RU2475938C1 - Selective amplifier - Google Patents
Selective amplifier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2475938C1 RU2475938C1 RU2012100454/08A RU2012100454A RU2475938C1 RU 2475938 C1 RU2475938 C1 RU 2475938C1 RU 2012100454/08 A RU2012100454/08 A RU 2012100454/08A RU 2012100454 A RU2012100454 A RU 2012100454A RU 2475938 C1 RU2475938 C1 RU 2475938C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- current
- input
- emitter
- setting resistor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах СВЧ-фильтрации радиосигналов систем сотовой связи, спутникового телевидения, радиолокации и т.п.The present invention relates to the field of radio engineering and communications and can be used in microwave filtering devices of radio signals from cellular communication systems, satellite television, radar, etc.
В задачах выделения высокочастотных и СВЧ-сигналов сегодня широко используются интегральные операционные усилители со специальными элементами RC-коррекции, формирующими амплитудно-частотную характеристику резонансного типа [1, 2]. Однако классическое построение таких избирательных усилителей (ИУ) сопровождается значительными энергетическими потерями, которые идут в основном на обеспечение статического режима достаточно большого числа вспомогательных, универсальных транзисторов, образующих операционный усилитель СВЧ-диапазона [1, 2]. В этой связи достаточно актуальной является задача построения СВЧ узкоспециализированных избирательных усилителей на трех-четырех транзисторах, обеспечивающих выделение спектра сигналов с достаточно высокой добротностью резонансной характеристики Q=2÷10 и f0=1÷5 ГГц.Integrated operational amplifiers with special RC correction elements that form the amplitude-frequency characteristic of the resonance type are widely used today in the tasks of extracting high-frequency and microwave signals [1, 2]. However, the classical construction of such selective amplifiers (DUTs) is accompanied by significant energy losses, which are mainly used to ensure the static mode of a sufficiently large number of auxiliary, universal transistors forming an operational amplifier of the microwave range [1, 2]. In this regard, quite urgent is the task of constructing microwave highly specialized selective amplifiers on three to four transistors, which provide the selection of a spectrum of signals with a sufficiently high quality factor of the resonance characteristic Q = 2 ÷ 10 and f 0 = 1 ÷ 5 GHz.
Известны схемы избирательных усилителей на основе каскадов с управляемым токовым зеркалом [3-11], которые обеспечивают формирование амплитудно-частотной характеристики коэффициента усиления по напряжению (АЧХ) в заданном диапазоне частот Δf=fв-fн. Причем их верхняя граничная частота fв иногда формируется инерционностью транзисторов схемы (емкостью на подложку), а нижняя fн определяется входным корректирующим конденсатором.Known schemes for selective amplifiers based on cascades with a controlled current mirror [3-11], which provide the formation of the amplitude-frequency characteristics of the voltage gain (AFC) in a given frequency range Δf = f in -f n . Moreover, their upper cutoff frequency f in is sometimes formed by the inertia of the transistors of the circuit (capacitance per substrate), and the lower f n is determined by the input correction capacitor.
Ближайшим прототипом заявляемого устройства является избирательный усилитель, представленный в патенте US №4.999.585, fig.2. Он содержит входной транзистор 1, эмиттер которого через первый 2 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 3 шиной источника питания, база подключена к первому 4 источнику вспомогательного напряжения, а коллектор связан со входом токового зеркала 5, имеющего общий эмиттерный выход 6, согласованный со второй 7 шиной источника питания, первый 8 частотозадающий резистор, включенный по переменному току параллельно первому 9 корректирующему конденсатору.The closest prototype of the claimed device is a selective amplifier, presented in US patent No. 4.999.585, fig.2. It contains an
Существенный недостаток известного устройства состоит в том, что он не обеспечивает высокую добротность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и коэффициент усиления по напряжению К0>1 на частоте квазирезонанса (f0=1÷5 ГГц).A significant disadvantage of the known device is that it does not provide high quality factor amplitude-frequency characteristics (AFC) and voltage gain K 0 > 1 at the frequency of quasi-resonance (f 0 = 1 ÷ 5 GHz).
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в повышении добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса f0. Это позволяет в ряде случаев уменьшить общее энергопотребление и реализовать высококачественное избирательное устройство СВЧ-диапазона с f0=1÷5 ГГц.The main objective of the invention is to increase the quality factor of the frequency response of the amplifier and its voltage gain at the frequency of quasi-resonance f 0 . This allows in some cases to reduce the total power consumption and implement a high-quality microwave device with f 0 = 1 ÷ 5 GHz.
