RU2460206C1 - Cascode microwave amplifier with low supply voltage - Google Patents
Cascode microwave amplifier with low supply voltage Download PDFInfo
- Publication number
- RU2460206C1 RU2460206C1 RU2011102642/08A RU2011102642A RU2460206C1 RU 2460206 C1 RU2460206 C1 RU 2460206C1 RU 2011102642/08 A RU2011102642/08 A RU 2011102642/08A RU 2011102642 A RU2011102642 A RU 2011102642A RU 2460206 C1 RU2460206 C1 RU 2460206C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- output
- voltage
- output transistor
- cascode
- 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 СВЧ-сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, широкополосных и избирательных усилителях ВЧ- и СВЧ-диапазонов, реализуемых по технологиям SGB25VD, SG25H1, SG25H2, SG13S1 и др.).The invention relates to the field of radio engineering and communication and can be used as a device for amplifying analog microwave signals in the structure of analog microcircuits for various functional purposes (for example, broadband and selective amplifiers of the high and microwave ranges, implemented using the SGB25VD, SG25H1, SG25H2 technologies, SG13S1 et al.).
В современной микроэлектронике находят широкое применение классические каскодныс усилители (КУ) с резистивной нагрузкой, включенной в коллекторную цепь выходного транзистора - каскада с общией базой [1-21].In modern microelectronics, classical cascode amplifiers (KUs) with a resistive load included in the collector circuit of an output transistor - a cascade with a common base are widely used [1-21].
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является КУ, фиг.1, по патенту ES 2.079,397, fig.9.The closest in technical essence to the claimed device is KU, figure 1, according to the patent ES 2.079,397, fig.9.
Существенный недостаток известного КУ, архитектура которого присутствует также во многих других каскодных усилителях [1-21], состоит в том, что для СВЧ SiGe технологических процессов в нем неэффективно используется напряжение питания, что отрицательно сказывается на диапазоне изменения выходных напряжений КУ, Кроме этого, КУ-прототип из-за влияния паразитных емкостей на подложку выходного транзистора имеет сравнительно небольшие значения верхней граничной частоты (fв).A significant drawback of the well-known KU, the architecture of which is also present in many other cascode amplifiers [1-21], is that the supply voltage is inefficiently used for microwave SiGe technological processes, which negatively affects the range of the output voltage of the KU, In addition, KU-prototype due to the influence of stray capacitance on the substrate of the output transistor has relatively small values of the upper cutoff frequency (f in ).
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в повышении эффективности использования напряжения питания КУ - создании условий, при которых низковольтные СВЧ транзисторы техпроцесса SGB25VD, внедряемого в России, обеспечивают несколько большие амплитуды выходного напряжения (на 0,7÷0,8 B), чем в КУ-прототипе , где - напряжение положительного источника питания заявляемого устройства). Именно этот недостаток известных КУ не позволяет (в ряде случаев) использовать перспективные SiGe технологии для реализации СВЧ аналоговых микросхем, включающих «двухэтажные» (по числу эмиттерных переходов) конструкции каскодных усилителей.The main objective of the invention is to increase the efficiency of use of the supply voltage KU - creating conditions under which low-voltage microwave transistors of the process technology SGB25VD, introduced in Russia, provide somewhat larger amplitudes output voltage (0.7 ÷ 0.8 V) than in the KU prototype where - voltage of a positive power source of the claimed device). It is this drawback of the well-known KU that does not allow (in some cases) the use of promising SiGe technologies for the implementation of microwave analog circuits, including “two-story” (in terms of the number of emitter junctions) cascode amplifier designs.
Дополнительная задача предлагаемого изобретения - расширение диапазона рабочих частот КУ, реализованного на основе SiGe технологий, имеющих большие перспективы в СВЧ электронике.An additional objective of the invention is the expansion of the range of operating frequencies of KU, implemented on the basis of SiGe technologies, which have great prospects in microwave electronics.
