RU2572376C1 - Cascode amplifier with extended operating bandwidth - Google Patents
Cascode amplifier with extended operating bandwidth Download PDFInfo
- Publication number
- RU2572376C1 RU2572376C1 RU2014144974/08A RU2014144974A RU2572376C1 RU 2572376 C1 RU2572376 C1 RU 2572376C1 RU 2014144974/08 A RU2014144974/08 A RU 2014144974/08A RU 2014144974 A RU2014144974 A RU 2014144974A RU 2572376 C1 RU2572376 C1 RU 2572376C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- output transistor
- operating bandwidth
- collector
- cascode amplifier
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых ВЧ и СВЧ сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, широкополосных усилителях).The invention relates to the field of radio engineering and communication and can be used as a device for amplifying analog RF and microwave signals in the structure of analog microcircuits for various functional purposes (for example, broadband amplifiers).
В современной микроэлектронике находят широкое применение классические каскодные усилители (КУ) с резистивной (или индуктивной) нагрузкой, включенной в коллекторную (стоковую) цепь выходного транзистора [1-20]. В ряде случаев [21] выходной транзистор таких КУ выполняется по схеме Дарлингтона (в виде составного транзистора), что несколько увеличивает верхнюю граничную частоту (fв) устройства.In modern microelectronics, classical cascode amplifiers (KUs) with a resistive (or inductive) load included in the collector (drain) circuit of the output transistor are widely used [1-20]. In some cases [21], the output transistor of such KUs is performed according to the Darlington circuit (in the form of a composite transistor), which somewhat increases the upper cutoff frequency (f in ) of the device.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является КУ, представленный в статье «Сравнительный анализ базовых схем компенсации емкости Скб выходного транзистора в широкополосных каскодных усилителях / Н.Н. Прокопенко, Н.В. Ковбасюк, И.Е. Старченко // Проблемы современной аналоговой микросхемотехники: Сборник материалов Международного научно-практического семинара. - Шахты: Издательство ЮРГУЭС, 2002. - С. 47, рис. 3» . Он содержит (фиг. 1) входной преобразователь «напряжение-ток» 1, согласованный с первой 2 шиной источника питания, токовый выход которого соединен с эмиттером первого 3 выходного транзистора, второй 4 выходной транзистор, эмиттер которого соединен с базой первого 3 выходного транзистора, коллектор подключен к коллектору первого 3 выходного транзистора, а база связана с цепью смещения потенциалов 5, резистор коллекторной нагрузки 6, включенный между второй 7 шиной источника питания и выходом устройства 8, связанным с коллекторами первого 3 и второго 4 выходных транзисторов.The closest in technical essence to the claimed device is the KU, presented in the article "Comparative analysis of the basic schemes for compensating the capacitance With a KB output transistor in broadband cascode amplifiers / N.N. Prokopenko, N.V. Kovbasyuk, I.E. Starchenko // Problems of modern analog microcircuitry: Proceedings of the International Scientific and Practical Seminar. - Mines: Publishing house of Ural State Pedagogical University, 2002. - P. 47, fig. 3 ". It contains (Fig. 1) an input voltage-
Существенный недостаток известного КУ (фиг. 1) состоит в том, что он имеет недостаточно высокие значения верхней граничной частоты fв. Это обусловлено отсутствием эффекта компенсации паразитной емкости коллектор-база (Скб) второго 4 выходного транзистора и емкости нагрузки (Сн), подключаемой к выходу 8, в схеме КУ-прототипа.A significant disadvantage of the known KU (Fig. 1) is that it has not high enough values of the upper cutoff frequency f in . This is due to the lack of compensation effect of the parasitic collector-base capacitance (C kb ) of the second 4 output transistor and the load capacitance (C n ) connected to output 8 in the KU prototype circuit.
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в расширении диапазона рабочих частот КУ (повышении верхней граничной частоты fв) без ухудшения коэффициента усиления по напряжению в диапазоне средних частот.The main objective of the invention is to expand the range of operating frequencies KU (increase the upper cutoff frequency f in ) without compromising the voltage gain in the medium frequency range.