Поставленная задача решается тем, что в избирательном усилителе фиг.1, содержащем входной транзистор 1, эмиттер которого через первый 2 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 3 шиной источника питания, база подключена к первому 4 источнику вспомогательного напряжения, а коллектор связан со входом токового зеркала 5, имеющего общий эмиттерный выход 6, согласованный со второй 7 шиной источника питания, первый 8 частотозадающий резистор, включенный по переменному току параллельно первому 9 корректирующему конденсатору, предусмотрены новые элементы и связи - общий эмиттерный выход 6 токового зеркала 5 связан со второй 7 шиной источника питания через первый 8 частотозадающий резистор и соединен с эмиттером входного транзистора 1 через последовательно соединенные второй 10 частотозадающий резистор и второй 11 корректирующий конденсатор, общий узел второго 10 частотозадающего резистора и второго 11 корректирующего конденсатора связан со входом 12 дополнительного усилителя тока 13 через третий 14 корректирующий конденсатор, причем токовый вход 15 устройства связан с эмиттером (или коллектором) входного транзистора 1, а инвертирующий токовый выход токового зеркала 5 подключен ко второму 16 источнику вспомогательного напряжения.The problem is solved in that in the selective amplifier of Fig. 1, containing an
Схема усилителя-прототипа показана на фиг.1. На фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с формулой изобретения.The amplifier circuit of the prototype is shown in figure 1. Figure 2 presents a diagram of the inventive device in accordance with the claims.
На фиг.3 показана схема ИУ фиг.2 с конкретным выполнением основных функциональных узлов, в котором показано типовое исполнение токового зеркала 5, содержащего p-n переход 21 и транзистор 20, а также дополнительного усилителя тока 13.Figure 3 shows a diagram of the DUT of figure 2 with a specific implementation of the main functional units, which shows a typical embodiment of a
На фиг.4, фиг.5 приведены варианты построения входных преобразователей «напряжение-ток», обеспечивающих (в необходимых случаях) преобразование потенциального входного сигнала в токовый сигнал, поступающий на вход устройства 15.Figure 4, figure 5 shows the construction options for the input voltage-current converters, providing (if necessary) the conversion of the potential input signal into a current signal supplied to the input of the
На фиг.6 представлена схема заявляемого усилителя фиг.3 в среде Cadence на моделях SiGe транзисторов.Figure 6 presents a diagram of the inventive amplifier of figure 3 in the Cadence environment on models of SiGe transistors.
На фиг.7 показана зависимость коэффициента усиления по напряжению и фазового сдвига от частоты ИУ фиг.6 в крупном масштабе, а на фиг.8 - логарифмическая амплитудно-частотная характеристика ИУ в более мелком масштабе.Fig.7 shows the dependence of the voltage gain and phase shift on the frequency of the DUT of Fig.6 on a large scale, and Fig.8 is a logarithmic amplitude-frequency characteristic of the DUT on a smaller scale.
Избирательный усилитель фиг.2 содержит входной транзистор 1, эмиттер которого через первый 2 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 3 шиной источника питания, база подключена к первому 4 источнику вспомогательного напряжения, а коллектор связан со входом токового зеркала 5, имеющего общий эмиттерный выход 6, согласованный со второй 7 шиной источника питания, первый 8 частотозадающий резистор, включенный по переменному току параллельно первому 9 корректирующему конденсатору. Общий эмиттерный выход 6 токового зеркала 5 связан со второй 7 шиной источника питания через первый 8 частотозадающий резистор и соединен с эмиттером входного транзистора 1 через последовательно соединенные второй 10 частотозадающий резистор и второй 11 корректирующий конденсатор, общий узел второго 10 частотозадающего резистора и второго 11 корректирующего конденсатора связан со входом 12 дополнительного усилителя тока 13 через третий 14 корректирующий конденсатор, причем токовый вход 15 устройства связан с эмиттером (или коллектором) входного транзистора 1, а инвертирующий токовый выход токового зеркала 5 подключен ко второму 16 источнику вспомогательного напряжения.The selective amplifier of Fig. 2 contains an
Рассмотрим работу ИУ фиг.2.Consider the operation of the DUT figure 2.
