RU2475939C1 - Selective amplifier - Google Patents
Selective amplifier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2475939C1 RU2475939C1 RU2012100520/08A RU2012100520A RU2475939C1 RU 2475939 C1 RU2475939 C1 RU 2475939C1 RU 2012100520/08 A RU2012100520/08 A RU 2012100520/08A RU 2012100520 A RU2012100520 A RU 2012100520A RU 2475939 C1 RU2475939 C1 RU 2475939C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- input
- emitter
- current mirror
- bus
- 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) (RC-фильтров) 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 (DIs) (RC filters) 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 (ИУ) на основе так называемых «перегнутых» каскодов [3-14], 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 корректирующим конденсатором.Known schemes of selective amplifiers (DUTs) based on the so-called “bent” cascodes [3-14], 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 a correction capacitor.
Ближайшим прототипом заявляемого устройства является избирательный усилитель, представленный в патенте US 7.679.445. Он содержит токовый вход устройства 1, первый 2 входной транзистор, эмиттер которого через первый 3 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 4 шиной источника питания, а база подключена к дополнительному источнику напряжения 5, токовое зеркало 6, первый 7 и второй 8 корректирующие конденсаторы.The closest prototype of the claimed device is a selective amplifier, presented in patent US 7.679.445. It contains the current input of
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 токовый вход устройства 1, первый 2 входной транзистор, эмиттер которого через первый 3 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 4 шиной источника питания, а база подключена к дополнительному источнику напряжения 5, токовое зеркало 6, первый 7 и второй 8 корректирующие конденсаторы, предусмотрены новые элементы и связи - коллектор первого 2 входного транзистора соединен со входом токового зеркала 6, между общим эмиттерным выходом которого и общей шиной источников питания включен по переменному току первый 7 корректирующий конденсатор, причем между общим эмиттерным выходом токового зеркала 6 и второй 9 шиной источника питания включены последовательно соединенные первый 10 и второй 11 частотозадающие резисторы, общий узел которых соединен с эмиттером первого 2 входного транзистора через второй 8 корректирующий конденсатор и через третий 12 корректирующий конденсатор связан со входом дополнительного усилителя тока 13, а токовый вход устройства 1 связан с эмиттером первого 2 входного транзистора или входом токового зеркала 6.The problem is solved in that in the selective amplifier of figure 1, containing the current input of the
Схема усилителя-прототипа показана на фиг.1. На фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 и п.2 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 показана схема РТУ фиг.2 в соответствии с п.3 формулы изобретения и конкретным выполнением основных функциональных узлов, в котором показано исполнение токового зеркала 6, содержащего p-n переход 16 и транзистор 17.Figure 3 shows the circuit of the RTU of figure 2 in accordance with
На фиг.4 приведена схема заявляемого ИУ фиг.3 в среде Cadence на моделях SiGe транзисторов.Figure 4 shows a diagram of the inventive DUT of figure 3 in a Cadence environment on SiGe transistor models.
На фиг.5 показана зависимость коэффициента усиления по напряжению от частоты ИУ фиг.4 в крупном масштабе, а на фиг.6 - частотная зависимость коэффициента усиления и фазовый сдвиг ИУ фиг.4 в более мелком масштабе.Figure 5 shows the dependence of the voltage gain on the frequency of the DUT of Figure 4 on a large scale, and Figure 6 shows the frequency dependence of the gain and the phase shift of the DUT of Figure 4 on a smaller scale.
