RU2450353C1 - Аналоговый смеситель двух сигналов с выходным каскодом - Google Patents
Аналоговый смеситель двух сигналов с выходным каскодом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2450353C1 RU2450353C1 RU2011114536/08A RU2011114536A RU2450353C1 RU 2450353 C1 RU2450353 C1 RU 2450353C1 RU 2011114536/08 A RU2011114536/08 A RU 2011114536/08A RU 2011114536 A RU2011114536 A RU 2011114536A RU 2450353 C1 RU2450353 C1 RU 2450353C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- emitter
- bus
- output transistor
- collector
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в структуре радиоприемных устройств ВЧ и СВЧ диапазонов. Технический результат заключается в повышении коэффициента усиления смесителя при низковольтном питании. Аналоговый смеситель двух сигналов с выходным каскодом содержит входную перемножающую ячейку Джильберта, первый и второй выходные транзисторы, первый и второй резисторы нагрузки, первый и второй дополнительные резисторы, первый и второй 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 [1-16] (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).
Особое место в классе активных смесителей сигналов занимают изделия на основе классической ячейки Джильберта, в которых для расширения частотного диапазона используется выходной каскод, реализуемый как по типовым [1÷5], так и по так называемым «перегнутым» (folded) схемам [6-16].
Ближайшим прототипом заявляемого устройства является аналоговый смеситель двух сигналов с выходным каскодом фиг.1, рассмотренный в патенте США №5.532.637, fig.4 (данная архитектура присутствует также в патентах US 6.178.320, US 5.510.745, fig.42). 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 выходной транзистор, эмиттер которого соединен с первым 8 токовым выходом перемножающей ячейки Джильберта 1, второй 9 выходной транзистор, эмиттер которого соединен со вторым 10 токовым выходом перемножающей ячейки Джильберта 1, первый 11 выход устройства, соединенный с коллектором первого 7 выходного транзистора, второй 12 выход устройства, соединенный с коллектором второго 9 выходного транзистора, вспомогательный источник напряжения 13, подключенный к базам первого 7 и второго 9 выходных транзисторов, первый 14 резистор нагрузки, первый вывод которого подключен к коллектору первого 7 выходного транзистора, второй 15 резистор нагрузки, коллектор которого подключен к коллектору второго 9 выходного транзистора, причем второй вывод первого 14 резистора нагрузки и второй вывод второго 15 резистора нагрузки связаны со второй 16 шиной источника питания.
Существенный недостаток известного смесителя состоит в том, что он имеет малый коэффициент усиления по напряжению (Ку), характеризующий уровень выходных fx+fy и fx-fy гармоник при заданных значениях входных сигналов ux и uy. Небольшие значения Ку АС-прототипа обусловлены ограничениями на численные значения сопротивления резисторов нагрузки 14 и 15, которые при малых напряжениях питания (например, Еп=Ec=±2,5 В должны выбираться сравнительно низкоомными.
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в повышении коэффициента усиления смесителя при низковольтном питании.
Поставленная задача решается тем, что в аналоговом смесителе двух сигналов с выходным каскодом, 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 канал «Y» перемножающей ячейки Джильберта 1, первый 7 выходной транзистор, эмиттер которого соединен с первым 8 токовым выходом перемножающей ячейки Джильберта 1, второй 9 выходной транзистор, эмиттер которого соединен со вторым 10 токовым выходом перемножающей ячейки Джильберта 1, первый 11 выход устройства, соединенный с коллектором первого 7 выходного транзистора, второй 12 выход устройства, соединенный с коллектором второго 9 выходного транзистора, вспомогательный источник напряжения 13, подключенный к базам первого 7 и второго 9 выходных транзисторов, первый 14 резистор нагрузки, первый вывод которого подключен к коллектору первого 7 выходного транзистора, второй 15 резистор нагрузки, коллектор которого подключен к коллектору второго 9 выходного транзистора, причем второй вывод первого 14 резистора нагрузки и второй вывод второго 15 резистора нагрузки связаны со второй 16 шиной источника питания, предусмотрены новые элементы и связи - второй вывод первого 14 резистора нагрузки связан со второй 16 шиной источника питания через первый 17 дополнительный резистор и через первый 18 двухполюсник с малым дифференциальным сопротивлением по переменному току связан с эмиттером первого 7 выходного транзистора, а второй вывод второго 15 резистора нагрузки связан со второй 16 шиной источника питания через второй 19 дополнительный резистор и через второй 20 двухполюсник с малым дифференциальным сопротивлением по переменному току связан с эмиттером второго 9 выходного транзистора.
