RU2534758C1 - Transresistive amplifier with paraphase input to convert signals of avalanche photodiodes - Google Patents
Transresistive amplifier with paraphase input to convert signals of avalanche photodiodes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2534758C1 RU2534758C1 RU2013116179/07A RU2013116179A RU2534758C1 RU 2534758 C1 RU2534758 C1 RU 2534758C1 RU 2013116179/07 A RU2013116179/07 A RU 2013116179/07A RU 2013116179 A RU2013116179 A RU 2013116179A RU 2534758 C1 RU2534758 C1 RU 2534758C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bus
- current
- collector
- transistor
- input
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в системах обработки оптической информации, датчиках оптических излучений малой интенсивности, измерителях оптических сигналов в физике высоких энергий и т.п.The present invention relates to the field of radio engineering and communication and can be used in optical information processing systems, low-intensity optical radiation sensors, optical signal meters in high-energy physics, etc.
В задачах выделения оптических сигналов сегодня широко используются преобразователи выходных токов лавинных фотодиодов и кремниевых фотоумножителей в выходное напряжение, реализуемые на основе каскадов с низким входным сопротивлением - так называемых трансрезистивных усилителей (ТРУ) [1-10]. Их основной параметр - сопротивление передачи R0, определяет усилительные свойства ТРУ:Converters of the output currents of avalanche photodiodes and silicon photomultipliers to the output voltage, which are realized on the basis of cascades with low input impedance — the so-called transresistive amplifiers (TRUs) [1–10], are widely used today in the problems of isolating optical signals. Their main parameter - transmission resistance R 0 , determines the amplification properties of the TRU:
uвых - iвых-R0,u o - i o - R 0 ,
где iвх, uвых - входной ток и выходное напряжение ТРУ.where i in , u out are the input current and the output voltage of the TRU.
В зависимости от численных значений iвх=iвх.max схема ТРУ должна допускать изменение (по усмотрению разработчика) величины R0 в широких пределах без изменения статического режима активных элементов.Depending on the numerical values of i in = i in . max scheme TRU should allow a change (at the discretion of the developer) of the value of R 0 over a wide range without changing the static mode of the active elements.
Ближайшим прототипом заявляемого устройства является преобразователь сигналов лавинных фотодиодов и кремниевых фотоумножителей, представленный в монографии «Элементная база радиационно-стойких информационно-измерительных систем / Н.Н.Прокопенко, О.В.Дворников, С.Г.Крутчинский; под общ. ред. д.т.н. проф. Н.Н. Прокопенко - Шахты: ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС», 2011. - С.22, рис.1.12». Он содержит первый 1 и второй 2 токовые входы устройства, первый 3 и второй 4 входные транзисторы с объединенными базами, первый 5 и второй 6 вспомогательные транзисторы, базы которых соединены со вспомогательным источником напряжения 7, эмиттеры подключены к шине первого 8 источника питания через соответствующие первый 9 и второй 10 токостабилизирующие двухполюсники, а коллекторы соединены с соответствующими эмиттерами первого 3 и второго 4 входных транзисторов, третий 11 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между шиной второго 12 источника питания и коллектором первого 3 входного транзистора, четвертый 13 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между шиной второго 12 источника питания и коллектором второго 4 входного транзистора, первый 14 выходной транзистор, база которого подключена к коллектору первого 3 входного транзистора, коллектор соединен с шиной второго 12 источника питания, а эмиттер связан с первым 15 выходом устройства и через пятый 16 токостабилизирующий двухполюсник подключен к шине первого 8 источника питания, второй 17 выходной транзистор, база которого