RU2517698C1 - Broadband attenuator for high-speed analogue and analogue-digital interfaces - Google Patents
Broadband attenuator for high-speed analogue and analogue-digital interfaces Download PDFInfo
- Publication number
- RU2517698C1 RU2517698C1 RU2013114509/08A RU2013114509A RU2517698C1 RU 2517698 C1 RU2517698 C1 RU 2517698C1 RU 2013114509/08 A RU2013114509/08 A RU 2013114509/08A RU 2013114509 A RU2013114509 A RU 2013114509A RU 2517698 C1 RU2517698 C1 RU 2517698C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- current
- inverting
- common bus
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Networks Using Active Elements (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники, электротехники, радиотехники, связи и может использоваться в структуре различных интерфейсов, измерительных приборах, быстродействующих аналого-цифровых (АЦП) и цифроаналоговых (ЦАП) преобразователях.The present invention relates to the field of measurement technology, electrical engineering, radio engineering, communications and can be used in the structure of various interfaces, measuring instruments, high-speed analog-to-digital (ADC) and digital-to-analog (DAC) converters.
В устройствах информационно-измерительной техники, связи, автоматики и радиотехники широкое применение находят резистивные делители напряжения - аттенюаторы (AT), обеспечивающие заданное деление (ослабление) входного напряжения (uвх) [1-16]. С повышением частоты uвх в таких аттенюаторах возникают существенные погрешности передачи сигнала, обусловленные влиянием паразитного конденсатора Со цепи нагрузки, которая образуется, например, в параллельных АЦП входной емкостью компаратора. Снижение этих погрешностей - одна из проблем современной информационно-измерительной техники, которая решается сегодня как за счет схемотехники AT, так и за счет конструктивных особенностей входных цепей (например, специальных «щупов» СВЧ-вольтметров, осциллографов, антенных систем радиоприемников и т.п.).The device information and measuring equipment, communications, automation and radio are widely used resistive voltage dividers - attenuator (AT), providing a predetermined division (weakening) of the input voltage (u Rin) [1-16]. With an increase in the frequency u in in such attenuators, significant signal transmission errors arise due to the influence of the parasitic capacitor Co of the load circuit, which is formed, for example, in the parallel ADC by the input capacitance of the comparator. The reduction of these errors is one of the problems of modern information-measuring equipment, which is solved today both due to the AT circuitry and due to the design features of the input circuits (for example, special “probes” of microwave voltmeters, oscilloscopes, antenna systems for radio receivers, etc. .).
В связи с достаточно широким применением резистивных аттенюаторов в различных областях техники они присутствуют в различных классах (МПК H03H 7/24, A61B, G01R 31/02, H01P 1/22, H03K 5/08, H03L 5/00, G01R 27/00, G05F 3/00, H01H 47/00, H03G 3/20).Due to the widespread use of resistive attenuators in various fields of technology, they are present in various classes (IPC
Предполагаемое схемотехническое решение относится к подклассу аттенюаторов, в которых коэффициент передачи может изменяться в широких пределах за счет изменения сопротивлений резисторов, образующих его структуру. Такие задачи характерны при проектировании цифроуправляемых аттенюаторов [патенты US 4.837.530, US 4.839.611 fig.2, US 7.477.085, ЕР 2.337.219 fig. 2] и параллельных АЦП [патенты US 8.076.995 fig. 1,2, 7.394.420 fig.2, 7.253.700 fig. 1, 5.231.399 fig.2, 6.437.724, патентные заявки US 2007/0176664 fig. 5, 2008/0036536 fig. 43, патенты US 5.307.067 fig.3, 7.248.192 fig.5].The proposed circuit solution relates to a subclass of attenuators in which the transmission coefficient can vary widely due to changes in the resistances of the resistors forming its structure. Such tasks are typical in the design of digital-controlled attenuators [patents US 4.837.530, US 4.839.611 fig.2, US 7.477.085, EP 2.337.219 fig. 2] and parallel ADC [patents US 8.076.995 fig. 1,2, 7.394.420 fig. 2, 7.253.700 fig. 1, 5.231.399 fig. 2, 6.437.724, patent applications US 2007/0176664 fig. 5, 2008/0036536 fig. 43, US patents 5.307.067 fig.3, 7.248.192 fig.5].