Избирательный усилитель фиг.2 содержит токовый вход устройства 1, первый 2 входной транзистор, эмиттер которого через первый 3 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 4 шиной источника питания, а база подключена к дополнительному источнику напряжения 5, токовое зеркало 6, первый 7 и второй 8 корректирующие конденсаторы. Коллектор первого 2 входного транзистора соединен со входом токового зеркала 6, между общим эмиттерным выходом которого и общей шиной источников питания включен по переменному току первый 7 корректирующий конденсатор, причем между общим эмиттерным выходом токового зеркала 6 и второй 9 шиной источника питания включены последовательно соединенные первый 10 и второй 11 частотозадающие резисторы, общий узел которых соединен с эмиттером первого 2 входного транзистора через второй 8 корректирующий конденсатор и через третий 12 корректирующий конденсатор связан со входом дополнительного усилителя тока 13, а токовый вход устройства 1 связан с эмиттером первого 2 входного транзистора или входом токового зеркала 6.The selective amplifier of Fig. 2 contains the current input of
На фиг.2, в соответствии с п.2 формулы изобретения, выход дополнительного усилителя тока 13 соединен с потенциальным выходом устройства 14 и через вспомогательный резистор 15 связан с первой 4 шиной источника питания.In Fig.2, in accordance with
На фиг.3, в соответствии с п.3 формулы изобретения, между источником входного напряжения устройства и токовым входом 1 устройства включен преобразователь «напряжение-ток» 16, токовое зеркало 6 реализовано на транзисторе 17 и p-n переходе 18, а дополнительный усилитель тока 13 содержит транзистор 19 и источник тока 20.In Fig. 3, in accordance with
Рассмотрим работу ИУ фиг.2.Consider the operation of the DUT figure 2.
Источник входного переменного сигнала в виде тока iвх.1 или (iвх.2) изменяет эмиттерный ток первого входного транзистора 2, либо непосредственно входной ток токового зеркала 6. Эти изменения через коэффициент передачи по току Ki13.6 передаются в частотно-зависимую цепь нагрузки токового зеркала 6. Структура этой цепи нагрузки, образованная резисторами 10, 11 и конденсаторами 7, 8, 12, обеспечивает полосно-пропускающий тип частотных характеристик ИУ - конденсатор 7 - формирует уменьшение амплитуды токов конденсаторов 8 и 12 в области верхних частот ИУ, а конденсаторы 8 и 12 - уменьшают сигнал в области нижних частот ИУ. В результате протекающие через конденсаторы 8 и 12 токи обеспечивают полосно-пропускающую селекцию выходного тока токового зеркала 6. Именно поэтому протекающий через конденсатор 12 ток приводит к изменению входного тока дополнительного усилителя тока 13, выход которого посредством сопротивления вспомогательного резистора 15 обеспечивает изменение выходного напряжения (14) в соответствии с требуемой для ИУ частотной зависимостью его коэффициента усиления. Аналогично, ток конденсатора 8 изменяет ток эмиттера транзистора 2 и, следовательно, выходной ток токового зеркала 6. Совпадение вида частотной зависимости этого тока с характеристиками ИУ позволяет реализовать как в области верхних частот, так и в области нижних частот ИУ реактивную обратную связь, повышающую ослабление сигналов в этом диапазоне частот на выходе 14. Таким образом, только на одной частоте (частоте квазирезонанса ИУ f0) фазовые сдвиги в контуре обратной связи ИУ совпадают, а численное значение коэффициента передачи тока Ki13.6 будет направлено на повышение добротности Q и коэффициента усиления K0 избирательного усилителя.Input ac signal source as a current input 1 or i (i INP2) changes the emitter 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
гдеWhere
K0 - коэффициент усиления uy на частоте f0 K 0 - gain u y at a frequency f 0
Q - добротность, причем:Q - quality factor, and:
Ki13.6 и Ki.d - коэффициенты передачи по току токового зеркала 6 и дополнительного усилителя тока 13;K i13.6 and K id - current transfer coefficients of the
α2 - коэффициент передачи по току эмиттера транзистора 2.α 2 - current transfer coefficient of the emitter of
Таким образом, численные значения коэффициента Ki13.6 токового зеркала 6 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 параметрической оптимизации ее элементной чувствительности при относительно большой добротности. Как видно из (4) при R11=R10=R и реализации условияThe most important property of the proposed scheme is the possibility of parametric optimization of its elemental sensitivity at a relatively high Q factor. As can be seen from (4) with R 11 = R 10 = R and the condition
в схеме фиг.2 обеспечивается возможность структурной оптимизации как добротности Q, так и ее чувствительности. Действительно, в рассматривающемся случае добротность:in the diagram of figure 2 provides the possibility of structural optimization of both the Q factor of Q, and its sensitivity. Indeed, in the case under consideration, the Q factor:
а ее коэффициенты чувствительности:and its sensitivity factors:
При этом частота квазирезонанса (2) и ее параметрическая чувствительность сохраняются неизменными.In this case, the frequency of quasi-resonance (2) and its parametric sensitivity remain unchanged.