подключена к коллектору второго 4 входного транзистора, коллектор соединен с шиной второго 12 источника питания, а эмиттер соединен со вторым 18 выходом устройства и через шестой 19 токостабилизирующий двухполюсник подключен к шине первого 8 источника питания.The closest prototype of the claimed device is a signal converter of avalanche photodiodes and silicon photomultipliers, presented in the monograph "Elemental base of radiation-resistant information-measuring systems / NN Prokopenko, OV Dvornikov, S. G. Krutchinsky; under the general. ed. Doctor of Technical Sciences prof. N.N. Prokopenko - Mines: Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Vocational Education "YURGUES", 2011. - P. 22, Fig. 11.12. " It contains the first 1 and second 2 current inputs of the device, the first 3 and second 4 input transistors with combined bases, the first 5 and second 6 auxiliary transistors, the bases of which are connected to the auxiliary voltage source 7, the emitters are connected to the bus of the first 8 power supply through the corresponding first 9 and second 10 are current-stabilizing two-pole, and the collectors are connected to the corresponding emitters of the first 3 and second 4 input transistors, the third 11 current-stabilizing two-terminal connected between the bus of the second 12 ist power supply and the collector of the first 3 input transistor, the fourth 13 current-stabilizing two-pole connected between the bus of the second 12 power supply and the collector of the second 4 input transistor, the first 14 output transistor, the base of which is connected to the collector of the first 3 input transistor, the collector is connected to the bus of the second 12 source power supply, and the emitter is connected to the first 15 output of the device and through the fifth 16 the current-stabilizing two-terminal device is connected to the bus of the first 8 power supply, the second 17 output transistor, the base of which the second is connected to the collector of the second 4 input transistor, the collector is connected to the bus of the second 12 power supply, and the emitter is connected to the second 18 output of the device and through the sixth 19 the current-stabilizing two-terminal is connected to the bus of the first 8 power supply.
Существенный недостаток известного трансрезистивного усилителя-прототипа состоит в том, что он не обеспечивает широкий диапазон изменения сопротивления передачи Rq. Кроме этого его выходное синфазное напряжение при высокоомных токостабилизирующих двухполюсниках 11 и 13 нестабильно и его уровень существенно отличается от нуля. Данное обстоятельство затрудняет согласование ТРУ с последующим каскадом обработки оптических сигналов.A significant disadvantage of the known transresistive prototype amplifier is that it does not provide a wide range of variation of the transmission resistance Rq. In addition, its output common-mode voltage at high-resistance current-stabilizing two-
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в расширении допустимого диапазона изменения сопротивления передачи R0 трансрезистивного усилителя, которое определяется в заявляемой схеме численными значениями сопротивления вспомогательного резистора 28, не влияющего на статический режим транзисторов схемы.The main objective of the invention is to expand the acceptable range of variation of the transmission resistance R 0 of the transresistive amplifier, which is determined in the claimed circuit by the numerical values of the resistance of the auxiliary resistor 28, which does not affect the static mode of the transistors of the circuit.
Дополнительная задача - введение общей отрицательной обратной связи, обеспечивающей стабилизацию выходного синфазного напряжения ТРУ и его нулевое значение.An additional task is the introduction of a general negative feedback, which ensures stabilization of the output common mode voltage of the TRU and its zero value.
