RU2475948C1 - Selective amplifier - Google Patents
Selective amplifier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2475948C1 RU2475948C1 RU2012104804/08A RU2012104804A RU2475948C1 RU 2475948 C1 RU2475948 C1 RU 2475948C1 RU 2012104804/08 A RU2012104804/08 A RU 2012104804/08A RU 2012104804 A RU2012104804 A RU 2012104804A RU 2475948 C1 RU2475948 C1 RU 2475948C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transistor
- emitter
- collector
- source
- input
- 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 транзисторов, образующих операционный усилитель СВЧ-диапазона [1, 2]. В этой связи достаточно актуальной является задача построения узкоспециализированных СВЧ 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 problems 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 transistors forming an operational amplifier of the microwave range [1, 2]. In this regard, the task of constructing highly specialized microwave selective amplifiers on three to four transistors, providing 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, is quite relevant.
Известны схемы каскодных избирательных усилителей (ИУ) с выходным эмиттерным повторителем [3-7], 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 cascode selective amplifiers (DUTs) with an output emitter follower [3-7], which provide the formation of the amplitude-frequency characteristics of the voltage gain (AFC) in a given frequency range Δf = -f to -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 ES 2.079.397 fig.9. Он содержит первый 1 входной транзистор, эмиттер которого через первый 2 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 3 шиной источника питания, база подключена к первому 4 источнику дополнительного напряжения, а коллектор связан с эмиттером согласующего транзистора 5, второй источник дополнительного напряжения 6, соединенный с базой согласующего транзистора 5, выходной транзистор 7, коллектор которого связан со второй 8 шиной источника питания, эмиттер соединен с потенциальным выходом устройства 9, а база соединена с коллектором согласующего транзистора 5 и через первый вспомогательный резистор 10 связана со второй 8 шиной источника питания, второй 11 токостабилизирующий двухполюсник, связанный с потенциальным выходом устройства 9, источник входного напряжения 12.The closest prototype of the claimed device is a selective amplifier, presented in patent ES 2.079.397 fig.9. It contains the first 1 input transistor, the emitter of which is connected through the first 2 current-stabilizing bipolar to the first 3 bus of the power supply, the base is connected to the first 4 additional voltage source, and the collector is connected to the emitter of the
Существенный недостаток известного устройства состоит в том, что он не обеспечивает высокую добротность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и коэффициент усиления по напряжению K0>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 to implement a high-quality microwave device with f 0 = 1 ÷ 5 GHz.
Поставленная задача решается тем, что в избирательном усилителе фиг.1, содержащем первый 1 входной транзистор, эмиттер которого через первый 2 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 3 шиной источника питания, база подключена к первому 4 источнику дополнительного напряжения, а коллектор связан с эмиттером согласующего транзистора 5, второй источник дополнительного напряжения 6, соединенный с базой согласующего транзистора 5, выходной транзистор 7, коллектор которого связан со второй 8 шиной источника питания, эмиттер соединен с потенциальным выходом устройства 9, а база соединена с коллектором согласующего транзистора 5 и через первый вспомогательный резистор 10 связана со второй 8 шиной источника питания, второй 11 токостабилизирующий двухполюсник, связанный с потенциальным выходом устройства 9, источник входного напряжения 12, предусмотрены новые элементы и связи - источник входного напряжения 12 связан с коллектором первого 1 входного транзистора через первый 13 частотозадающий конденсатор, общий узел потенциального выхода 9 и второго 11 источника опорного тока связан с эмиттером первого 1 входного транзистора через второй 14 частотозадающий конденсатор.The problem is solved in that in the selective amplifier of figure 1, containing the first 1 input transistor, the emitter of which is connected through the first 2 current-stabilizing bipolar to the first 3 bus of the power supply, the base is connected to the first 4 additional voltage source, and the collector is connected to the emitter of the
Схема избирательного усилителя-прототипа показана на фиг.1. На фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 формулы изобретения.A diagram of a selective prototype amplifier is shown in FIG. Figure 2 presents a diagram of the inventive device in accordance with
На фиг.3 показана схема ИУ фиг.2 в соответствии с п.2 формулы изобретения.Figure 3 shows a diagram of the DUT of figure 2 in accordance with
На фиг.4 приведена схема заявляемого ИУ фиг.3 в среде Cadence на моделях SiGe интегральных транзисторов.Figure 4 shows a diagram of the inventive DUT of figure 3 in a Cadence environment on SiGe models of integrated transistors.
На фиг.5 показана зависимость коэффициента усиления по напряжению от частоты ИУ фиг.4 в крупном масштабе, а на фиг.6 - частотная зависимость коэффициент усиления ИУ фиг.4 в более мелком масштабе.In Fig.5 shows the dependence of the voltage gain on the frequency of the DUT of Fig.4 on a large scale, and Fig.6 is the frequency dependence of the gain of the DUT of Fig.4 on a smaller scale.