Ближайшим прототипом заявляемого устройства является резистивный делитель напряжения фиг.1, представленный в патентной заявке US 2012/0086528 fig. 8 В. Он имеет вход 1 и выход 2 устройства, между которыми включен первый резистор 3, источник входного напряжения 4, включенный по переменному току между общей шиной 5 и входом устройства 1, второй резистор 6, включенный по переменному току между выходом устройства 2 и общей шиной 5, эквивалентная емкость нагрузки 7, включенная по переменному току между выходом устройства 2 и общей шиной 5.The closest prototype of the claimed device is the resistive voltage divider of figure 1, presented in patent application US 2012/0086528 fig. 8 V. It has an
Существенный недостаток аттенюатора-прототипа фиг.1 состоит в том, что с повышением частоты входного сигнала его коэффициент передачи существенно уменьшается из-за шунтирующего влияния эквивалентной емкости нагрузки 7. Это ограничивает частотный диапазон аттенюатора и, как следствие, быстродействие, например, параллельных АЦП. Еще более значительные частотные погрешности в аттенюаторе-прототипе возникают при большом изменении сопротивлений его первого 3 и второго 6 резисторов, что на практике осуществляется использованием вместо резистора 6 управляемого по затвору полевого транзистора или цифроуправляемых импедансов.A significant disadvantage of the attenuator prototype of figure 1 is that with increasing frequency of the input signal, its transmission coefficient decreases significantly due to the shunt effect of the
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в существенном расширении диапазона рабочих частот устройства и повышении его быстродействия при работе с импульсными сигналами большой амплитуды. Причем достижение данных качественных показателей обеспечивается в широком диапазоне изменения коэффициентов передачи AT (K0), который определяется отношением K0=R6/(R6+R3). Это является одной из замечательных особенностей предлагаемого устройства, которая расширяет области его применения, например, в широкополосных цифроуправляемых аттенюаторах, R-2R делителей напряжения быстродействующих аналого-цифровых преобразователей и т.п.The main objective of the invention is to significantly expand the range of operating frequencies of the device and increase its speed when working with pulsed signals of large amplitude. Moreover, the achievement of these quality indicators is ensured in a wide range of variation of the transmission coefficients AT (K 0 ), which is determined by the ratio K 0 = R 6 / (R 6 + R 3 ). This is one of the remarkable features of the proposed device, which expands the scope of its application, for example, in broadband digital-controlled attenuators, R-2R voltage dividers of high-speed analog-to-digital converters, etc.
Поставленная задача достигается тем, что в аттенюаторе фиг.1, содержащем вход 1 и выход 2 устройства, между которыми включен первый резистор 3, источник входного напряжения 4, включенный по переменному току между общей шиной 5 и входом устройства 1, второй резистор 6, включенный по переменному току между выходом устройства 2 и общей шиной 5, эквивалентная емкость нагрузки 7, включенная по переменному току между выходом устройства 2 и общей шиной 5, предусмотрены новые элементы и связи - выход устройства 2 связан по переменному току со входом неинвертирующего повторителя напряжения 8 и токовым выходом 9 неинвертирующего повторителя тока 10, причем между выходом неинвертирующего повторителя напряжения 8 и входом неинвертирующего повторителя тока 10 включен двухполюсник цепи коррекции 11.This object is achieved in that in the attenuator of Fig. 1, containing the
На фиг.1 приведена схема аттенюатора-прототипа.Figure 1 shows a diagram of an attenuator prototype.
На фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 и 2 формулы изобретения.Figure 2 presents a diagram of the inventive device in accordance with
На фиг.3 приведена частотная зависимость коэффициента передачи аттенюатора фиг.2 от емкости конденсатора 12 (C12=Ск) при R3=10 кОм, R6=1 кОм, т.е. при K0≈0,1. Эти, а также последующие графики получены в результате моделирования схемы фиг.2 в среде Cadence на моделях интегральных компонентов.Figure 3 shows the frequency dependence of the transfer coefficient of the attenuator of Figure 2 on the capacitance of the capacitor 12 (C 12 = C k ) at R 3 = 10 kOhm, R 6 = 1 kOhm, i.e. at K 0 ≈0.1. These, as well as subsequent graphs, were obtained as a result of modeling the circuit of FIG. 2 in the Cadence environment on models of integrated components.