Поставленные задачи решаются тем, что в каскодном СВЧ-усилителе с малым напряжением питания, содержащем входной преобразователь «напряжение-ток» 1 с токовым выходом 2, первый 3 выходной транзистор, коллектор которого соединен с базой второго 4 выходного транзистора и через двухполюсник коллекторной нагрузки 5 связан с первой 6 шиной источника питания, первый 7 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером второго 4 выходного транзистора, связанным с выходом 8 устройства, и второй 9 шиной источника питания, цепь стабилизации статического режима 10, связанную с базой первого 3 выходного транзистора, причем коллектор второго 4 выходного транзистора связан с первой 6 шиной источника питания, предусмотрены новые элементы и связи - токовый выход 2 входного преобразователя «напряжение-ток» 1 соединен с эмиттером первого 3 выходного транзистора через цепь смещения потенциалов 11 и связан с первой 6 шиной источника питания через второй 12 токостабилизирующий двухполюсник, причем между эмиттером первого 3 выходного транзистора и второй 9 шиной источника питания включен третий 13 токостабилизирующий двухполюсник.The tasks are solved in that in a cascode microwave amplifier with a low supply voltage, containing an input voltage-
Схема усилителя-прототипа показана на фиг.1. На фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.1-п.3 формулы: изобретения.The amplifier circuit of the prototype is shown in figure 1. Figure 2 presents a diagram of the inventive device in accordance with
На фиг.3 - 7 приведены частные варианты построения входного преобразователя «напряжение-ток» 1.Figure 3 - 7 shows particular options for constructing the input Converter "voltage-current" 1.
На фиг.8 показана схема заявляемого КУ в среде компьютерного моделирования Cadence на моделях SiGe интегральных транзисторов при сопротивлении R5 двухполюсника коллекторной нагрузки R5=1 кОм.On Fig shows a diagram of the inventive KU in the computer simulation environment Cadence on SiGe models of integrated transistors with a resistance R5 of the two-terminal collector load R5 = 1 kOhm.
На фиг.9 представлены: амплитудно-частотные характеристики схемы фиг.8 при разных значениях корректирующего конденсатора 14 С14=Cvar=0÷10 фФ. Из данных графиков следует, что заявляемый КУ, кроме более высокого диапазона изменения выходного напряжения, имеет при С14=10 фФ более высокий диапазон рабочих частот (fв=33,1 ГГц).Figure 9 presents: the amplitude-frequency characteristics of the circuit of Fig. 8 for different values of the correction capacitor 14 C 14 = C var = 0 ÷ 10 fF. From these graphs it follows that the claimed KU, in addition to a higher range of variation of the output voltage, has at C 14 = 10 fF a higher range of operating frequencies (f in = 33.1 GHz).
На фиг.10 показана схема заявляемого КУ в среде компьютерного моделирования Cadence на моделях SiGe интегральных транзисторов при сопротивлении двухполюсника (резистора) коллекторной нагрузки R5=1 кОм, зашунтированного паразитной емкостью С0=100 фФ.Figure 10 shows a diagram of the inventive KU in Cadence computer simulation environment on SiGe integrated transistor models with a collector load bipolar resistance (resistor) of R5 = 1 kOhm, shunted by stray capacitance C 0 = 100 fF.
На фиг.11 представлены амплитудно-частотные характеристики схемы фиг.10 при разных значениях емкости первого 14 корректирующего конденсатора С14=0÷100 фФ. Из данных графиков следует, что заявляемый КУ, фиг.10, кроме более высокого диапазона изменения выходного напряжения имеет при С14=100 фФ более широкий диапазон рабочих частот (fв=6,0 ГГц) при коэффициенте усиления на постоянном: токе 20 дБ.Figure 11 presents the amplitude-frequency characteristics of the circuit of figure 10 for different values of the capacitance of the first 14 correction capacitor C 14 = 0 ÷ 100 fF. From these graphs it follows that the claimed KU, figure 10, in addition to a higher range of variation of the output voltage, with C 14 = 100 fF has a wider range of operating frequencies (f in = 6.0 GHz) with a constant gain of 20 dB .
