена на транзисторах 29-32 и преобразователе «напряжение-ток» 33, который реализуется по традиционным схемам. Для ряда вариантов построения АС фиг.3 в качестве первой и второй цепей установления статического режима с выходами 22 и 23 может использоваться третья 26 (общая) шина источников питания (2, 13).
Рассмотрим работу АС фиг.3.
Синусоидальные напряжения первого смешиваемого сигнала ux (на входах канала «X» 3, 4) и второго смешиваемого сигнала uy (на входах канала «Y» 5, 6) «перемножаются» традиционным образом в ячейке Джильберта 1. При этом переменный выходной ток i8 (i11) ячейки Джильберта 1 имеет спектр, совпадающий по форме со спектром, представленным на чертеже фиг.11.
Приращение тока i9 через первый 9 резистор нагрузки определяется суммой переменного выходного тока i8 ячейки Джильберта 1 и коллекторного тока (iк16) транзистора 16:
где α16≤1 - коэффициент усиления по току эмиттера транзистора 16;
i15 - ток двухполюсника 15.
Причем для диапазона частот, в котором можно пренебречь сопротивлением двухполюсника 15 на переменном токе
где R14 - сопротивление первого 14 дополнительного резистора (R14<<R9);
rэ16 - дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода транзистора 16 (rэ16<<R14);
Kd - коэффициент деления тока i9 между резистором 14 (R14) и входным сопротивлением транзистора 16 (rэ16) в схеме с общей базой:
Таким образом, в рабочем диапазоне частот, когда влиянием сопротивления двухполюсника 15 можно пренебречь, переменное напряжение uвых.1 на выходе 7 АС фиг.3
где 
≈1.
Таким образом, если обеспечить Т≈1 (Kd≈1, α16≈1), то амплитуда выходного напряжения для основных гармоник с частотами fx-fy и fx+fy в АС фиг.3 будет в Nc - раз больше, чем в АС-прототипе фиг.1, где
Данные выводы подтверждаются результатами компьютерного моделирования АС фиг.5, показанными на чертежах фиг.6, а также фиг.10, фиг.11 и фиг.12. Заявляемый АС имеет более высокий коэффициент преобразования Ку, характеризующий уровень преобразования сигналов ux и uy в амплитуды выходных гармоник fx+fy и fx-fy.
Дальнейшее повышение Ку в схеме фиг.3 связано с уменьшением отношения rэ16/R14→0. В этом (предельном) случае выигрыш 
по Ку будет достигать значения
где β16=50÷150 - коэффициент усиления по току базы транзистора 16.
В тех случаях, когда отношение R14/rэ16 получается небольшим, выигрыш по Кy, соответствующий (6), реализуется в схеме фиг.4 (п.2, п.3 формулы изобретения), в которой за счет местной отрицательной обратной связи (транзисторы 24, 25) обеспечивается близкая к единице передача тока i15(i18) в коллектор транзистора 16 (19).
Если стоит задача расширения диапазона рабочих частот АС в сторону более низких частот fx, fy, то в качестве двухполюсников 15 и 18 целесообразно применять, например, цепочки из нескольких p-n переходов.
Таким образом, заявляемый смеситель двух сигналов имеет существенные преимущества в сравнении с прототипом, а также другими АС с малым напряжением питания.
Предлагаемое техническое решение существенно улучшает основной технический параметр (коэффициент преобразования) большого класса низковольтных смесителей сигналов Джильберта, защищенных более 300 патентами ведущих микроэлектронных фирм мира.
Библиографический список
1. Патентная заявка US №2008/113644
2. Патентная заявка US №2006/0232334, fig.1
3. Патент US №4.965.528, fig.2
4. Патент US №6.744.308
5. Патент US №7.633.328
6. Патент US №7.110.740
7. Патентная заявка US №2009/0085663, fig.2
8. Патент US №7.514.981, fig.1
9. А.св. СССР №642843
10. Патент US №5.933.771, fig.2
11. Патент US №6.016.079, fig.4
12. Патент US №5.057.784
13. Патент US №4.286.226
14. Патентная заявка US №2008/0261552, fig.1
15. Патент US №6.373.345, fig.2
16. Патентная заявка US №2010/0164595, fig.2
17. Патентная заявка US №2010/0141325
18. Патент US №4.344.188, fig.1, fig.3
19. Патент ЕР 1455441
20. Патент US №7.812.775, fig.20, fig.16
21. Патент ЕР 2235559, fig.3
22. Патент US №7.676.212, fig.2
23. Патентная заявка US №2008/0180156, fig.1, fig.5
24. Патент US №5.825.231, fig.1
Claims (3)
1. Аналоговый смеситель двух сигналов, содержащий входную перемножающую ячейку Джильберта (1), эмиттерная цепь которой согласована с первой (2) шиной источника питания, первый (3) и второй (4) входы канала «X» перемножающей ячейки Джильберта (1), первый (5) и второй (6) входы канал «Y» перемножающей ячейки Джильберта (1), первый (7) выход устройства, соединенный с первым (8) токовым выходом перемножающей ячейки Джильберта (1) и первым выводом первого (9) резистора нагрузки, второй (10) выход устройства, соединенный со вторым (11) токовым выходом перемножающей ячейки Джильберта (1) и первым выводом второго (12) резистора нагрузки, причем второй вывод первого (9) резистора нагрузки и второй вывод второго (12) резистора нагрузки связаны со второй (13) шиной источника питания, отличающийся тем, что второй вывод первого (9) резистора нагрузки связан со второй (13) шиной источника питания через первый (14) дополнительный резистор и через первый (15) двухполюсник с малым дифференциальным сопротивлением по переменному току связан с эмиттером первого (16) дополнительного транзистора, коллектор которого подключен к первому (8) токовому выходу перемножающей ячейки Джильберта (1), второй вывод второго (12) резистора нагрузки связан со второй (13) шиной источника питания через второй (17) дополнительный резистор и через второй (18) двухполюсник с малым дифференциальным сопротивлением по переменному току связан с эмиттером второго (19) дополнительного транзистора, коллектор которого подключен ко второму (11) токовому выходу перемножающей ячейки Джильберта (1), эмиттер первого (16) дополнительного транзистора связан с первой (2) шиной источника питания через первый (20) дополнительный токостабилизирующий двухполюсник, эмиттер второго (19) дополнительного транзистора связан с первой (2) шиной источника питания через второй (21) дополнительный токостабилизирующий двухполюсник, причем база первого (16) дополнительного транзистора соединена с выходом (22) первой цепи установления статического режима, а база второго (19) дополнительного транзистора соединена с выходом (23) второй цепи установления статического режима.