Источник входного переменного тока iвх.1 с частотой f изменяет или входной ток токового зеркала 5, или эмиттерный ток входного транзистора 1. Возникающее приращение тока увеличивается (усиливается) токовым зеркалом 5, нагрузкой которого по выходу 6 является частотозадающая цепь, образованная резисторами 8, 10 и конденсаторами 9, 11, 14. Указанная частотозадающая цепь обеспечивает необходимый вид АЧХ и ФЧХ ИУ и реализует посредством взаимодействия транзистора 1 и входа токового зеркала 5 регенеративную обратную связь, которая оказывается вещественной только на одной частоте - частоте квазирезонанса f0 ИУ. В области нижних частот (f<<f0) и в области верхних частот (f>>f0) эта же регенеративная обратная связь оказывается реактивной. Следовательно, частота квазирезонанса f0 не зависит от глубины этой обратной связи и определяется только значениями сопротивлений R8, R10 и емкостей C9, C11, C14, а численное значение добротности Q и коэффициента усиления К0 ИУ определяется возвратным отношением вещественной обратной связи и, поэтому, коэффициентом передачи токового зеркала 5.The input AC input source i input 1 with frequency f changes either the input current of the
Покажем аналитически, что более высокие значения K0 и Q в рабочем диапазоне частот реализуются в схеме фиг.2.Let us show analytically that higher values of K 0 and Q in the operating frequency range are implemented in the scheme of figure 2.
Действительно, в результате анализа можно найти, что комплексный коэффициент передачи по напряжению ИУ фиг.2 определяется по формуле:Indeed, as a result of the analysis, we can find that the complex voltage transfer coefficient of the DUT of FIG. 2 is determined by the formula
где f - частота входного сигнала;where f is the frequency of the input signal;
K0 - коэффициент усиления ИУ на частоте f0;K 0 is the gain of the DUT at a frequency f 0 ;
Q - добротность;Q - quality factor;
где Ki13.6 и Ki - коэффициенты передачи по току токового зеркала 5 и дополнительного усилителя тока 13;where K i13.6 and K i are the current transfer coefficients of the
α1 - коэффициент передачи по току эмиттера транзистора 1.α 1 - current transfer coefficient of the emitter of
Таким образом, численные значения коэффициента Ki13.6 токового зеркала 5 обеспечивают необходимые (требуемые) значения добротности Q и коэффициента усиления K0 ИУ при постоянном (неизменном) значении его частоты квазирезонанса f0 (2).Thus, the numerical values of the coefficient K i13.6 of the
Важнейшим свойством предлагаемой схемы является возможность реализации частотозадающей цепи при относительно большой добротности. Как видно из (4), при R8=R10=R, C11=C14=C9=C и реализации условия:The most important property of the proposed circuit is the ability to implement a frequency-setting circuit with a relatively high quality factor. As can be seen from (4), when R 8 = R 10 = R, C 11 = C 14 = C 9 = C and the condition:
в схеме фиг.2 обеспечивается возможность структурной оптимизации коэффициента передачи по току токового зеркала 5 для необходимого значения добротности.in the diagram of figure 2 provides the possibility of structural optimization of the current transfer coefficient of the
Как видно из фиг.3, на которой показана практическая реализация схемы фиг.2, сформулированные выше условия легко реализуются на базе токового зеркала путем масштабирования эмиттерного перехода транзистора 20. При этом выходной преобразователь в схеме фиг.3 выполнен на базе транзистора 18 с нагрузкой 20.As can be seen from figure 3, which shows the practical implementation of the circuit of figure 2, the above conditions are easily implemented on the basis of the current mirror by scaling the emitter junction of the
Данные теоретические выводы подтверждают графики фиг.7, фиг.8.These theoretical conclusions confirm the graphs of Fig.7, Fig.8.
Таким образом, заявляемое схемотехническое решение характеризуется более высокими значениями коэффициента усиления K0 на частоте квазирезонанса f0 и повышенными величинами добротности Q, характеризующей его избирательные свойства.Thus, the claimed circuit solution is characterized by higher values of the gain K 0 at the frequency of quasi-resonance f 0 and increased values of the quality factor Q, characterizing its selective properties.