На фиг.12 показана схема заявляемого КУ в среде компьютерного моделирования Cadence на моделях SiGe интегральных транзисторов при выполнении двухполюсника коллекторной нагрузки 5 в виде источника опорного тока 1 мА, зашунтированного паразитной емкостью С0=100 фФ.On Fig shows a diagram of the inventive KU in the computer simulation environment Cadence on SiGe models of integrated transistors when performing a two-
На фиг.13 представлены амплитудно-частотные характеристики схемы фиг.12 при разных значениях емкости первого 14 корректирующего конденсатора С14=Cvar=0÷150 фФ. Из данных графиков следует, что заявляемый КУ, кроме более высокого диапазона изменения выходного напряжения, имеет при С14=1.50 фФ более высокий диапазон рабочих частот (fв=75,3 МГц вместо 24,9 МГц при коэффициенте усиления на постоянном токе 54 дБ).On Fig presents the amplitude-frequency characteristics of the circuit of Fig.12 for different values of the capacitance of the first 14 correction capacitor C 14 = C var = 0 ÷ 150 fF. From these graphs it follows that the claimed KU, in addition to a higher range of variation of the output voltage, has at C 14 = 1.50 fF a higher range of operating frequencies (f in = 75.3 MHz instead of 24.9 MHz with a DC gain of 54 dB )
Каскодный усилитель, фиг.2, содержит входной преобразователь «напряжение-ток» 1 с токовым выходом 2, первый 3 выходной транзистор, коллектор которого соединен с базой второго 4 выходного транзистора и через двухполюсник коллекторной нагрузки 5 связан с первой 6 шиной источника питания, первый 7 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером второго 4 выходного транзистора, связанным с выходом 8 устройства, и второй 9 шиной источника питания, цепь стабилизации статического режима 10, связанную с базой первого 3 выходного транзистора, причем коллектор второго 4 выходного транзистора связан с первой 6 шиной источника питания. Токовый выход 2 входного преобразователя «напряжение-ток» 1 соединен с эмиттером первого 3 выходного транзистора через цепь смещения потенциалов 11 и связан с первой 6 шиной источника питания через второй 12 токостабилизирующий двухполюсник, причем между эмиттером первого 3 выходного транзистора и второй 9 шиной источника питания включен третий 13 токостабилизирующий двухполюсник.The cascode amplifier, figure 2, contains an input voltage-
На фиг.2, в соответствии с п.2 формулы изобретения, в схему введен первый 14 корректирующий конденсатор, первый вывод которого соединен с выходом устройства 8, а второй вывод связан по переменному току с эмиттером первого 3 выходного транзистора, исключающий влияние цепи смещения потенциалов 11 на частичную характеристику Ку.In figure 2, in accordance with
Кроме этого, на фиг.2, в соответствии с п.3 формулы изобретения, между токовым выходом 2 входного преобразователя «напряжение-ток» 1 и эмиттером первого 3 выходного транзистора включен второй 15 корректирующий конденсатор.In addition, in FIG. 2, in accordance with
Частные варианты построения входного преобразователя «напряжение-ток» 1 содержат элементы 19-22 (фиг.3), элементы 24-25 (фиг.4), элементы 26-28 (фиг.5), элементы 29-31 (фиг.6), элементы 32-34 (фиг.7).Particular options for constructing the input voltage-
Рассмотрим работу ДУ, фиг.2,Consider the operation of the remote control, figure 2,
Амплитуды выходного напряжения в заявляемом КУ, фиг.2, для положительной и отрицательной полярностей при использовании преобразователей «напряжение-ток», например, фиг.6 или фиг.7, удовлетворяют условию:The amplitude of the output voltage in the inventive KU, figure 2, for positive and negative the polarities when using the Converter "voltage-current", for example, Fig.6 or Fig.7, satisfy the condition:
, ,
где - напряжение положительного источника питания;Where - voltage of a positive power source;
Ec10 - напряжение цепи смещения потенциалов 10.E c10 - potential
Если выбрать Ec10 отрицательным, то максимальные амплитуды выходного напряжения при соответствующем построении цепи смещения потенциалов 11 будут больше, чем . Если Ec=0, то , что лучше, чем в КУ-прототипе с такими же преобразователями «напряжение-ток» 1.If E c10 is chosen negative, then the maximum amplitudes of the output voltage with the corresponding construction of the potential bias circuit 11 will be greater than . If E c = 0, then , which is better than in the KU prototype with the same voltage-
В области высоких частот на амплитудно-частотную характеристику КУ, фиг.2, начинает влиять паразитная, емкость на подложку 18 в цепи коллектора транзистора 3 (C18≈100 фФ), через которую протекает переменная составляющая паразитного тока :In the high-frequency region, the amplitude-frequency characteristic of the KU, Fig. 2, begins to be affected by the parasitic capacitance on the
где - комплекс тока через паразитный конденсатор 18;Where - a complex of current through a
- комплекс напряжения на коллекторе транзистора 3; - voltage complex on the collector of
7 17 1
- комплексное сопротивление паразитного конденсатора 18 на частоте сигнала ω. - the complex resistance of the
Напряжение uк3 передается через транзистор 4 на выход КУ. Поэтому комплекс выходного напряжения и ток через первый 14 корректирующий конденсатор:The voltage u k3 is transmitted through the
, ,
где - комплекс тока через первый 14 корректирующий конденсатор;Where - a complex of current through the first 14 correction capacitor;
- комплекс сопротивления первого 14 корректирующего конденсатора. - the resistance complex of the first 14 correction capacitor.