На фиг.4 показана частотная зависимость коэффициента передачи аттенюатора фиг.2 от емкости конденсатора 12 (C12=Ск) при R3=R6=1 кОм, т.е. при K0=5.Figure 4 shows the frequency dependence of the transfer coefficient of the attenuator of Figure 2 on the capacitance of the capacitor 12 (C 12 = C k ) at R 3 = R 6 = 1 kOhm, i.e. at K 0 = 5.
На фиг.5 представлена частотная зависимость коэффициента передачи аттенюатора фиг.2 от емкости конденсатора 12 (С12=Ск) при R3=1 кОм, R6=100 Ом, т.е. при К0=R6/(R6+R3)=0,09.Figure 5 shows the frequency dependence of the transfer coefficient of the attenuator of Figure 2 on the capacitance of the capacitor 12 (C 12 = C k ) at R3 = 1 kOhm, R 6 = 100 Ohm, i.e. when K 0 = R 6 / (R 6 + R 3 ) = 0.09.
На фиг.6 показана частотная зависимость коэффициента передачи аттенюатора фиг.2 при R6=1 кОм, C12=Ск=l,9 пФ и различных значениях сопротивления резистора R3 (1 кОм, 5 кОм, 10 кОм). Данным номиналам элементов соответствуют К0=0,5; 0,166; 0,09.Figure 6 shows the frequency dependence of the transfer coefficient of the attenuator of figure 2 with R 6 = 1 kΩ, C 12 = C k = l, 9 pF and various values of the resistance of the resistor R3 (1 kΩ, 5 kΩ, 10 kΩ). The given values of the elements correspond to K 0 = 0.5; 0.166; 0.09.
На фиг.7 показана частотная зависимость коэффициента передачи аттенюатора фиг.2 при R6=1 кОм, C12=Ск=2 пФ и различных значениях сопротивления резистора R3 (1 кОм, 5 кОм, 10 кОм). В этом идеальном случае при выходе C12=Ск=2 пФ обеспечивается предельно-возможное расширение частотного диапазона AT независимо от К0.Figure 7 shows the frequency dependence of the transfer coefficient of the attenuator of figure 2 at R 6 = 1 kOhm, C 12 = C k = 2 pF and various values of the resistance of the resistor R3 (1 kOhm, 5 kOhm, 10 kOhm). In this ideal case, with an output of C 12 = C k = 2 pF, the maximum possible extension of the frequency range AT is ensured independently of K 0 .
Широкополосный аттенюатор фиг.2 содержит вход 1 и выход 2 устройства, между которыми включен первый резистор 3, источник входного напряжения 4, включенный по переменному току между общей шиной 5 и входом устройства 1, второй резистор 6, включенный по переменному току между выходом устройства 2 и общей шиной 5, эквивалентная емкость нагрузки 7, включенная по переменному току между выходом устройства 2 и общей шиной 5. Выход устройства 2 связан по переменному току со входом неинвертирующего повторителя напряжения 8 и токовым выходом 9 неинвертирующего повторителя тока 10, причем между выходом неинвертирующего повторителя напряжения 8 и входом неинвертирующего повторителя тока 10 включен двухполюсник цепи коррекции 11.The broadband attenuator of FIG. 2 comprises an
На фиг.2, в соответствии с п.2 формулы изобретения двухполюсник цепи коррекции выполнен в виде конденсатора 12, емкость которого функционально связана с эквивалентной емкостью нагрузки 7.In Fig.2, in accordance with claim 2 of the claims, the two-terminal correction circuit is made in the form of a capacitor 12, the capacitance of which is functionally related to the
Рассмотрим работу устройства фиг.2.Consider the operation of the device of figure 2.
При коэффициенте передачи по напряжению (Ку) неинвертирующего повторителя напряжения 8 Ку=0 и коэффициенте передачи по току (Ki) неинвертирующего повторителя тока 10 Ki1=0 изменение входного напряжения
где τн=R3.6C7,where τ n = R 3.6 C 7 ,
R3.6=R3R6/(R3+R6).R 3.6 = R 3 R 6 / (R 3 + R 6 ).