Как видно из чертежа фиг.3, на котором показана практическая реализация схемы фиг.2, сформулированные выше условия легко реализуются на базе входного преобразователя «напряжение-ток» 16 (дифференциального каскада), обеспечивающего преобразование входного напряжения uвх во входной ток uy iвх.1, а также токового зеркала 6 на базе многоэмиттерного транзистора 17 и p-n перехода 18, который при С12=С8 обеспечивает реализацию условия (3) и дополнительного усилителя тока 13, выполненного на базе биполярного транзистора 19.As seen from the figure 3, which shows a practical implementation of the
Данные теоретические выводы подтверждают графики фиг.5, фиг.6.These theoretical conclusions confirm the graphs of Fig.5, Fig.6.
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., K.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, S.Scheytt. // Problems of development of 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 7.679.445.3. Patent US 7.679.445.
4. Патент US 6.734.737, fig.7.4. Patent US 6.734.737, fig. 7.
5. Патент US 4.600.893, fig.6.5. Patent US 4,600,893, fig. 6.
6. Патент US 6.448.853, fig.5.6. Patent US 6.448.853, fig. 5.
7. Патент US 4.406.990, fig.2, fig.3.7. Patent US 4,406,990, fig. 2, fig. 3.
8. Патент US 3.440.448.8. Patent US 3.440.448.
9. Патентная заявка US 2002/0196079, fig.1.9. Patent application US 2002/0196079, fig. 1.
10. Патент US 5.091.701, fig.1.10. Patent US 5.091.701, fig. 1.
11. Патент US 6.448.853, fig.5.11. Patent US 6.448.853, fig. 5.
12. Патент US 7.560.987, fig.15.6.12. Patent US 7.560.987, fig.15.6.
13. Патент US 3.644.838.13. Patent US 3.644.838.
14. Патент US 4.649.352, fig.1.14. Patent US 4.649.352, fig. 1.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012100520/08A RU2475939C1 (en) | 2012-01-10 | 2012-01-10 | Selective amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012100520/08A RU2475939C1 (en) | 2012-01-10 | 2012-01-10 | Selective amplifier |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2475939C1 true RU2475939C1 (en) | 2013-02-20 |
Family
ID=49121178
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012100520/08A RU2475939C1 (en) | 2012-01-10 | 2012-01-10 | Selective amplifier |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2475939C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU262984A1 (en) * | Закавказский филиал Экспериментального научно исследоватйл ского | FREQUENCY ELECTOR AMPLIFIER | ||
SU832703A1 (en) * | 1978-07-17 | 1981-05-23 | Рязанский Радиотехнический Инсти-Тут | Selective amplifier |
WO1990013175A1 (en) * | 1989-04-21 | 1990-11-01 | N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken | Tunable resonance amplifier |
RU75114U1 (en) * | 2008-03-17 | 2008-07-20 | Владимир Павлович Хилов | RESONANT AMPLIFIER |
US7679445B2 (en) * | 2008-02-01 | 2010-03-16 | Analog Devices, Inc. | Independent dominant pole compensation of two loops using one compensating element |
-
2012
- 2012-01-10 RU RU2012100520/08A patent/RU2475939C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU262984A1 (en) * | Закавказский филиал Экспериментального научно исследоватйл ского | FREQUENCY ELECTOR AMPLIFIER | ||
SU832703A1 (en) * | 1978-07-17 | 1981-05-23 | Рязанский Радиотехнический Инсти-Тут | Selective amplifier |
WO1990013175A1 (en) * | 1989-04-21 | 1990-11-01 | N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken | Tunable resonance amplifier |
US7679445B2 (en) * | 2008-02-01 | 2010-03-16 | Analog Devices, Inc. | Independent dominant pole compensation of two loops using one compensating element |
RU75114U1 (en) * | 2008-03-17 | 2008-07-20 | Владимир Павлович Хилов | RESONANT AMPLIFIER |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2479112C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2467470C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2475939C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2467469C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2488955C1 (en) | Non-inverting current amplifier-based selective amplifier | |
RU2475943C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2480896C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2485673C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2469462C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2467471C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2479108C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2468506C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2475938C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2488953C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2465718C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2468505C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2463702C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2480895C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2485674C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2469464C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2474040C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2475947C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2543298C2 (en) | Controlled selective amplifier | |
RU2475948C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2475944C1 (en) | Selective amplifier |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140111 |