Поставленная задача решается тем, что в каскодном усилителе (фиг. 1), содержащем входной преобразователь напряжение-ток 1, согласованный с первой 2 шиной источника питания, токовый выход которого соединен с эмиттером первого 3 выходного транзистора, второй 4 выходной транзистор, эмиттер которого соединен с базой первого 3 выходного транзистора, коллектор подключен к коллектору первого 3 выходного транзистора, а база связана с цепью смещения потенциалов 5, резистор коллекторной нагрузки 6, включенный между второй 7 шиной источника питания и выходом устройства 8, связанным с коллекторами первого 3 и второго 4 выходных транзисторов, предусмотрены новые элементы и связи - выход устройства 8 соединен со входом дополнительного неинвертирующего усилителя напряжения 9, выход которого подключен к эмиттеру второго 4 выходного транзистора через корректирующий конденсатор 10.The problem is solved in that in the cascode amplifier (Fig. 1), containing the input voltage-
Схема усилителя-прототипа показана на фиг. 1. На фиг. 2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с формулой изобретения.A prototype amplifier circuit is shown in FIG. 1. In FIG. 2 presents a diagram of the inventive device in accordance with the claims.
На фиг. 3 представлена схема заявляемого устройства (фиг. 2) в среде PSpice на моделях интегральных транзисторов ОАО «НПП Пульсар» с конкретным выполнением основных функциональных узлов.In FIG. 3 shows a diagram of the inventive device (Fig. 2) in a PSpice environment on models of integrated transistors of OJSC NPP Pulsar with a specific implementation of the main functional units.
На фиг. 4 показана амплитудно-частотная характеристика коэффициента усиления по напряжению КУ фиг. 3 при разных значениях емкости корректирующего конденсатора Ск (конденсатора 10 - в обозначениях фиг. 2). Из данных графиков следует, что диапазон рабочих частот (fв по уровню -3 дБ) заявляемого каскодного усилителя расширяется более чем в 5 раз.In FIG. 4 shows the amplitude-frequency characteristic of the voltage gain of the gain factor of FIG. 3 at different values of the capacitance of the correction capacitor C k (
На фиг. 5 показана амплитудно-частотная характеристика коэффициента усиления по напряжению КУ фиг. 3 при наличии на выходе 8 устройства паразитного конденсатора нагрузки 13 с эквивалентной емкостью 1 пФ, а также при разных значениях емкости корректирующего конденсатора Ск (конденсатора 10 - в обозначениях фиг. 2). Из данных графиков следует, что диапазон рабочих частот (fв по уровню -3 дБ) заявляемого каскодного усилителя фиг. 2 в данном режиме измерения расширяется в 8 раз.In FIG. 5 shows the amplitude-frequency characteristic of the voltage gain of the gain factor of FIG. 3 if there is a parasitic load capacitor 13 at the output 8 of the device with an equivalent capacitance of 1 pF, as well as for different values of the capacitance of the correction capacitor C k (
Каскодный усилитель с расширенным диапазоном рабочих частот фиг. 2 содержит входной преобразователь «напряжение-ток» 1, согласованный с первой 2 шиной источника питания, токовый выход которого соединен с эмиттером первого 3 выходного транзистора, второй 4 выходной транзистор, эмиттер которого соединен с базой первого 3 выходного транзистора, коллектор подключен к коллектору первого 3 выходного транзистора, а база связана с цепью смещения потенциалов 5, резистор коллекторной нагрузки 6, включенный между второй 7 шиной источника питания и выходом устройства 8, связанным с коллекторами первого 3 и второго 4 выходных транзисторов. Выход устройства 8 соединен со входом дополнительного неинвертирующего усилителя напряжения 9, выход которого подключен к эмиттеру второго 4 выходного транзистора через корректирующий конденсатор 10. На чертеже фиг. 2 паразитный конденсатор 11 моделирует влияние на работу схемы емкости коллектор-база первого 3 выходного транзистора, а паразитный конденсатор 12 - емкости коллектор-база второго 4 выходного транзистора. Паразитный конденсатор 13 соответствует эквивалентной емкости на подложку первого 3 и второго 4 выходных транзисторов, а также учитывает емкость нагрузки (Сн), подключаемой к выходу 8.The cascode amplifier with an extended operating frequency range of FIG. 2 contains an input voltage-
Рассмотрим работу КУ фиг. 2.Consider the operation of the control unit of FIG. 2.