Поставленная задача решается тем, что в трансрезистивном усилителе с парафазным выходом для преобразования сигналов лавинных фотодиодов фиг.1, содержащем первый 1 и второй 2 токовые входы устройства, первый 3 и второй 4 входные транзисторы с объединенными базами, первый 5 и второй 6 вспомогательные транзисторы, базы которых соединены со вспомогательным источником напряжения 7, эмиттеры подключены к шине первого 8 источника питания через соответствующие первый 9 и второй 10 токостабилизирующие двухполюсники, а коллекторы соединены с соответствующими эмиттерами первого 3 и второго 4 входных транзисторов, третий 11 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между шиной второго 12 источника питания и коллектором первого 3 входного транзистора, четвертый 13 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между шиной второго 12 источника питания и коллектором второго 4 входного транзистора, первый 14 выходной транзистор, база которого подключена к коллектору первого 3 входного транзистора, коллектор соединен с шиной второго 12 источника питания, а эмиттер связан с первым 15 выходом устройства и через пятый 16 токостабилизирующий двухполюсник подключен к шине первого 8 источника питания, второй 17 выходной транзистор, база которого подключена к коллектору второго 4 входного транзистора, коллектор соединен с шиной второго 12 источника питания, а эмиттер соединен со вторым 18 выходом устройства и через шестой 19 токостабилизирующий двухполюсник подключен к шине первого 8 источника питания, предусмотрены новые элементы и связи - первый 1 и второй 2 токовые входы устройства подключены к эмиттерам соответствующих первого 3 и второго 4 входных транзисторов, между первым 15 и вторым 18 выходами устройства включены последовательно соединенные первый 20 и второй 21 дополнительные резисторы, общий узел которых соединен с базами первого 3 и второго 4 входных транзисторов, между эмиттерами первого 5 и второго 6 вспомогательных транзисторов включены последовательно соединенные третий 22 и четвертый 23 дополнительные резисторы, общий узел которых связан с коллектором первого 24 дополнительного транзистора, эмиттер которого связан с общей шиной 25 первого 8 и второго 12 источников питания, а база соединена с общим узлом пятого 26 и шестого 27 последовательно соединенных дополнительных резисторов, включенных между первым 1 и вторым 2 токовыми входами устройства.The problem is solved in that in a transresistive amplifier with a paraphase output for converting avalanche photodiode signals of Fig. 1, containing the first 1 and second 2 current inputs of the device, the first 3 and second 4 input transistors with integrated bases, the first 5 and second 6 auxiliary transistors, the bases of which are connected to the auxiliary voltage source 7, the emitters are connected to the bus of the first 8 power supply through the corresponding first 9 and second 10 current-stabilizing two-terminal devices, and the collectors are connected to the corresponding by the emitters of the first 3 and second 4 input transistors, the third 11 current-stabilizing two-pole connected between the bus of the second 12 power supply and the collector of the first 3 input transistor, the fourth 13 current-stabilizing two-pole connected between the bus of the second 12 power supply and the collector of the second 4 input transistor, first 14 the output transistor, the base of which is connected to the collector of the first 3 input transistor, the collector is connected to the bus of the second 12 power supply, and the emitter is connected to the first 15 output of the device After the fifth 16, the current-stabilizing two-terminal is connected to the bus of the first 8 power supply, the second 17 output transistor, the base of which is connected to the collector of the second 4 input transistor, the collector is connected to the bus of the second 12 power supply, and the emitter is connected to the second 18 output of the device and through the sixth 19 a current-stabilizing two-terminal device is connected to the bus of the first 8 power supply, new elements and communications are provided - the first 1 and second 2 current inputs of the device are connected to the emitters of the corresponding first 3 and second of four input transistors, between the first 15 and second 18 outputs of the device, the first 20 and second 21 additional resistors are connected in series, the common node of which is connected to the bases of the first 3 and second 4 input transistors, between the emitters of the first 5 and second 6 auxiliary transistors are connected in series the third 22 and fourth 23 additional resistors, the common node of which is connected to the collector of the first 24 additional transistor, the emitter of which is connected to the common bus 25 of the first 8 and second 12 sources Itani, a base connected to the common node of the fifth 26 and sixth 27 series-connected additional resistor connected between the first 1 and second 2 current inputs.
На чертеже фиг.1 представлена схема усилителя-прототипа, а на чертеже фиг.2 - схема заявляемого устройства в соответствии с пп.1-2 формулы изобретения.In the drawing of FIG. 1 is a diagram of the prototype amplifier, and in the drawing of FIG. 2 is a diagram of the inventive device in accordance with claims 1-2.
На чертеже фиг.3 представлена схема фиг.2 в среде PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».The drawing of figure 3 presents a diagram of figure 2 in the environment of PSpice on models of integrated transistors of FSUE NPP Pulsar.