На чертеже фиг.1 представлена схема АС-прототипа, который содержит конкретное выполнение входной перемножающей ячейки Джильберта 1, а на чертеже 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 и п.2 формулы изобретения.
На чертеже фиг.4 приведена заявляемая схема АС, соответствующая п.3 формулы изобретения.
На чертеже фиг.5 представлена схема предлагаемого смесителя в среде Cadence на моделях SiGe интегральных транзисторов SG25H2 (транзисторы SiGe: npn 200-2; pnp 90-4 техпроцесса SG25H2, IHP, Iк.max=4 мА) при Ivar=500 мкА (управление по каналу «Y»: I4=2 мА+Ivar; I5=2 мА-Ivar).
На чертеже фиг.6 показана логарифмическая амплитудно-частотная характеристика коэффициента усиления по напряжению АС фиг.5 при Ivar=500 мкА и изменении емкости двухполюсника 18 (конденсатора 18) в диапазоне 0÷500 пФ.
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, а на чертеже фиг.10 - спектр выходного сигнала смесителя-прототипа при Cvar=0 при 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 конденсатора 18 (двухполюсника 18) равна 500 пФ.
На чертеже фиг.12 показан спектр выходных сигналов сравниваемых смесителей (Новая схема Cvar=200 пФ, Прототип Cvar=0).
Заявляемый смеситель фиг.2 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 выходной транзистор, эмиттер которого соединен с первым 8 токовым выходом перемножающей ячейки Джильберта 1, второй 9 выходной транзистор, эмиттер которого соединен со вторым 10 токовым выходом перемножающей ячейки Джильберта 1, первый 11 выход устройства, соединенный с коллектором первого 7 выходного транзистора, второй 12 выход устройства, соединенный с коллектором второго 9 выходного транзистора, вспомогательный источник напряжения 13, подключенный к базам первого 7 и второго 9 выходных транзисторов, первый 14 резистор нагрузки, первый вывод которого подключен к коллектору первого 7 выходного транзистора, второй 15 резистор нагрузки, коллектор которого подключен к коллектору второго 9 выходного транзистора, причем второй вывод первого 14 резистора нагрузки и второй вывод второго 15 резистора нагрузки связаны со второй 16 шиной источника питания. Второй вывод первого 14 резистора нагрузки связан со второй 16 шиной источника питания через первый 17 дополнительный резистор и через первый 18 двухполюсник с малым дифференциальным сопротивлением по переменному току связан с эмиттером первого 7 выходного транзистора, а второй вывод второго 15 резистора нагрузки связан со второй 16 шиной источника питания через второй 19 дополнительный резистор и через второй 20 двухполюсник с малым дифференциальным сопротивлением по переменному току связан с эмиттером второго 9 выходного транзистора.
На чертеже фиг.3, в соответствии с п.2 формулы изобретения, эмиттер первого 7 выходного транзистора соединен с третьей 21 шиной источника питания через первый 22 токостабилизирующий двухполюсник, а эмиттер второго 9 выходного транзистора соединен с третьей 21 шиной источника питания через второй 23 токостабилизирующий двухполюсник.
На чертеже фиг.4, в соответствии с п.3 формулы изобретения, напряжение на второй 16 шине источника питания близко к напряжению на первой 2 шине источника питания, а транзисторы 7 и 9 имеют p-n-p тип проводимости.
В качестве первого 18 и второго 20 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.).
Рассмотрим работу АС фиг.3.
Синусоидальные напряжения первого сигнала ux (на входах 3, 4) и второго сигнала (на входах 5, 6) uy «перемножаются» традиционным образом в ячейке Джильберта 1. При этом переменный выходной ток i8 (i10) ячейки Джильберта 1 имеет спектр, совпадающий по форме со спектром, представленным на чертеже фиг.10.