В области высоких частот на амплитудно-частотную характеристику КУ фиг. 2 начинают влиять емкости коллектор-база первого 3 и второго 4 выходных транзисторов и их емкости на подложку 13. При этом для схемы фиг. 2 справедливы следующие уравнения:In the high-frequency region, the amplitude-frequency characteristic of the CS of FIG. 2, the collector-base capacitances of the first 3 and second 4 output transistors and their capacitance on the substrate 13 begin to influence. Moreover, for the circuit of FIG. 2 the following equations are valid:
где - комплексы токов через соответствующие паразитные конденсаторы 13, 11 и 12;Where - complexes of currents through the
- комплекс напряжения на выходе устройства 8; - voltage complex at the output of the device 8;
- комплексное сопротивление паразитного конденсатора 13 на частоте сигнала ω; - the complex resistance of the parasitic capacitor 13 at a signal frequency ω;
- комплексное сопротивление паразитного конденсатора 11 на частоте сигнала ω; - the complex resistance of the
- комплексное сопротивление паразитного конденсатора 12 на частоте сигнала ω. - the complex resistance of the stray capacitor 12 at the frequency of the signal ω.
Напряжение создает в корректирующем конденсаторе 10 комплекс токаVoltage creates a current complex in the
где Ку9 - коэффициент передачи по напряжению дополнительного неинвертирующего усилителя напряжения 9;where K u9 is the voltage transfer coefficient of an additional non-inverting voltage amplifier 9;
- комплексное сопротивление корректирующего конденсатора 10 на частоте сигнала ω. - the complex resistance of the
Поэтому в выходной цепи устройства 8 обеспечивается взаимная компенсация суммы токов и тока причем комплекс этого компенсирующего токаTherefore, in the output circuit of the device 8 provides mutual compensation of the sum of currents and current moreover, the complex of this compensating current
где α4≈1 - коэффициент усиления по току эмиттера второго 4 выходного транзистора.where α 4 ≈1 is the current gain of the emitter of the second 4 output transistor.
Если в схеме фиг. 2 обеспечить равенствоIf in the circuit of FIG. 2 ensure equality
то в конечном итоге диапазон рабочих частот КУ фиг. 2 расширяется. Данный вывод подтверждается результатами компьютерного моделирования (фиг. 4), из которых следует, что верхняя граничная частота заявляемого КУ увеличивается более чем в 5 раз.then ultimately the operating frequency range of the control unit of FIG. 2 is expanding. This conclusion is confirmed by the results of computer modeling (Fig. 4), from which it follows that the upper cutoff frequency of the claimed KU increases by more than 5 times.
Таким образом, заявляемое схемотехническое решение каскодного усилителя характеризуется более широким диапазоном рабочих частот.Thus, the claimed circuit design of the cascode amplifier is characterized by a wider range of operating frequencies.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКBIBLIOGRAPHIC LIST
1. Патент US 5.502.4201. Patent US 5.502.420
2. Патент US 5.510.745 fig. 5а, 54, 56, 59, 61,64, 662. Patent US 5.510.745 fig. 5a, 54, 56, 59, 61.64, 66
3. Патент US 6.392.492 fig. 13. US Pat. No. 6,392,492 fig. one
4. Патент US 5.914.640 fig. 24. Patent US 5.914.640 fig. 2
5. Патент US 4.342.967 fig. 15. Patent US 4,342,967 fig. one
6. Патент US 6.825.723 fig. 36. Patent US 6.825.723 fig. 3
7. Заявка на патент US 2006/02484087. Patent application US 2006/0248408
8. Патент US 7.098.743 fig. 4e8. Patent US 7.098.743 fig. 4e
9. Патент ES 2.079.397 fig. 99. Patent ES 2.079.397 fig. 9
10. Патент US 7.023.281 fig. 2b10. Patent US 7.023.281 fig. 2b
11. Заявка на патент US 2005/024840811. Patent application US 2005/0248408
12. 3аявка на патент US 2005/0225397 fig. 312. 3 patent application US 2005/0225397 fig. 3
13. Патент US 7.113.043 fig. 213. Patent US 7.113.043 fig. 2
14. Патент US 7.098.743 fig. 414. Patent US 7.098.743 fig. four
15. Патент US 6.278.32915. Patent US 6,278,329
16. Патент US 6.204.728 fig. 4a16. Patent US 6.204.728 fig. 4a
17. Патент US 5.451.906 fig. 217. US Pat. No. 5,451,906 fig. 2
18. Патент US 4.151.483 fig. 218. US Pat. No. 4,151,483 fig. 2
19. Патент US 4.021.749 fig. 219. Patent US 4.021.749 fig. 2
20. Патент GB 1.431.48120. GB Patent 1.431.481