На чертеже фиг.4 показана частотная зависимость сопротивления передачи (R0) ТРУ фиг.2 при разных значениях сопротивления вспомогательного резистора 28 R28=R7=R0=Rvar=0,l÷100 кОм.The drawing of figure 4 shows the frequency dependence of the transmission resistance (R 0 ) TRU of figure 2 for different values of the resistance of the auxiliary resistor 28 R 28 = R 7 = R 0 = R var = 0, l ÷ 100 kOhm.
Трансрезистивный усилитель с парафазным выходом для преобразования сигналов лавинных фотодиодов фиг.2 содержит первый 1 и второй 2 токовые входы устройства, первый 3 и второй 4 входные транзисторы с объединенными базами, первый 5 и второй 6 вспомогательные транзисторы, базы которых соединены со вспомогательным источником напряжения 7, эмиттеры подключены к шине первого 8 источника питания через соответствующие первый 9 и второй 10 токостабилизирующие двухполюсники, а коллекторы соединены с соответствующими эмиттерами первого 3 и второго 4 входных транзисторов, третий 11 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между шиной второго 12 источника питания и коллектором первого 3 входного транзистора, четвертый 13 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между шиной второго 12 источника питания и коллектором второго 4 входного транзистора, первый 14 выходной транзистор, база которого подключена к коллектору первого 3 входного транзистора, коллектор соединен с шиной второго 12 источника питания, а эмиттер связан с первым 15 выходом устройства и через пятый 16 токостабилизирующий двухполюсник подключен к шине первого 8 источника питания, второй 17 выходной транзистор, база которого подключена к коллектору второго 4 входного транзистора, коллектор соединен с шиной второго 12 источника питания, а эмиттер соединен со вторым 18 выходом устройства и через шестой 19 токостабилизирующий двухполюсник подключен к шине первого 8 источника питания. Первый 1 и второй 2 токовые входы устройства подключены к эмиттерам соответствующих первого 3 и второго 4 входных транзисторов, между первым 15 и вторым 18 выходами устройства включены последовательно соединенные первый 20 и второй 21 дополнительные резисторы, общий узел которых соединен с базами первого 3 и второго 4 входных транзисторов, между эмиттерами первого 5 и второго 6 вспомогательных транзисторов включены последовательно соединенные третий 22 и четвертый 23 дополнительные резисторы, общий узел которых связан с коллектором первого 24 дополнительного транзистора, эмиттер которого связан с общей шиной 25 первого 8 и второго 12 источников питания, а база соединена с общим узлом пятого 26 и шестого 27 последовательно соединенных дополнительных резисторов, включенных между первым 1 и вторым 2 токовыми входами устройства.The transresistive amplifier with a paraphase output for converting the signals of avalanche photodiodes of figure 2 contains the first 1 and second 2 current inputs of the device, the first 3 and second 4 input transistors with integrated bases, the first 5 and second 6 auxiliary transistors, the bases of which are connected to an auxiliary voltage source 7 , the emitters are connected to the bus of the first 8 power supply through the corresponding first 9 and second 10 current-stabilizing two-pole, and the collectors are connected to the corresponding emitters of the first 3 and second 4 in one transistor, the third 11 current-stabilizing two-terminal connected between the bus of the second 12 power supply and the collector of the first 3 input transistor, the fourth 13 current-stabilizing two-terminal connected between the bus of the second 12 power source and the collector of the second 4 input transistor, the first 14 output transistor, the base of which is connected to the collector of the first 3 input transistor, the collector is connected to the bus of the second 12 power supply, and the emitter is connected to the first 15 output of the device and through the fifth 16 is current-stabilizing The first two-terminal is connected to the bus of the first 8 power supply, the second 17 output transistor, the base of which is connected to the collector of the second 4 input transistor, the collector is connected to the bus of the second 12 power supply, and the emitter is connected to the second 18 output of the device and through the sixth 19 the current-stabilizing two-terminal is connected to the bus of the first 8 power supply. The first 1 and second 2 current inputs of the device are connected to the emitters of the corresponding first 3 and second 4 input transistors, between the first 15 and second 18 outputs of the device are connected in series the first 20 and second 21 additional resistors, the common node of which is connected to the bases of the first 3 and second 4 input transistors, between the emitters of the first 5 and second 6 auxiliary transistors connected in series are the third 22 and fourth 23 additional resistors, the common node of which is connected to the collector of the first 24 to olnitelnogo transistor whose emitter is connected to the common bus 25 of the first 8 and the
На чертеже фиг.2, в соответствии с п.2 формулы изобретения, между коллекторами первого 3 и второго 4 входных транзисторов включен вспомогательный резистор 28.In the drawing of FIG. 2, in accordance with
Рассмотрим работу схемы фиг.2 для случая, когда на вход Bx.i1(l) подается ток 1вхЛ от фотодиода, а второй вход (Bx.i2) не используется.Consider the operation of the circuit of FIG. 2 for the case when a 1vhl current from the photodiode is applied to the input Bx.i 1 (l), and the second input (Bx.i 2 ) is not used.