Приращение тока эмиттера (iэ7) и коллектора (iк7) транзистора 7 определяются суммой токов двухполюсника 18 и выходного тока 8 ячейки Джильберта
где α7≤1 - коэффициент усиления по току эмиттера транзистора 7.
Причем
где R17 - сопротивление резистора 17;
rэ7 - дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода транзистора 7;
Таким образом, напряжение uвых.1 на выходе 11 АС фиг.3
где Т=Kdα7≈1.
Таким образом, если обеспечить Т≈1, то амплитуда выходного напряжения 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 усиления, характеризующий уровень преобразования сигналов ux и uy в амплитуды выходных гармоник fx+fy и fx-fy.
Дальнейшее повышение Ky связано с уменьшением отношения rэ7/R17→0. В этом предельном случае выигрыш по Кy будет достигать значения
где β7 - коэффициент усиления по току базы транзистора 7.
Если стоит задача расширения диапазона рабочих частот АС в сторону более низких частот fx, fy, то в качестве двухполюсников 18 и 20 целесообразно применять, например, цепочки из нескольких p-n переходов.
Включение токостабилизирующих двухполюсников 22 и 23 позволяет обеспечить меньшее статическое напряжение на резисторах 14 и 17 при низковольтном питании и, как следствие, увеличить их сопротивления и тем самым дополнительно повысить коэффициент усиления АС.
Кроме этого, двухполюсники 22, 23 (источники тока или резисторы) позволяют обеспечить работоспособность схем АС фиг.4, выходной каскод которой реализован на p-n-p транзисторах. Данная схема особенно перспективна при низковольтном питании.
Таким образом, заявляемый смеситель двух сигналов имеет существенные преимущества в сравнении с прототипом.
Предлагаемое техническое решение существенно улучшает основной технический параметр большого класса смесителей сигналов Джильберта, защищенных более 300 патентами ведущих микроэлектронных фирм мира.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Патент US №6.999.746, fig.2.
2. Патент US №6.456.144.
3. Патент US №6.178.320, fig.2.
4. Патент US №7.110.740, fig.7.
5. Патентная заявка US 2009/0036087, fig.4a.
6. Патентная заявка US 2010/0056095, fig.3c.
7. Патент US №7.725.092, fig.5c.
8. Патент US №6.865.382, fig.6.
9. Патент US №7.356.317, fig.4.
10. Патент US №5.859.559, fig.2.
11. Патент US №6.559.706, fig.1.
12. Патентная заявка US 2002/0044002, fig.
13. Патент US №5.933.771, fig.10.
14. Патент US №5.684.419, fig.7.
15. Патент US №5.532.637, fig.4.
16. Патент US №5.684.419, fig.9.
Claims (3)
1. Аналоговый смеситель двух сигналов с выходным каскодом, 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) выходной транзистор, эмиттер которого соединен с первым (8) токовым выходом перемножающей ячейки Джильберта (1), второй (9) выходной транзистор, эмиттер которого соединен со вторым (10) токовым выходом перемножающей ячейки Джильберта (1), первый (11) выход устройства, соединенный с коллектором первого (7) выходного транзистора, второй (12) выход устройства, соединенный с коллектором второго (9) выходного транзистора, вспомогательный источник напряжения (13), подключенный к базам первого (7) и второго (9) выходных транзисторов, первый (14) резистор нагрузки, первый вывод которого подключен к коллектору первого (7) выходного транзистора, второй (15) резистор нагрузки, коллектор которого подключен к коллектору второго (9) выходного транзистора, причем второй вывод первого (14) резистора нагрузки и второй вывод второго (15) резистора нагрузки связаны со второй (16) шиной источника питания, отличающийся тем, что второй вывод первого (14) резистора нагрузки связан со второй (16) шиной источника питания через первый (17) дополнительный резистор и через первый (18) двухполюсник с малым дифференциальным сопротивлением по переменному току связан с эмиттером первого (7) выходного транзистора, а второй вывод второго (15) резистора нагрузки связан со второй (16) шиной источника питания через второй (19) дополнительный резистор и через второй (20) двухполюсник с малым дифференциальным сопротивлением по переменному току связан с эмиттером второго (9) выходного транзистора.
