RU2463703C1 - Каскодный дифференциальный усилитель - Google Patents
Каскодный дифференциальный усилитель Download PDFInfo
- Publication number
- RU2463703C1 RU2463703C1 RU2011145837/08A RU2011145837A RU2463703C1 RU 2463703 C1 RU2463703 C1 RU 2463703C1 RU 2011145837/08 A RU2011145837/08 A RU 2011145837/08A RU 2011145837 A RU2011145837 A RU 2011145837A RU 2463703 C1 RU2463703 C1 RU 2463703C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- current
- emitter
- collector
- input
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
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, широкополосных и избирательных усилителях ВЧ и СВЧ диапазонов). Технический результат - повышение коэффициента усиления по напряжению. Это позволяет в ряде случаев исключить дополнительные каскады усиления, уменьшить общее энергопотребление в сравнении с многокаскадными усилителями. Каскодный дифференциальный усилитель содержит входной дифференциальный каскад с первым и вторым токовыми выходами, два выходных транзистора, базы которых соединены с источником напряжения смещения, два резистора, два источника питания, два токовых зеркала, два корректирующих конденсатора и дополнительный резистор. 7 ил.
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, широкополосных и избирательных усилителях ВЧ и СВЧ диапазонов).
В современной микроэлектронике находят широкое применение классические каскодные усилители (КУ) с резистивной нагрузкой, включенной в коллекторную цепь входного транзистора - каскада с общим эмиттером [1-19].
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является КУ фиг.1 по патенту US №5.568.092.
Существенный недостаток известного КУ, архитектура которого присутствует также во многих других каскодных усилителях [1-19], 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 (Ку) получается небольшим (Kymax=10÷20). В первую очередь это обусловлено ограничениями на сопротивления резисторов коллекторной нагрузки, которые из-за малых Еп не могут выбираться высокоомными.
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в повышении коэффициента усиления по напряжению. Это позволяет в ряде случаев исключить дополнительные каскады усиления, уменьшить общее энергопотребление в сравнении с многокаскадными усилителями.
Поставленная задача решается тем, что в каскодном дифференциальном усилителе фиг.1, содержащем входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, первый 4 и второй 5 выходные транзисторы, базы которых соединены с источником напряжения смещения 6, эмиттер первого 4 выходного транзистора соединен с первым 2 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, эмиттер второго 5 выходного транзистора соединен со вторым 3 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, первый 7 резистор коллекторной нагрузки, связанный первым выводом с первым 8 выходом устройства и коллектором первого 4 выходного транзистора, второй 9 резистор коллекторной нагрузки, связанный первым выводом со вторым 10 выходом устройства и коллектором второго 5 выходного транзистора, первый 11 и второй 12 источники питания, причем первый 11 источник питания связан с эмиттерной цепью питания входного дифференциального каскада 1, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введены первое 13 и второе 14 токовые зеркала, коллекторные выходы первого 13 и второго 14 токовых зеркал связаны со вторым 12 источником питания, общий эмиттерный выход первого 13 токового зеркала соединен с эмиттером первого 4 выходного транзистора, общий эмиттерный выход второго 14 токового зеркала соединен с эмиттером второго 5 выходного транзистора, вход первого 13 токового зеркала соединен с первым 15 источником опорного тока и через первый 16 корректирующий конденсатор соединен со вторым выводом первого 7 резистора коллекторной нагрузки, причем второй вывод первого 7 резистора коллекторной нагрузки связан со вторым 12 источником питания через первый 19 дополнительный резистор, вход второго 14 токового зеркала соединен со вторым 17 источником опорного тока и через второй 18 корректирующий конденсатор соединен со вторым выводом второго 9 резистора коллекторной нагрузки, причем второй вывод второго 9 резистора коллекторной нагрузки связан со вторым 12 источником питания через второй 20 дополнительный резистор.
Схема усилителя-прототипа показана на чертеже фиг.1. На чертеже фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с формулой изобретения.
На чертеже фиг.3 показана схема КУ фиг.2 с конкретным выполнением первого 13 и второго 14 токовых зеркал, а также двухполюсников 15 и 17 (в виде резисторов).
На чертеже фиг.4 показана схема КДУ фиг.3 для случая, когда в качестве выходных транзисторов 4 и 5 используется не n-p-n (фиг.3), а р-n-р транзисторы.
На чертеже фиг.5 представлена схема фиг.3 в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».
На чертежах фиг.6-фиг.7 приведены амплитудно-частотные характеристики заявляемого КДУ при разных значениях емкости конденсаторов 16 и 18 и сопротивлениях двухполюсников 15 и 17.
