RU2480894C1 - Selective amplifier - Google Patents
Selective amplifier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2480894C1 RU2480894C1 RU2012102650/08A RU2012102650A RU2480894C1 RU 2480894 C1 RU2480894 C1 RU 2480894C1 RU 2012102650/08 A RU2012102650/08 A RU 2012102650/08A RU 2012102650 A RU2012102650 A RU 2012102650A RU 2480894 C1 RU2480894 C1 RU 2480894C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- bus
- input
- collector
- transistor
- 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 SiGe 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, universal transistors forming an operational amplifier of the microwave range [1, 2]. In this regard, the task of constructing microwave highly specialized selective amplifiers based on SiGe transistors, providing the selection of the signal spectrum with a sufficiently high Q factor of the resonance characteristic Q = 2 ÷ 10 and f 0 = 1 ÷ 5 GHz, is quite relevant.
Известны схемы избирательных усилителей (ИУ) на основе так называемых усилителей тока Гильберта [3-14], которые обеспечивают формирование амплитудно-частотной характеристики коэффициента усиления по напряжению (АЧХ) в заданном диапазоне частот ∆f=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 of selective amplifiers (DUTs) based on the so-called Hilbert current amplifiers [3-14], which provide the formation of the amplitude-frequency characteristics of the voltage gain (AFC) in a given frequency range ∆f = 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 №3.760.194, fig.2. Он содержит первый 1 и второй 2 входные транзисторы, базы которых связаны с источником вспомогательного напряжения 3, а эмиттеры через соответствующие первый 4 и второй 5 источники опорного тока связаны с первой 6 шиной источника питания, третий 7 и четвертый 8 входные транзисторы, эмиттеры которых объединены и через третий 9 источник опорного тока связаны с первой 6 шиной источника питания, причем коллектор второго 2 входного транзистора соединен с коллектором третьего 7 входного транзистора и через первый частотозадающий резистор 10 связан со второй 11 шиной источника питания, а коллектор первого 1 входного транзистора соединен с коллектором четвертого 8 входного транзистора и связан со второй 11 шиной источника питания.The closest prototype of the claimed device is a selective amplifier, presented in US patent No. 3.760.194, fig.2. It contains the first 1 and second 2 input transistors, the bases of which are connected to the
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 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 и второй 2 входные транзисторы, базы которых связаны с источником вспомогательного напряжения 3, а эмиттеры через соответствующие первый 4 и второй 5 источники опорного тока связаны с первой 6 шиной источника питания, третий 7 и четвертый 8 входные транзисторы, эмиттеры которых объединены и через третий 9 источник опорного тока связаны с первой 6 шиной источника питания, причем коллектор второго 2 входного транзистора соединен с коллектором третьего 7 входного транзистора и через первый частотозадающий резистор 10 связан со второй 11 шиной источника питания, а коллектор первого 1 входного транзистора соединен с коллектором четвертого 8 входного транзистора и связан со второй 11 шиной источника питания, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введен дополнительный транзистор 12, эмиттерно-базовый переход которого включен параллельно эмиттерно-базовому переходу второго 2 транзистора, а коллектор связан с потенциальным выходом устройства 13 и через резистор нагрузки 14 подключен ко второй 11 шине источника питания, причем токовый вход устройства 15 соединен с коллектором второго 2 входного транзистора и через последовательно соединенные первый 16 и второй 17 частотозадающие конденсаторы связан по переменному току с общей шиной источника питания, а общий узел последовательно соединенных первого 16 и второго 17 частотозадающих конденсаторов связан с эмиттером второго 2 входного транзистора через второй 18 частотозадающий резистор.The problem is solved in that in the selective amplifier of figure 1, containing the first 1 and second 2 input transistors, the bases of which are connected to the
Схема усилителя-прототипа показана на чертеже фиг.1. На чертеже 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 the drawing of figure 1. The drawing of figure 2 presents a diagram of the inventive device in accordance with
На чертеже фиг.3 приведена схема заявляемого ИУ фиг.2 в среде Cadence на моделях SiGe транзисторов.The drawing of figure 3 shows a diagram of the inventive DUT of figure 2 in a Cadence environment on models of SiGe transistors.