Приращение тока через конденсатор 14 передается в эмиттер, а затем в коллектор транзистора 3. Поэтому в коллекторной цепи транзистора 3 (если C14≈C18), обеспечивается взаимная компенсация токов и .Current increment through
Действительно, в достаточно широком диапазоне частот в схеме фиг.2 можно обеспечитьIndeed, in a fairly wide range of frequencies in the circuit of figure 2 can
В конечном итоге при C14=C18 диапазон рабочих частот КУ, фиг.2, расширяется. Данный вывод подтверждается компьютерным моделированием (фиг.9, фиг.11, фиг.13).Ultimately, with C 14 = C 18, the range of operating frequencies KU, figure 2, expands. This conclusion is confirmed by computer simulation (Fig.9, Fig.11, Fig.13).
Таким образом, заявляемое схемотехническое решение характеризуется более высоким диапазоном рабочих частот и более широким динамическим диапазоном изменения выходного напряжения при низковольтном питании и реализации КУ по технологиям SGB25VD, SG25H1, SG25H2, SG13S1 и др.Thus, the claimed circuitry solution is characterized by a higher range of operating frequencies and a wider dynamic range of changes in the output voltage at low voltage supply and the implementation of KU technologies SGB25VD, SG25H1, SG25H2, SG13S1, etc.
ЛитератураLiterature
1. Патент США №6.825.723, fig.3.1. US patent No. 6.825.723, fig.3.
2. Патент США №4.151.483, fig.2.2. US patent No. 4.151.483, fig.2.
3. Патент США №4.151.484.3. US patent No. 4.151.484.
4.. Патент США №3.882.410, fig.3.4 .. US Patent No. 3,882,410, fig. 3.
5. Патентная заявка WO 2004/030207.5. Patent application WO 2004/030207.
6. Патент США №4.021.749, fig.2.6. US patent No. 4.021.749, fig.2.
7. Патент США №3.693.108, flg.9.7. US Patent No. 3,693.108, flg. 9.
8. Патент США №7.113.043, fig.2.8. US patent No. 7.113.043, fig.2.
9. Патентная заявка США 2006/0033562.9. US Patent Application 2006/0033562.
10. Патентная заявка США 2006/0132242.10. US Patent Application 2006/0132242.
11. Патентная заявка США 2006/0119435.11. US patent application 2006/0119435.
12. Патентная заявка США 2005/0248408.12. US Patent Application 2005/0248408.
13. Патент США №6.204.728.13. US patent No. 6.204.728.
14. Патент США №6.278.329.14. US Patent No. 6,278.329.
15. Патентная заявка США 2005/0225397.15. US patent application 2005/0225397.
16. Патент США №5.451.906.16. US Patent No. 5,451.906.
17. Патент США №7.098.743, fig.1.17. US Patent No. 7,098.743, fig. 1.
18. Патент Англии GB №1431481, fig.2.18. British Patent GB No. 1431481, fig. 2.
19. Патент США №6.515.547, fig.2.19. US patent No. 6.515.547, fig.2.