Избирательный усилитель фиг.2 содержит первый 1 входной транзистор, эмиттер которого через первый 2 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 3 шиной источника питания, база подключена к первому 4 источнику дополнительного напряжения, а коллектор связан с эмиттером согласующего транзистора 5, второй источник дополнительного напряжения 6, соединенный с базой согласующего транзистора 5, выходной транзистор 7, коллектор которого связан со второй 8 шиной источника питания, эмиттер соединен с потенциальным выходом устройства 9, а база соединена с коллектором согласующего транзистора 5 и через первый вспомогательный резистор 10 связана со второй 8 шиной источника питания, второй 11 токостабилизирующий двухполюсник, связанный с потенциальным выходом устройства 9, источник входного напряжения 12. Источник входного напряжения 12 связан с коллектором первого 1 входного транзистора через первый 13 частотозадающий конденсатор, общий узел потенциального выхода 9 и второго 11 источника опорного тока связан с эмиттером первого 1 входного транзистора через второй 14 частотозадающий конденсатор.The selective amplifier of Fig. 2 contains a first 1 input transistor, the emitter of which is connected through the first 2 current-stabilizing bipolar to the first 3 bus of the power supply, the base is connected to the first 4 additional voltage source, and the collector is connected to the emitter of the
На фиг.3, в соответствии с п.2 формулы изобретения, коллектор первого 1 входного транзистора связан с эмиттером согласующего транзистора 5 через первый 15 дополнительный резистор, а эмиттер выходного транзистора 7 связан с потенциальным выходом устройства 9 через второй 16 дополнительный резистор.In Fig. 3, in accordance with
Рассмотрим работу ИУ фиг.3.Consider the operation of the
Источник входного сигнала 12 (uвх) посредством дифференцирующей входной цепи (первый 15 дополнительный резистор и первый 13 частотозадающий конденсатор) изменяет эмиттерный ток согласующего транзистора 5. Пропорциональность преобразования этого тока в его коллекторное напряжение, обусловленная сопротивлением первого 10 вспомогательного резистора, изменяет выходное напряжение ИУ (выход 9) по интегрирующему закону, который реализуется выходной RC-цепью (второй 16 дополнительный резистор и второй 14 частотозадающий конденсатор). Именно поэтому форма АЧХ и ФЧХ схемы фиг.3 соответствует избирательной цепи, частота квазирезонанса (f0) которой определяется соотношением постоянных времени входной (R15, C13) и выходной (R16, С14) RC-цепями. Передача части выходного сигнала посредством преобразования выходного напряжения ИУ через конденсатор С14 в эмиттерный ток первого 1 входного транзистора в коллекторную цепь согласующего транзистора 5 обеспечивает реализацию контура комплексной обратной связи. В силу того, что входная цепь ИУ (первый 13 частотозадающий конденсатор и первый 15 дополнительный резистор) в этом контуре выполняет функции интегрирующей RC-цепи, а интегрирующая цепь тракта передачи входного сигнала (С14, R16) функции дифференцирующего преобразования сигнала обратной связи, вид АЧХ и ФЧХ возвратного отношения ИУ соответствует характеристикам полосно-пропускающего типа. Именно поэтому действие контура обратной связи направлено на увеличение добротности Q и коэффициента усиления ИУ на частоте его квазирезонанса f0, которая не зависит от глубины этой обратной связи. Таким образом, с ростом частоты ток эмиттера транзистора 1 увеличивается, а при f>f0 напряжение его коллектора (в силу влияния емкости конденсатора C13 уменьшается. При f<f0 происходит обратное явление. Таким образом, в указанных частотных диапазонах обратная связь не вещественна и приближается к реактивной, а глубина вещественной обратной связи (f=f0) непосредственно определяется коэффициентом преобразования тока коллектора согласующего транзистора 5 в его коллекторное напряжение.The input signal source 12 (u I ) through a differentiating input circuit (the first 15 additional resistor and the first 13 frequency-setting capacitor) changes the emitter current of the
Покажем аналитически, что более высокие значения K0 и Q в рабочем диапазоне частот реализуются в схеме фиг.3.Let us show analytically that higher values of K 0 and Q in the operating frequency range are implemented in the scheme of figure 3.
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
τ1=C13(R15+h11.5); τ2=C14(R16+h11.7+h11.1)τ 1 = C 13 (R 15 + h 11.5 ); τ 2 = C 14 (R 16 + h 11.7 + h 11.1 )
αi - коэффициент передачи по току эмиттера транзистора i-го транзистора.α i - current transfer coefficient of the emitter of the transistor of the i-th transistor.