Изменение входного тока ТРУ вызывает соответствующее изменение эмиттерного и коллекторного тока транзистора 3:A change in the input current of the TRU causes a corresponding change in the emitter and collector current of the transistor 3:
Приращение коллекторного тока транзистора 3 передается в нагрузку 28 и вызывает (за счет отрицательной обратной связи) соответствующее изменение выходного дифференциального напряжения ТРУ:The increment of the collector current of the
Таким образом, сопротивление передачи заявляемого ТРУ (R0) определяется величиной сопротивления вспомогательного резистора 28, не влияющего на статический режим схемы в широком диапазоне изменения R2s:Thus, the transmission resistance of the claimed TRU (R 0 ) is determined by the resistance value of the auxiliary resistor 28, which does not affect the static mode of the circuit in a wide range of R2s:
Результаты моделирования схемы фиг.3 подтверждают эффект существенного расширения допустимого диапазона изменения сопротивления передачи R0 ТРУ, которое обеспечивается без изменения статического режима транзисторов (фиг.4). Кроме этого в схеме фиг.3 устанавливается нулевой уровень выходного синфазного напряжения, который оказывается достаточно стабильным в условиях температурных и радиационных воздействий благодаря отрицательной обратной связи по синфазному сигналу.The simulation results of the circuit of figure 3 confirm the effect of a substantial expansion of the permissible range of variation of the transmission resistance R 0 TRU, which is provided without changing the static mode of the transistors (figure 4). In addition, in the circuit of FIG. 3, a zero common-mode voltage level is set, which turns out to be quite stable under conditions of temperature and radiation effects due to negative feedback on the common-mode signal.
Таким образом, предлагаемое схемотехническое решение трансрезистивного усилителя сигналов характеризуется широким диапазоном регулировки усилительного параметра R0 (например, от -20 дБ до 60 дБ), что является его существенным преимуществом в сравнении с прототипом.Thus, the proposed circuitry solution of the transresistive signal amplifier is characterized by a wide range of adjustment of the amplifier parameter R 0 (for example, from -20 dB to 60 dB), which is its significant advantage in comparison with the prototype.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКBIBLIOGRAPHIC LIST
1. Патент US 6.590.455 fig. 1.1. Patent US 6.590.455 fig. one.
2. Патент US 6.069.534 fig. 6.2. Patent US 6.069.534 fig. 6.
3. Патент US 6.801.084.3. Patent US 6.801.084.
4. Патент US 6.218.905.4. Patent US 6.218.905.
5. Патент US 6.639.477 fig. 3В.5. Patent US 6.639.477 fig. 3B.
6. Патент US 6.809.594 fig. 1.6. Patent US 6.809.594 fig. one.
7. Патент US 5.714.909 fig. 2.7. US Pat. No. 5,714,909 fig. 2.
8. Патент US 7.042.295.8. Patent US 7.042.295.
9. Патент US 4.511.857 fig. 3а.9. Patent US 4,511,857 fig. 3a.