ЛитератураLiterature
1. Design of Bipolar Differential OpAmps with Unity Gain Bandwidth up to 23 GHz / N.Prokopenko, A.Budyakov, K.Schmalz, C.Scheytt, P.Ostrovskyy // Proceeding of the 4-th European Conference on Circuits and Systems for Communications - ECCSC'08 / - Politehnica University, Bucharest, Romania: July 10-11, 2008. - pp.50-53.1. Design of Bipolar Differential OpAmps with Unity Gain Bandwidth up to 23 GHz / N.Prokopenko, A. Budyakov, K.Schmalz, C.Scheytt, P. Ostrovskyy // Proceeding of the 4-th European Conference on Circuits and Systems for Communications - ECCSC'08 / - Politehnica University, Bucharest, Romania: July 10-11, 2008. - pp. 50-53.
2. СВЧ СФ-блоки систем связи на базе полностью дифференциальных операционных усилителей. / Прокопенко Н.Н., Будяков А.С., К.Schmalz, С.Scheytt // Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем - 2010. Сборник трудов. / под общ. ред. академика РАН А.Л.Стемпковского. - М.: ИППМ РАН, 2010. - С.583-586.2. Microwave SF blocks of communication systems based on fully differential operational amplifiers. / Prokopenko N.N., Budyakov A.S., K. Schmalz, C. Schytt // Problems of developing promising micro- and nanoelectronic systems - 2010. Proceedings. / under total. ed. Academician of the Russian Academy of Sciences A.L. Stempkovsky. - M .: IPPM RAS, 2010. - P.583-586.
3. Патент US 4.999.585, fig.2.3. Patent US 4.999.585, fig. 2.
4. Патент US 4.262.261, fig.1B.4. Patent US 4.262.261, fig.1B.
5. Патент WO/2002/047257.5. Patent WO / 2002/047257.
6. Патент US 7.782.139, fig.5.6. Patent US 7.782.139, fig. 5.
7. Патент US 6.844.781.7. Patent US 6.844.781.
8. Патент US 6.657.465.8. Patent US 6.657.465.
9. Патент US 4.366.442, fig.2.9. Patent US 4.366.442, fig. 2.
10. Патент US 5.371.476, fig.3.10. Patent US 5.371.476, fig. 3.
11. Патент US 2006/0139098, fig.1.11. Patent US 2006/0139098, fig. 1.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012100454/08A RU2475938C1 (en) | 2012-01-10 | 2012-01-10 | Selective amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012100454/08A RU2475938C1 (en) | 2012-01-10 | 2012-01-10 | Selective amplifier |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2475938C1 true RU2475938C1 (en) | 2013-02-20 |
Family
ID=49121177
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012100454/08A RU2475938C1 (en) | 2012-01-10 | 2012-01-10 | Selective amplifier |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2475938C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU347883A1 (en) * | Н. И. Щедрое, И. И. Михайлов, В. И. Тупас , В. А. Стулов Институт автоматики | FREQUENCY ELECTOR AMPLIFIER | ||
US4A (en) * | 1836-08-10 | Stock | ||
SU383200A1 (en) * | 1968-07-25 | 1973-05-25 | ELECTORAL;? S-AMPLIFIER | |
US4999585A (en) * | 1989-11-06 | 1991-03-12 | Burr-Brown Corporation | Circuit technique for cancelling non-linear capacitor-induced harmonic distortion |
US20070170956A1 (en) * | 2006-01-26 | 2007-07-26 | Industrial Technology Research Institute | Sense amplifier |
-
2012
- 2012-01-10 RU RU2012100454/08A patent/RU2475938C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU347883A1 (en) * | Н. И. Щедрое, И. И. Михайлов, В. И. Тупас , В. А. Стулов Институт автоматики | FREQUENCY ELECTOR AMPLIFIER | ||
US4A (en) * | 1836-08-10 | Stock | ||
SU383200A1 (en) * | 1968-07-25 | 1973-05-25 | ELECTORAL;? S-AMPLIFIER | |
US4999585A (en) * | 1989-11-06 | 1991-03-12 | Burr-Brown Corporation | Circuit technique for cancelling non-linear capacitor-induced harmonic distortion |
US20070170956A1 (en) * | 2006-01-26 | 2007-07-26 | Industrial Technology Research Institute | Sense amplifier |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2479112C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2467470C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2475938C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2488955C1 (en) | Non-inverting current amplifier-based selective amplifier | |
RU2467469C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2475943C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2469462C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2467471C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2475947C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2475939C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2469466C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2480895C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2480896C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2465718C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2463702C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2468506C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2485673C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2475948C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2469463C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2479106C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2480894C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2475945C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2488952C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2485674C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2474039C1 (en) | Selective amplifier |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140111 |