Таким образом, численные значения сопротивлений R10 и R16 независимо от соотношения постоянных времени τ1 и τ2, т.е. от f0, обеспечивают необходимые значения добротности Q и коэффициента усиления K0.Thus, the numerical values of the resistances R 10 and R 16 regardless of the ratio of time constants τ 1 and τ 2 , i.e. from f 0 provide the necessary values of the quality factor Q and the gain K 0 .
Важнейшим свойством предлагаемой схемы является возможность параметрической оптимизации динамического диапазона, требующего равенства τ1=τ2 при относительно большой добротности. Как видно из (4) и (3), при С14=С13, R15=R16 The most important property of the proposed scheme is the possibility of parametric optimization of the dynamic range, which requires the equality τ 1 = τ 2 at a relatively high quality factor. As can be seen from (4) and (3), when C 14 = C 13 , R 15 = R 16
При этом ее коэффициенты чувствительности:At the same time, its sensitivity coefficients:
В то же время частота квазирезонанса (2) и ее параметрическая чувствительность сохраняются неизменными.At the same time, the frequency of quasi-resonance (2) and its parametric sensitivity remain unchanged.
Как видно из чертежа фиг.4, на котором показана практическая реализация схемы фиг.2, сформулированные выше условия легко реализуются выбором соотношения между R15, R16 и h11.7, h11.1 посредством токов режимных источников тока.As can be seen from the drawing of Fig. 4, which shows the practical implementation of the circuit of Fig. 2, the conditions formulated above are easily realized by choosing the ratio between R 15 , R 16 and h 11.7 , h 11.1 by means of current mode current sources.
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.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКBIBLIOGRAPHIC LIST
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 NN, Budyakov AS, K. Schmalz, C.Scheytt // Problems of developing promising micro- and nanoelectronic systems. - 2010. Proceedings / under the total. ed. Academician of the Russian Academy of Sciences A.L. Stempkovsky. - M .: IPPM RAS, 2010. - P.583-586.
3. Патент ES 2.079.397, fig.9.3. ES patent 2.079.397, fig. 9.
4. Патентная заявка US 2010/0283543, fig.1.4. Patent application US 2010/0283543, fig. 1.
5. Патентная заявка US 2010/0283542, fig.2.5. Patent application US 2010/0283542, fig.2.
6. Патент US 7.633.344, fig.1.6. Patent US 7.633.344, fig. 1.
7. Ежков Ю.А. «Справочник по схемотехнике усилителей», М.: ИП «Радиософт», 2002 г., стр.113, рис.6.18.7. Ezhkov Yu.A. “Handbook of amplifier circuitry”, M .: IP “Radiosoft”, 2002, p. 113, Fig. 6.18.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012104804/08A RU2475948C1 (en) | 2012-02-10 | 2012-02-10 | Selective amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012104804/08A RU2475948C1 (en) | 2012-02-10 | 2012-02-10 | Selective amplifier |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2475948C1 true RU2475948C1 (en) | 2013-02-20 |
Family
ID=49121187
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012104804/08A RU2475948C1 (en) | 2012-02-10 | 2012-02-10 | Selective amplifier |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2475948C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ES2079397T3 (en) * | 1989-06-09 | 1996-01-16 | Telefunken Microelectron | DISPOSITION OF A CIRCUIT FOR THE CONVERSION OF FREQUENCIES. |
EP0818880B1 (en) * | 1996-07-11 | 2005-05-18 | Nokia Corporation | Gain control circuit for a linear power amplifier |
RU2421880C1 (en) * | 2010-05-13 | 2011-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Broadband amplifier |
RU2432669C1 (en) * | 2010-10-15 | 2011-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Broadband amplifier |
-
2012
- 2012-02-10 RU RU2012104804/08A patent/RU2475948C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ES2079397T3 (en) * | 1989-06-09 | 1996-01-16 | Telefunken Microelectron | DISPOSITION OF A CIRCUIT FOR THE CONVERSION OF FREQUENCIES. |
EP0818880B1 (en) * | 1996-07-11 | 2005-05-18 | Nokia Corporation | Gain control circuit for a linear power amplifier |
RU2421880C1 (en) * | 2010-05-13 | 2011-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Broadband amplifier |
RU2432669C1 (en) * | 2010-10-15 | 2011-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Broadband amplifier |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2479112C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2467470C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2475948C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2467469C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2475943C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2467471C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2488955C1 (en) | Non-inverting current amplifier-based selective amplifier | |
RU2474040C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2469462C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2480895C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2475947C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2479106C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2485674C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2469464C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2480896C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2475938C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2488953C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2475944C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2479108C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2468501C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2480894C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2468506C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2475939C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2463702C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2468499C1 (en) | Selective amplifier |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140211 |