2. Аналоговый смеситель двух сигналов с выходным каскодом по п.1, отличающийся тем, что эмиттер первого (7) выходного транзистора соединен с третьей (21) шиной источника питания через первый (22) токостабилизирующий двухполюсник, а эмиттер второго (9) выходного транзистора соединен с третьей (21) шиной источника питания через второй (23) токостабилизирующий двухполюсник.
3. Аналоговый смеситель двух сигналов с выходным каскодом по п.2, отличающийся тем, что напряжение на второй (16) шине источника питания близко к напряжению на первой (2) шине источника питания.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011114536/08A RU2450353C1 (ru) | 2011-04-13 | 2011-04-13 | Аналоговый смеситель двух сигналов с выходным каскодом |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011114536/08A RU2450353C1 (ru) | 2011-04-13 | 2011-04-13 | Аналоговый смеситель двух сигналов с выходным каскодом |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2450353C1 true RU2450353C1 (ru) | 2012-05-10 |
Family
ID=46312395
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011114536/08A RU2450353C1 (ru) | 2011-04-13 | 2011-04-13 | Аналоговый смеситель двух сигналов с выходным каскодом |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2450353C1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5532637A (en) * | 1995-06-29 | 1996-07-02 | Northern Telecom Limited | Linear low-noise mixer |
| RU2389072C1 (ru) * | 2008-09-25 | 2010-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Аналоговый перемножитель двух сигналов |
| RU2389130C1 (ru) * | 2008-08-26 | 2010-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Каскодный дифференциальный усилитель с управляемым усилением |
-
2011
- 2011-04-13 RU RU2011114536/08A patent/RU2450353C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5532637A (en) * | 1995-06-29 | 1996-07-02 | Northern Telecom Limited | Linear low-noise mixer |
| RU2389130C1 (ru) * | 2008-08-26 | 2010-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Каскодный дифференциальный усилитель с управляемым усилением |
| RU2389072C1 (ru) * | 2008-09-25 | 2010-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Аналоговый перемножитель двух сигналов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2419197C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления по напряжению | |
| RU2380824C1 (ru) | Усилитель переменного тока с управляемым усилением | |
| Kumngern | A new CMOS second generation current conveyor with variable current gain | |
| RU2450353C1 (ru) | Аналоговый смеситель двух сигналов с выходным каскодом | |
| RU2536672C1 (ru) | Составной транзистор с малой выходной емкостью | |
| RU2523947C1 (ru) | Выходной каскад усилителя мощности на основе комплементарных транзисторов | |
| RU2436227C1 (ru) | Широкополосный усилитель | |
| RU2450352C1 (ru) | Аналоговый смеситель двух сигналов | |
| CN210405325U (zh) | 功率检测器 | |
| RU2475941C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с комплементарным входным каскадом | |
| RU2421897C1 (ru) | Управляемый комплементарный дифференциальный усилитель | |
| RU2394358C1 (ru) | Низковольтный аналоговый перемножитель напряжений | |
| RU2439694C1 (ru) | Аналоговый перемножитель напряжений | |
| RU2452010C1 (ru) | Смеситель сигналов | |
| RU2458456C1 (ru) | Аналоговый смеситель двух сигналов | |
| RU2519563C2 (ru) | Составной транзистор | |
| RU2419145C1 (ru) | Аналоговый перемножитель напряжений | |
| RU2390912C2 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
| RU2421882C1 (ru) | Двухкаскадный вч-усилитель | |
| RU2467468C1 (ru) | Широкополосный усилитель тока | |
| Jerabek et al. | Electronically controllable square/triangular wave generator with current-controlled differential difference current conveyors | |
| RU2390922C1 (ru) | Управляемый усилитель и аналоговый перемножитель сигналов на его основе | |
| RU2504072C1 (ru) | Аналоговый смеситель сигналов | |
| RU2419190C1 (ru) | Аналоговый перемножитель напряжений с низковольтным питанием | |
| RU2419188C1 (ru) | Аналоговый перемножитель напряжений с низковольтным питанием |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130414 |