Каскодный дифференциальный усилитель фиг.2 содержит входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, первый 4 и второй 5 выходные транзисторы, базы которых соединены с источником напряжения смещения 6, эмиттер первого 4 выходного транзистора соединен с первым 2 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, эмиттер второго 5 выходного транзистора соединен со вторым 3 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, первый 7 резистор коллекторной нагрузки, связанный первым выводом с первым 8 выходом устройства и коллектором первого 4 выходного транзистора, второй 9 резистор коллекторной нагрузки, связанный первым выводом со вторым 10 выходом устройства и коллектором второго 5 выходного транзистора, первый 11 и второй 12 источники питания, причем первый 11 источник питания связан с эмиттерной цепью питания входного дифференциального каскада 1. В схему введены первое 13 и второе 14 токовые зеркала, коллекторные выходы первого 13 и второго 14 токовых зеркал связаны со вторым 12 источником питания, общий эмиттерный выход первого 13 токового зеркала соединен с эмиттером первого 4 выходного транзистора, общий эмиттерный выход второго 14 токового зеркала соединен с эмиттером второго 5 выходного транзистора, вход первого 13 токового зеркала соединен с первым 15 источником опорного тока и через первый 16 корректирующий конденсатор соединен со вторым выводом первого 7 резистора коллекторной нагрузки, причем второй вывод первого 7 резистора коллекторной нагрузки связан со вторым 12 источником питания через первый 19 дополнительный резистор, вход второго 14 токового зеркала соединен со вторым 17 источником опорного тока и через второй 18 корректирующий конденсатор соединен со вторым выводом второго 9 резистора коллекторной нагрузки, причем второй вывод второго 9 резистора коллекторной нагрузки связан со вторым 12 источником питания через второй 20 дополнительный резистор.
На чертеже фиг.3 токовые зеркала 13 и 14 реализованы на основе р-n переходов 21, 24, площади которых меньше, чем площади эмиттерных переходов транзисторов 4 и 5, а также выходных транзисторов 22, 23. Входной каскад 1 выполнен в виде классической схемы на транзисторах 25, 26 и источнике тока 27.
Рассмотрим работу предлагаемого устройства фиг.2.
Статический режим транзисторов КУ фиг.2 устанавливается двухполюсником 27 и напряжением Е6 на базах транзисторов 4 и 5. Если пренебречь выходным сопротивлением транзисторов 4 и 5, то коэффициент усиления по напряжению КУ фиг.2 по выходу Вых.1 в диапазоне рабочих частот определяется по формуле:
где Rн.экв.4 - эквивалентное сопротивление коллекторной нагрузки транзистора 4 в узле 8 («Вых.1»);
rэ25=rэ26 - сопротивления эмиттерных переходов входных транзисторов 25 и 26 входного каскада 1.
Причем Rн.экв.4 можно найти из выражения:
Rвx.13 - входное сопротивление токового зеркала 13;
α5≈1 - коэффициент усиления по току эмиттера транзистора 5.
Таким образом, коэффициент усиления по напряжению заявляемого ДУ фиг.2:
где Kу.прот - коэффициент усиления КУ-прототипа фиг.1(1).
Поэтому выигрыш по Ky в схеме фиг.2
Численные значения Ky (4) определяются знаменателем данной формулы, который зависит прежде всего от коэффициента усиления по току Ki.1 токового зеркала 13 и коэффициента деления тока iR7 между конденсатором 16 и резистором 19 (Kdl<1). Например, для получения десятикратного выигрыша по усилению (Ny=10) необходимо обеспечить (за счет соответствующего выбора на этапе изготовления микросхем площадей эмиттерных переходов транзисторов 21 и 23 токов зеркал 13 и 14 (фиг.3)) равенство:
Если считать, что R19≈R7, α4=0,99, то из (6) следует, что Ki.1 должен быть близок к двум единицам, что обеспечивается топологией транзисторов, образующих токовые зеркала 13 и 14. При стабильных значениях R19, Ki.1 α4 можно реализовать достаточно стабильные значения Ky в диапазоне изменения внешних факторов (температура, радиация и т.п.).
В практических схемах выигрыш по Ky получается на уровне 20÷40 дБ (фиг.6, фиг.7).