20. Патентная заявка US 2010/0283543, fig.1.20. Patent application US 2010/0283543, fig. 1.
21. Патент ES 2.079.397 Т3, fig.9.21. Patent ES 2.079.397 T3, fig. 9.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011102642/08A RU2460206C1 (en) | 2011-01-24 | 2011-01-24 | Cascode microwave amplifier with low supply voltage |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011102642/08A RU2460206C1 (en) | 2011-01-24 | 2011-01-24 | Cascode microwave amplifier with low supply voltage |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2460206C1 true RU2460206C1 (en) | 2012-08-27 |
Family
ID=46937970
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011102642/08A RU2460206C1 (en) | 2011-01-24 | 2011-01-24 | Cascode microwave amplifier with low supply voltage |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2460206C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU167770U1 (en) * | 2016-05-24 | 2017-01-10 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | Microwave balanced amplifier |
WO2019231913A1 (en) * | 2018-05-31 | 2019-12-05 | Texas Instruments Incorporated | Lower voltage switching of current mode logic circuits |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4151484A (en) * | 1978-02-17 | 1979-04-24 | Rca Corporation | Radiation-hardened transistor amplifiers |
RU2257001C2 (en) * | 2003-06-09 | 2005-07-20 | Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса (ЮРГУЭС) | Broadband amplifier |
RU2319291C1 (en) * | 2006-08-08 | 2008-03-10 | ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) | Cascade differential amplifier |
RU2365029C1 (en) * | 2007-11-27 | 2009-08-20 | ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) | Cascode difference amplifier with low offset voltage |
-
2011
- 2011-01-24 RU RU2011102642/08A patent/RU2460206C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4151484A (en) * | 1978-02-17 | 1979-04-24 | Rca Corporation | Radiation-hardened transistor amplifiers |
RU2257001C2 (en) * | 2003-06-09 | 2005-07-20 | Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса (ЮРГУЭС) | Broadband amplifier |
RU2319291C1 (en) * | 2006-08-08 | 2008-03-10 | ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) | Cascade differential amplifier |
RU2365029C1 (en) * | 2007-11-27 | 2009-08-20 | ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) | Cascode difference amplifier with low offset voltage |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU167770U1 (en) * | 2016-05-24 | 2017-01-10 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | Microwave balanced amplifier |
WO2019231913A1 (en) * | 2018-05-31 | 2019-12-05 | Texas Instruments Incorporated | Lower voltage switching of current mode logic circuits |
US10644699B2 (en) | 2018-05-31 | 2020-05-05 | Texas Instruments Incorporated | Lower voltage switching of current mode logic circuits |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2419197C1 (en) | Differential amplifier with increased amplification factor as to voltage | |
RU2428786C1 (en) | Cascode amplifier | |
Kumar et al. | Single active element-based tunable square/triangular wave generator with grounded passive components | |
RU2460206C1 (en) | Cascode microwave amplifier with low supply voltage | |
US9401679B1 (en) | Apparatus and method for improving power supply rejection ratio | |
TW201633703A (en) | Active RC filters | |
RU2321156C1 (en) | Broadband amplifier | |
RU2536672C1 (en) | Low-output capacitance composite transistor | |
US9246456B2 (en) | Amplification circuit and reception chain | |
RU2475942C1 (en) | Broadband differential amplifier | |
RU2416155C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2396699C1 (en) | Cascode differential amplifier with increased input differential resistance | |
RU2475941C1 (en) | Differential amplifier with complementary input cascade | |
RU2519563C2 (en) | Composite transistor | |
RU2432667C1 (en) | Differential operational amplifier with low supply voltage | |
RU2421888C1 (en) | Differential amplifier | |
RU2396698C1 (en) | Differential amplifier | |
RU2439780C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2320078C1 (en) | Complementary differential amplifier | |
RU2394360C1 (en) | Cascode differential amplifier with increased input resistance | |
RU2459348C1 (en) | Operational amplifier having gain adjustment circuit | |
RU2469462C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2467468C1 (en) | Broadband current amplifier | |
RU2626665C1 (en) | Rlc-selective amplifier with low voltage | |
RU2419195C1 (en) | Cascode amplifier with paraphase output |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130125 |