10.Патент US 5.345.073 fig. 3.10. Patent US 5,345,073 fig. 3.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013116179/07A RU2534758C1 (en) | 2013-04-09 | 2013-04-09 | Transresistive amplifier with paraphase input to convert signals of avalanche photodiodes |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013116179/07A RU2534758C1 (en) | 2013-04-09 | 2013-04-09 | Transresistive amplifier with paraphase input to convert signals of avalanche photodiodes |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013116179A RU2013116179A (en) | 2014-10-20 |
RU2534758C1 true RU2534758C1 (en) | 2014-12-10 |
Family
ID=53285626
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013116179/07A RU2534758C1 (en) | 2013-04-09 | 2013-04-09 | Transresistive amplifier with paraphase input to convert signals of avalanche photodiodes |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2534758C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6069534A (en) * | 1997-12-04 | 2000-05-30 | Trw Inc. | Balance photo-receiver with complementary HBT common-base push pull pre-amplifier |
US6590455B1 (en) * | 2002-04-25 | 2003-07-08 | Sirenza Microdevices, Inc. | Common-base amplifier with high input overload and/or tunable transimpedance |
RU2339973C2 (en) * | 2002-01-21 | 2008-11-27 | Юропиэн Организэйшн Фор Нуклеа Ресеч | Charge or particle detection |
-
2013
- 2013-04-09 RU RU2013116179/07A patent/RU2534758C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6069534A (en) * | 1997-12-04 | 2000-05-30 | Trw Inc. | Balance photo-receiver with complementary HBT common-base push pull pre-amplifier |
RU2339973C2 (en) * | 2002-01-21 | 2008-11-27 | Юропиэн Организэйшн Фор Нуклеа Ресеч | Charge or particle detection |
US6590455B1 (en) * | 2002-04-25 | 2003-07-08 | Sirenza Microdevices, Inc. | Common-base amplifier with high input overload and/or tunable transimpedance |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013116179A (en) | 2014-10-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2624565C1 (en) | Instrument amplifier for work at low temperatures | |
RU2523124C1 (en) | Multi-differential operational amplifier | |
RU2566963C1 (en) | Differential input stage of high-speed operational amplifier for cmos technological processes | |
RU2677401C1 (en) | Bipolar-field buffer amplifier | |
RU2571578C1 (en) | Input stage of multidifferential operational amplifier for radiation-resistant bipolar-field process | |
RU2534758C1 (en) | Transresistive amplifier with paraphase input to convert signals of avalanche photodiodes | |
RU2523947C1 (en) | Output stage of power amplifier based on complementary transistors | |
RU2615070C1 (en) | High-precision two-stage differential operational amplifier | |
RU2595927C1 (en) | Bipolar-field operational amplifier | |
RU2515201C1 (en) | Transresistive amplifier for signals of avalanche photodiodes | |
RU2568384C1 (en) | Precision operational amplifier based on radiation resistant bipolar and field process | |
RU2615068C1 (en) | Bipolar-field differential operational amplifier | |
RU2536376C1 (en) | Operational amplifier with paraphase output | |
RU2595926C1 (en) | Bipolar-field operational amplifier | |
RU2571579C1 (en) | Precision operational amplifier for radiation-proof bipolar field technological process | |
RU2589323C1 (en) | Bipolar-field operational amplifier | |
RU2568318C1 (en) | Multidifferential operating amplifier with low zero offset voltage | |
RU2452077C1 (en) | Operational amplifier with paraphase output | |
RU2595923C1 (en) | High-speed operational amplifier based on "bent" cascode | |
RU2433523C1 (en) | Precision differential operational amplifier | |
RU2439778C1 (en) | Differential operational amplifier with paraphase output | |
RU2446555C2 (en) | Differential operational amplifier | |
RU2432666C1 (en) | Differential operational amplifier with low supply voltage | |
RU2504896C1 (en) | Input stage of high-speed operational amplifier | |
RU2423779C1 (en) | Differential amplifier with low-voltage input transistors |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150410 |