На чертеже фиг.4 показана зависимость коэффициента усиления по напряжению и фазового сдвига от частоты ИУ фиг.3 в крупном масштабе, а на чертеже фиг.5 - частотная зависимость коэффициента усиления ИУ фиг.3 в более мелком масштабе.The drawing of FIG. 4 shows the dependence of the voltage gain and phase shift on the frequency of the DUT of FIG. 3 on a large scale, and the drawing of FIG. 5 shows the frequency dependence of the gain of the DUT of FIG. 3 on a smaller scale.
Избирательный усилитель фиг.2 содержит первый 1 и второй 2 входные транзисторы, базы которых связаны с источником вспомогательного напряжения 3, а эмиттеры через соответствующие первый 4 и второй 5 источники опорного тока связаны с первой 6 шиной источника питания, третий 7 и четвертый 8 входные транзисторы, эмиттеры которых объединены и через третий 9 источник опорного тока связаны с первой 6 шиной источника питания, причем коллектор второго 2 входного транзистора соединен с коллектором третьего 7 входного транзистора и через первый частотозадающий резистор 10 связан со второй 11 шиной источника питания, а коллектор первого 1 входного транзистора соединен с коллектором четвертого 8 входного транзистора и связан со второй 11 шиной источника питания. В схему введен дополнительный транзистор 12, эмиттерно-базовый переход которого включен параллельно эмиттерно-базовому переходу второго 2 транзистора, а коллектор связан с потенциальным выходом устройства 13 и через резистор нагрузки 14 подключен ко второй 11 шине источника питания, причем токовый вход устройства 15 соединен с коллектором второго 2 входного транзистора и через последовательно соединенные первый 16 и второй 17 частотозадающие конденсаторы связан по переменному току с общей шиной источника питания, а общий узел последовательно соединенных первого 16 и второго 17 частотозадающих конденсаторов связан с эмиттером второго 2 входного транзистора через второй 18 частотозадающий резистор.The selective amplifier of figure 2 contains the first 1 and second 2 input transistors, the bases of which are connected to the
Кроме этого, на чертеже фиг.2 в соответствии с п.2 формулы изобретения коллекторы первого 1 и четвертого 8 входных транзисторов связаны со второй 11 шиной источника питания через цепь согласования потенциалов 19.In addition, in the drawing of FIG. 2, in accordance with
Рассмотрим работу ИУ фиг.2.Consider the operation of the DUT figure 2.
Источник входного тока Bx.i1 изменяет токи частотозадающего четырехполюсника, образованного резисторами 10, 18 и конденсаторами 16 и 17. Причем ток резистора 18 обеспечивает частотную зависимость полосно-пропускающего типа. Таким образом, эмиттерный ток транзистора 12 по сравнению с входным током ИУ имеет аналогичные АЧХ и ФЧХ и, следовательно, выходное напряжение ИУ, образованное падением напряжения его коллекторного тока на резисторе 14, обеспечивает резонансный вид частотных характеристик. Взаимодействие резистора 18 указанного выше четырехполюсника с эмиттером транзистора 2 и базой транзистора 8 обеспечивает реализацию контура регенеративной обратной связи. Глубина этой связи определяется соотношением тока резистора 18 и суммарного тока коллектора транзисторов 2 и 7. Передача части указанного тока через относительно высокоомную базовую цепь транзистора 8, его эмиттерную цепь и эмиттерную цепь транзистора 7 в силу дополнительного эмиттерного перехода первого 1 транзистора позволяет увеличить глубину этой обратной связи. Учитывая, что конденсаторы 16 и 17 образуют для указанного контура делитель тока в области нижних (f<f0) и верхних (f>f0) частот и ее реактивный характер, глубина этой обратной связи оказывается вещественной только на частоте квазирезонанса (f0) ИУ. Таким образом, действие вводимой в схему обратной связи направлено на увеличение ее добротности Q и коэффициента передачи K0 при f=f0. Именно поэтому взаимодействие базовой цепи транзистора 8, эмиттерных цепей транзисторов 7 и 8 и коллектора транзистора 7 со входом частотозадающего четырехполюсника (резисторы 10, 18 и конденсаторы 16, 17) обеспечивает реализацию высокой добротности и коэффициента усиления схемы.The input current source Bx.i 1 changes the currents of the frequency-setting quadrupole formed by
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 - gain of the DUT at a frequency f 0 ,
Q - добротность амплитудно-частотной характеристики ИУ,Q is the quality factor of the amplitude-frequency characteristic of the DUT,
αi - коэффициент передачи по току эмиттера i-го транзистора,α i - current transfer coefficient of the emitter of the i-th transistor,
I9, I5 - токи источников тока 5 и 9.I 9 , I 5 - currents of
Таким образом, численные значения токов I5 и I9 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 currents I 5 and I 9 provide the necessary (required) values of the Q factor Q and gain K 0 of the DUT with a constant (unchanged) value of its quasi-resonance frequency f 0 (2).