В схеме фиг.2 при Ky≠0, K1≠0 выходное напряжение устройства
где
В линейном режиме для комплексов входного (
Если обеспечить
В этом идеальном случае сомножитель при τ3.6 в (2) равен нулю и, как следствие, коэффициент передачи аттенюатора становится не зависящим от частоты. Данные выводы подтверждаются моделированием.In this ideal case, the factor at τ 3.6 in (2) is zero and, as a result, the gain of the attenuator becomes frequency-independent. These findings are confirmed by modeling.
Следовательно, в первом приближении при Ку=Ki=1 емкости конденсаторов C12 и C7 должны иметь следующую взаимосвязь: C12≤C7.Therefore, in a first approximation, when K y = K i = 1, the capacitances of the capacitors C 12 and C 7 should have the following relationship: C 12 ≤C 7 .
Таким образом, в схеме фиг.2 создаются условия для существенного расширения малосигнального диапазона рабочих частот, который на практике будет определяться (или ограничиваться) инерционностью неинвертирующего повторителя тока 10 и неинвертирующего повторителя напряжения 8.Thus, in the scheme of figure 2, conditions are created for a significant expansion of the low-signal range of operating frequencies, which in practice will be determined (or limited) by the inertia of the non-inverting current follower 10 and the non-inverting voltage follower 8.
В том случае, если эквивалентная емкость нагрузки 7 не является идеальным конденсатором и содержит, например, последовательно соединенный с емкостью паразитный резистор, то двухполюсник цепи коррекции 11 должен содержать аналогичные элементы.In the event that the
Из графиков фиг.5, в частности, следует, что диапазон рабочих частот предлагаемого аттенюатора (при C7=2 пФ, С12-Ск=1,9 пФ и идеальных повторителе тока 10 и повторителе напряжения 8) расширяется до 2 ГГц, в то время как верхняя граничная частота классического аттенюатора (по уровню -3дБ) имеет значение 100 МГц.From the graphs of figure 5, in particular, it follows that the range of operating frequencies of the proposed attenuator (at C 7 = 2 pF, C 12 -C to = 1.9 pF and ideal current follower 10 and voltage follower 8) is expanded to 2 GHz, while the upper cutoff frequency of the classical attenuator (at -3dB level) has a value of 100 MHz.
Графики фиг.6 показывают, что при изменении сопротивления резистора 3 (R3) в 10 раз верхняя граничная частота коэффициента передачи заявляемого аттенюатора практически не изменяется.The graphs of Fig.6 show that when the resistance of the resistor 3 (R3) is changed 10 times, the upper cutoff frequency of the transmission coefficient of the inventive attenuator is practically unchanged.
Выполненный выше анализ, а также результаты компьютерного моделирования показывают, что в схеме фиг.2 решена одна из проблем современной аналоговой микросхемотехники - расширение частотного диапазона и повышение быстродействия аттенюаторов сигналов, являющихся базовым узлом аналоговых и аналого-цифровых преобразователей.The analysis performed above, as well as the results of computer simulations show that in the circuit of figure 2 one of the problems of modern analog microcircuitry is solved - expanding the frequency range and increasing the speed of signal attenuators, which are the basic unit of analog and analog-to-digital converters.
Библиографический список.Bibliographic list.
1. Патент US 5.867.018.1. Patent US 5.867.018.
2. Патент US 5.363.070, fig. 2а.2. US Pat. No. 5,363,070, fig. 2a.
3. Патент US 4.912.394.3. Patent US 4.912.394.
4. Патент US 8.076.995.4. Patent US 8.076.995.
5. Патент US 4.050.055, fig. 5.5. Patent US 4.050.055, fig. 5.
6. Патент US 4.198.988, fig. 1.6. US Pat. No. 4,198,988, fig. one.
7. Патентная заявка US 2007/0176664, fig. 2.7. Patent application US 2007/0176664, fig. 2.
8. Патент US 4.839.611, fig. 2.8. Patent US 4.839.611, fig. 2.
9. Патент US 4.670.723, fig. 2.9. Patent US 4,670,723, fig. 2.
10. Патент US 4.272.739, fig. 1.10. Patent US 4,272,739, fig. one.
11. Патент JP 10-211-0068595.11. JP patent 10-211-0068595.