2. Аналоговый смеситель двух сигналов по п.1, отличающийся тем, что первая цепь установления статического режима содержит третий (24) дополнительный транзистор, коллектор которого связан с выходом (22) первой цепи установления статического режима и через третий (25) дополнительный резистор подключен ко второй (13) шине источника питания, причем эмиттер третьего (24) дополнительного транзистора соединен с третьей (26) шиной источников питания, а его база подключена к эмиттеру первого (16) дополнительного транзистора.
3. Аналоговый смеситель двух сигналов по п.2, отличающийся тем, что вторая цепь установления статического режима содержит четвертый (27) дополнительный транзистор, коллектор которого связан с выходом (23) второй цепи установления статического режима и через четвертый (28) дополнительный резистор подключен ко второй (13) шине источника питания, причем эмиттер четвертого (27) дополнительного транзистора соединен с третьей (26) шиной источников питания, а его база подключена к эмиттеру второго (19) дополнительного транзистора.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011115790/08A RU2450352C1 (ru) | 2011-04-20 | 2011-04-20 | Аналоговый смеситель двух сигналов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011115790/08A RU2450352C1 (ru) | 2011-04-20 | 2011-04-20 | Аналоговый смеситель двух сигналов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2450352C1 true RU2450352C1 (ru) | 2012-05-10 |
Family
ID=46312394
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011115790/08A RU2450352C1 (ru) | 2011-04-20 | 2011-04-20 | Аналоговый смеситель двух сигналов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2450352C1 (ru) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2389071C1 (ru) * | 2008-09-23 | 2010-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Аналоговый перемножитель напряжений |
| RU2394358C1 (ru) * | 2009-02-24 | 2010-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Низковольтный аналоговый перемножитель напряжений |
-
2011
- 2011-04-20 RU RU2011115790/08A patent/RU2450352C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2389071C1 (ru) * | 2008-09-23 | 2010-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Аналоговый перемножитель напряжений |
| RU2394358C1 (ru) * | 2009-02-24 | 2010-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Низковольтный аналоговый перемножитель напряжений |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2380824C1 (ru) | Усилитель переменного тока с управляемым усилением | |
| RU2450352C1 (ru) | Аналоговый смеситель двух сигналов | |
| RU2450353C1 (ru) | Аналоговый смеситель двух сигналов с выходным каскодом | |
| RU2523947C1 (ru) | Выходной каскад усилителя мощности на основе комплементарных транзисторов | |
| RU2436227C1 (ru) | Широкополосный усилитель | |
| RU2421897C1 (ru) | Управляемый комплементарный дифференциальный усилитель | |
| RU2394358C1 (ru) | Низковольтный аналоговый перемножитель напряжений | |
| RU2331964C1 (ru) | Преобразователь "напряжение-ток" | |
| RU2458456C1 (ru) | Аналоговый смеситель двух сигналов | |
| CN203882223U (zh) | 一种压控电流源电路 | |
| RU2419145C1 (ru) | Аналоговый перемножитель напряжений | |
| RU2475941C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с комплементарным входным каскадом | |
| Jerabek et al. | Electronically controllable square/triangular wave generator with current-controlled differential difference current conveyors | |
| RU2439694C1 (ru) | Аналоговый перемножитель напряжений | |
| RU2419189C1 (ru) | Аналоговый перемножитель напряжений с низковольтным питанием | |
| RU2452010C1 (ru) | Смеситель сигналов | |
| RU2421882C1 (ru) | Двухкаскадный вч-усилитель | |
| RU2390922C1 (ru) | Управляемый усилитель и аналоговый перемножитель сигналов на его основе | |
| RU2419190C1 (ru) | Аналоговый перемножитель напряжений с низковольтным питанием | |
| RU2419188C1 (ru) | Аналоговый перемножитель напряжений с низковольтным питанием | |
| RU2467468C1 (ru) | Широкополосный усилитель тока | |
| RU2439785C1 (ru) | Аналоговый перемножитель напряжений | |
| RU2436226C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом | |
| RU2396595C2 (ru) | Аналоговый перемножитель напряжений | |
| RU2383100C1 (ru) | Радиационно стойкий преобразователь "напряжение - ток" |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130421 |