Важнейшим свойством предлагаемой схемы является возможность параметрической оптимизации ее элементной чувствительности при относительно большой добротности. Как видно из (4), при C16=C17 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), when C 16 = C 17 and the condition
в схеме фиг.2 обеспечивается возможность структурной оптимизации как добротности Q, так и ее чувствительности. Действительно, в рассматривающем 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.
При практической реализации схемы фиг.2 сформулированные выше условия легко реализуются на базе различных модификаций входных преобразователей «напряжение-ток», обеспечивающих преобразование входного напряжения uвх во входной ток iвх.1 ИУ. В схеме фиг.3 этот преобразователь реализован на транзисторах Q10, Q9.In the practical implementation of the circuit of Fig. 2, the conditions formulated above are easily realized on the basis of various modifications of the input voltage-current converters, which provide the conversion of the input voltage u in to the input current i in 1 of the DUT. In the circuit of FIG. 3, this converter is implemented on transistors Q 10 , Q 9 .
Данные теоретические выводы подтверждают графики фиг.4, фиг.5. 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.These theoretical conclusions confirm the graphs of figure 4, figure 5. 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, S.Scheytt // Problems of developing promising micro- and nanoelectronic systems - 2010. Proceedings / under the general. ed. Academician of the Russian Academy of Sciences A.L. Stempkovsky. - M .: IPPM RAS, 2010. - P.583-586.
3. Патент US 4.277.7563. Patent US 4.277.756
4. Патент US 5.973.5624. Patent US 5.973.562
5. Патент US 4.528.5175. Patent US 4,528.517
6. Патент US 4.147.9436. Patent US 4.147.943
7. Патент Англии 20134447. Patent of England 2013444
8. Патент Франции 251142178. French Patent 25114217
9. Патент ФРГ 25033849. The patent of Germany 2503384
10. Патент US 4.048.57710. Patent US 4.048.577
11. Патент RU 1.769.34511. Patent RU 1.769.345
12. Патент US 4.340.86612. Patent US 4.340.866
13. Патент ЕР 0.058.44813. Patent EP 0.058.448
14. Патент US 4.887.04714. Patent US 4.887.047
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012102650/08A RU2480894C1 (en) | 2012-01-25 | 2012-01-25 | Selective amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012102650/08A RU2480894C1 (en) | 2012-01-25 | 2012-01-25 | Selective amplifier |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2480894C1 true RU2480894C1 (en) | 2013-04-27 |
Family
ID=49153284
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012102650/08A RU2480894C1 (en) | 2012-01-25 | 2012-01-25 | Selective amplifier |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2480894C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4277756A (en) * | 1978-01-31 | 1981-07-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Amplifier circuit arrangement for aperiodic signals |
EP0058448B1 (en) * | 1981-02-12 | 1986-01-08 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Transconductance amplifier |
RU2421879C1 (en) * | 2010-05-11 | 2011-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Differential amplifier with high-frequency compensation |
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
- 2012-01-25 RU RU2012102650/08A patent/RU2480894C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4277756A (en) * | 1978-01-31 | 1981-07-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Amplifier circuit arrangement for aperiodic signals |
EP0058448B1 (en) * | 1981-02-12 | 1986-01-08 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Transconductance amplifier |
RU2421879C1 (en) * | 2010-05-11 | 2011-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Differential amplifier with high-frequency compensation |
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 |
---|---|---|
RU2467470C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2479112C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2480894C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2467469C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2488955C1 (en) | Non-inverting current amplifier-based selective amplifier | |
RU2469462C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2480896C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2469466C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2485674C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2474040C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2480895C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2475947C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2479109C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2475943C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2468506C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2475938C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2475948C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2475939C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2479107C1 (en) | Selective amplifier with paraphase output | |
RU2475944C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2485673C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2479115C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2465718C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2468505C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2479116C1 (en) | Selective amplifier |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140126 |