12. Патент JP 2010-252241.12. JP patent 2010-252241.
13. Патент ЕР 2337219, fig. 2.13. Patent EP 2337219, fig. 2.
14.Патент ЕР 0753937, fig. 1.14. Patent EP 0753937, fig. one.
15.Патент ЕР 0612982.15.Patent EP 0612982.
16.Патент US 7.477.085, fig. 1.16. Patent US 7.477.085, fig. one.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013114509/08A RU2517698C1 (en) | 2013-04-01 | 2013-04-01 | Broadband attenuator for high-speed analogue and analogue-digital interfaces |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013114509/08A RU2517698C1 (en) | 2013-04-01 | 2013-04-01 | Broadband attenuator for high-speed analogue and analogue-digital interfaces |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2517698C1 true RU2517698C1 (en) | 2014-05-27 |
Family
ID=50779643
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013114509/08A RU2517698C1 (en) | 2013-04-01 | 2013-04-01 | Broadband attenuator for high-speed analogue and analogue-digital interfaces |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2517698C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2074507C1 (en) * | 1992-02-19 | 1997-02-27 | Научно-исследовательский институт измерительных систем | Wide-band high-pass amplifier |
RU2128875C1 (en) * | 1996-07-16 | 1999-04-10 | Научно-исследовательский институт измерительных систем | Controlled multisection two-port |
US7183842B1 (en) * | 2005-05-26 | 2007-02-27 | Yu Hei Sunny Wai | Optimum composite cascode amplifier |
RU2469466C1 (en) * | 2011-10-20 | 2012-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Selective amplifier |
-
2013
- 2013-04-01 RU RU2013114509/08A patent/RU2517698C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2074507C1 (en) * | 1992-02-19 | 1997-02-27 | Научно-исследовательский институт измерительных систем | Wide-band high-pass amplifier |
RU2128875C1 (en) * | 1996-07-16 | 1999-04-10 | Научно-исследовательский институт измерительных систем | Controlled multisection two-port |
US7183842B1 (en) * | 2005-05-26 | 2007-02-27 | Yu Hei Sunny Wai | Optimum composite cascode amplifier |
RU2469466C1 (en) * | 2011-10-20 | 2012-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Selective amplifier |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10027447B2 (en) | Circuits for on-situ differential impedance balance error measurement and correction | |
US10551469B2 (en) | Calibration of inverting amplifier based impedance analyzers | |
US7423480B2 (en) | AC amplifier for precision measurement | |
EP2725368A2 (en) | Impedance source ranging apparatus and method | |
KR20140051054A (en) | Active shunt ammeter apparatus and method | |
CN110082603A (en) | A kind of inductance measurement device based on SERDES technology | |
Slomovitz et al. | Wideband resistive voltage divider for a standard wattmeter | |
RU2517698C1 (en) | Broadband attenuator for high-speed analogue and analogue-digital interfaces | |
CN111431377B (en) | Voltage differential sampling circuit and control circuit of switching converter | |
Volovich | The influence of internal noise on electronic current transformer error | |
Tapashetti et al. | Design and simulation of op amp integrator and its applications | |
RU2536380C1 (en) | High-frequency attenuator | |
Miyazaki et al. | Lock-in amplifier impedance meter using a low-cost microcontroller | |
RU2523951C1 (en) | Wideband differential attenuator | |
Ihlenfeld et al. | A digital quadrature bridge for impedance measurements | |
RU2535180C1 (en) | Differential attenuator with expanded operating frequency range | |
RU2536097C1 (en) | Vibration meter | |
RU2536674C1 (en) | Broadband attenuator with controlled transmission ratio | |
Prokopenko et al. | The methods of the bandwidth enhancement of the flash ADC with the differential input | |
RU2471197C2 (en) | Bridge measuring device for measuring parameters of two-terminal devices | |
RU2530262C1 (en) | Fast-acting attenuator for input circuits of analogue-to-digital interfaces | |
Kurihara et al. | Fundamental design consideration of sampling circuit | |
RU2682924C1 (en) | Low-frequencies filter with galvanic isolation | |
RU2247398C1 (en) | Two-terminal network | |
Prokopenko et al. | The correction circuits for the broadband resistive voltage dividers with the capacitive load |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150402 |