21. Сравнительный анализ базовых схем компенсации емкости Скб выходного транзистора в широкополосных каскодных усилителях / Н.Н. Прокопенко, Н.В. Ковбасюк, И.Е. Старченко // Проблемы современной аналоговой микросхемотехники: Сборник материалов Международного научно-практического семинара. - Шахты: Издательство ЮРГУЭС, 2002. - С. 47, рис. 3 http://shemotehnika.sssu.ru/index.php/st2002/1434-stat-2002-04821. A comparative analysis of the basic capacitance compensation schemes C kb of the output transistor in broadband cascode amplifiers / N.N. Prokopenko, N.V. Kovbasyuk, I.E. Starchenko // Problems of modern analog microcircuitry: Proceedings of the International Scientific and Practical Seminar. - Mines: Publishing house of Ural State Pedagogical University, 2002. - P. 47, fig. 3 http://shemotehnika.sssu.ru/index.php/st2002/1434-stat-2002-048
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014144974/08A RU2572376C1 (en) | 2014-11-06 | 2014-11-06 | Cascode amplifier with extended operating bandwidth |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014144974/08A RU2572376C1 (en) | 2014-11-06 | 2014-11-06 | Cascode amplifier with extended operating bandwidth |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2572376C1 true RU2572376C1 (en) | 2016-01-10 |
Family
ID=55072123
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014144974/08A RU2572376C1 (en) | 2014-11-06 | 2014-11-06 | Cascode amplifier with extended operating bandwidth |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2572376C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6885250B1 (en) * | 2002-11-22 | 2005-04-26 | Advanced Micro Devices, Inc. | Cascode amplifier circuit for generating and maintaining a fast, stable and accurate bit line voltage |
RU2368066C1 (en) * | 2008-02-01 | 2009-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУВПО "ЮРГУЭС") | Cascode differential amplifier |
RU2428786C1 (en) * | 2010-05-24 | 2011-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Cascode amplifier |
-
2014
- 2014-11-06 RU RU2014144974/08A patent/RU2572376C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6885250B1 (en) * | 2002-11-22 | 2005-04-26 | Advanced Micro Devices, Inc. | Cascode amplifier circuit for generating and maintaining a fast, stable and accurate bit line voltage |
RU2368066C1 (en) * | 2008-02-01 | 2009-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУВПО "ЮРГУЭС") | Cascode differential amplifier |
RU2428786C1 (en) * | 2010-05-24 | 2011-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Cascode amplifier |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Tsirimokou et al. | Emulation of a constant phase element using operational transconductance amplifiers | |
Raj et al. | Low power high output impedance high bandwidth QFGMOS current mirror | |
Khateb et al. | Electronically tunable voltage-mode quadrature oscillator based on high performance CCCDBA | |
Tangsrirat et al. | Tunable floating capacitance multiplier using single fully balanced voltage differencing buffered amplifier | |
RU2566963C1 (en) | Differential input stage of high-speed operational amplifier for cmos technological processes | |
Pandey et al. | Electronically tunable transimpedance instrumentation amplifier based on OTRA | |
Yuce et al. | Realization of arbitrary current transfer functions based on commercially available CCII+ s | |
Ranjan et al. | Active comb filter using operational transconductance amplifier | |
De Marcellis et al. | A novel low-voltage low-power fully differential voltage and current gained CCII for floating impedance simulations | |
Kalyani et al. | Design and Simulation of VFA and CFA Based Integrator and Differentiator using NI Multisim and their Comparison | |
Nagar et al. | Single OTRA based two quadrant analog voltage divider | |
Bertsias et al. | Fractional-order differentiators and integrators with reduced circuit complexity | |
RU2572376C1 (en) | Cascode amplifier with extended operating bandwidth | |
Ayten et al. | Electronically tunable sinusoidal oscillator circuit with current and voltage outputs | |
RU2568317C1 (en) | Broadband bias circuit of static level in transistor stages of amplification and conversion of signals | |
Pandiev | Analysis and design of voltage‐controlled current sources for a grounded load | |
RU2475942C1 (en) | Broadband differential amplifier | |
RU2568384C1 (en) | Precision operational amplifier based on radiation resistant bipolar and field process | |
RU2568316C1 (en) | Differential amplifier with extended frequency range | |
RU2572388C1 (en) | Extended frequency band transistor amplifier | |
RU2568780C1 (en) | Cascade amplifier with expanded range of working frequencies | |
Tangsrirat | SFG Synthesis of General High‐Order All‐Pass and All‐Pole Current Transfer Functions Using CFTAs | |
RU2421893C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2421878C1 (en) | Cascode broadband amplifier | |
RU2621286C1 (en) | Differential operational amplifier for operating at low temperatures |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161107 |