Таким образом, предлагаемое устройство имеет в диапазоне рабочих частот существенные преимущества по коэффициенту усиления в сравнении с прототипом.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Патент США №6.825.723 fig.3
2. Патент США №4.151.483 fig.2
3. Патент США №4.151.484
4. Патент США №3.882.410 fig.3
5. Патентная заявка WO 2004/030207
6. Патент США №4.021.749 fig.2
7. Патент США №3.693.108 fig.9
8. Патент США №7.113.043 fig.2
9. Патентная заявка США 2006/0033562
10. Патентная заявка США 2006/0132242
11. Патентная заявка США 2006/0119435
12. Патентная заявка США 2005/0248408
13. Патент США №6.204.728
14. Патент США №6.278.329
15. Патентная заявка США 2005/0225397
16. Патент США №5.451.906
17. Патент США №7.098.743 fig.1
18. Патент Англии GB №1431481 fig.2
19. Патент США №6.515.547 fig.2
Claims (1)
- Каскодный дифференциальный усилитель, содержащий входной дифференциальный каскад (1) с первым (2) и вторым (3) токовыми выходами, первый (4) и второй (5) выходные транзисторы, базы которых соединены с источником напряжения смещения (6), эмиттер первого (4) выходного транзистора соединен с первым (2) токовым выходом входного дифференциального каскада (1), эмиттер второго (5) выходного транзистора соединен со вторым (3) токовым выходом входного дифференциального каскада (1), первый (7) резистор коллекторной нагрузки, связанный первым выводом с первым (8) выходом устройства и коллектором первого (4) выходного транзистора, второй (9) резистор коллекторной нагрузки, связанный первым выводом со вторым (10) выходом устройства и коллектором второго (5) выходного транзистора, первый (11) и второй (12) источники питания, причем первый (11) источник питания связан с эмиттерной цепью питания входного дифференциального каскада (1), отличающийся тем, что в схему введены первое (13) и второе (14) токовые зеркала, коллекторные выходы первого (13) и второго (14) токовых зеркал связаны со вторым (12) источником питания, общий эмиттерный выход первого (13) токового зеркала соединен с эмиттером первого (4) выходного транзистора, общий эмиттерный выход второго (14) токового зеркала соединен с эмиттером второго (5) выходного транзистора, вход первого (13) токового зеркала соединен с первым (15) источником опорного тока и через первый (16) корректирующий конденсатор соединен со вторым выводом первого (7) резистора коллекторной нагрузки, причем второй вывод первого (7) резистора коллекторной нагрузки связан со вторым (12) источником питания через первый (19) дополнительный резистор, вход второго (14) токового зеркала соединен со вторым (17) источником опорного тока и через второй (18) корректирующий конденсатор соединен со вторым выводом второго (9) резистора коллекторной нагрузки, причем второй вывод второго (9) резистора коллекторной нагрузки связан со вторым (12) источником питания через второй (20) дополнительный резистор.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011145837/08A RU2463703C1 (ru) | 2011-11-10 | 2011-11-10 | Каскодный дифференциальный усилитель |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011145837/08A RU2463703C1 (ru) | 2011-11-10 | 2011-11-10 | Каскодный дифференциальный усилитель |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2463703C1 true RU2463703C1 (ru) | 2012-10-10 |
Family
ID=47079723
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011145837/08A RU2463703C1 (ru) | 2011-11-10 | 2011-11-10 | Каскодный дифференциальный усилитель |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2463703C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5568092A (en) * | 1994-05-24 | 1996-10-22 | Nec Corporation | Attenuated feedback type differential amplifier |
EP1314238B1 (en) * | 2000-08-31 | 2005-12-28 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Multiple output dynamically regulated charge pump power converter |
RU2411636C1 (ru) * | 2009-08-03 | 2011-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Каскодный дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля |
RU2419187C1 (ru) * | 2010-02-12 | 2011-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Каскодный дифференциальный усилитель с повышенной стабильностью нулевого уровня |
RU2421893C1 (ru) * | 2010-05-14 | 2011-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Каскодный дифференциальный усилитель |
-
2011
- 2011-11-10 RU RU2011145837/08A patent/RU2463703C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5568092A (en) * | 1994-05-24 | 1996-10-22 | Nec Corporation | Attenuated feedback type differential amplifier |
EP1314238B1 (en) * | 2000-08-31 | 2005-12-28 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Multiple output dynamically regulated charge pump power converter |
RU2411636C1 (ru) * | 2009-08-03 | 2011-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Каскодный дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля |
RU2419187C1 (ru) * | 2010-02-12 | 2011-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Каскодный дифференциальный усилитель с повышенной стабильностью нулевого уровня |
RU2421893C1 (ru) * | 2010-05-14 | 2011-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Каскодный дифференциальный усилитель |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2419197C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления по напряжению | |
RU2421879C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с высокочастотной коррекцией | |
RU2432669C1 (ru) | Широкополосный усилитель | |
RU2428786C1 (ru) | Каскодный усилитель | |
RU2364020C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с отрицательной обратной связью по синфазному сигналу | |
RU2421880C1 (ru) | Широкополосный усилитель | |
RU2427071C1 (ru) | Широкополосный усилитель | |
JP2018537913A (ja) | チャンネル選択フィルタを備えた高線形性WiGigベースバンドアンプ | |
Torfifard et al. | A Power‐Efficient CMOS Adaptive Biasing Operational Transconductance Amplifier | |
RU2390916C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель | |
RU2416146C1 (ru) | Дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления | |
RU2463703C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
RU2536672C1 (ru) | Составной транзистор с малой выходной емкостью | |
RU2475942C1 (ru) | Широкополосный дифференциальный усилитель | |
RU2419196C1 (ru) | Широкополосный дифференциальный усилитель | |
RU2460206C1 (ru) | Каскодный свч-усилитель с малым напряжением питания | |
CN210405325U (zh) | 功率检测器 | |
RU2421888C1 (ru) | Дифференциальный усилитель | |
RU2439780C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель | |
RU2422981C1 (ru) | Дифференциальный усилитель переменного тока | |
RU2519563C2 (ru) | Составной транзистор | |
RU2411636C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
RU2421881C1 (ru) | Дифференциальный усилитель | |
RU2446554C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом | |
RU2423778C1 (ru) | Каскодный дифференциальный усилитель с высокочастотной коррекцией |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131111 |