RU2732583C1 - Low-temperature operational amplifier with high attenuation of input in-phase signal on complementary field-effect transistors with control p-n junction - Google Patents

Low-temperature operational amplifier with high attenuation of input in-phase signal on complementary field-effect transistors with control p-n junction Download PDF

Info

Publication number
RU2732583C1
RU2732583C1 RU2020104005A RU2020104005A RU2732583C1 RU 2732583 C1 RU2732583 C1 RU 2732583C1 RU 2020104005 A RU2020104005 A RU 2020104005A RU 2020104005 A RU2020104005 A RU 2020104005A RU 2732583 C1 RU2732583 C1 RU 2732583C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
field
current
effect transistors
effect transistor
Prior art date
Application number
RU2020104005A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Николаевич Прокопенко
Алексей Андреевич Жук
Илья Викторович Пахомов
Петр Сергеевич Будяков
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ)
Priority to RU2020104005A priority Critical patent/RU2732583C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2732583C1 publication Critical patent/RU2732583C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/34DC amplifiers in which all stages are DC-coupled
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering; analogue microelectronics.SUBSTANCE: amplifier comprises input field-effect transistors with combined sources, current mirrors, additional field-effect transistor, auxiliary resistor, additional current input connected to the gate of the first additional field-effect transistor.EFFECT: technical result consists in improvement of coefficient of attenuation of input in-phase signals of OA for operation at low temperatures, having a significant effect on errors of classical analogue interfaces.1 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники и аналоговой микроэлектроники и может быть использовано в аналоговых и аналого-цифровых интерфейсах для обработки сигналов датчиков, работающих в условиях синфазных помех.The invention relates to the field of radio engineering and analog microelectronics and can be used in analog and analog-digital interfaces for processing sensor signals operating in conditions of common mode noise.

В современной радиоэлектронной аппаратуре находят применение дифференциальные операционные усилители (ОУ) с существенными различными параметрами. Особое место занимают ОУ на основе комплементарных входных каскадов (так называемых dual-input-stage), двух токовых зеркал, согласованных с шинами положительного и отрицательного источников питания, и буферного усилителя [1-31]. ОУ данного класса реализуются как на биполярных, так и на КМОП транзисторах. Такая архитектура ОУ [1-31] является основой более чем 50 серийных микросхем, выпускаемых ведущими микроэлектронными фирмами мира. In modern electronic equipment, differential operational amplifiers (OA) with significantly different parameters are used. A special place is occupied by op amps based on complementary input stages (the so-called dual-input-stages), two current mirrors matched to the buses of positive and negative power supplies, and a buffer amplifier [1-31]. Op-amps of this class are implemented both on bipolar and CMOS transistors. This OS architecture [1-31] is the basis for more than 50 serial microcircuits produced by the world's leading microelectronic firms.

Одним из важных динамических параметров современных операционных усилителей является коэффициент ослабления входного синфазного сигнала (Кос.сф), оказывающий существенное влияние на предельные точностные параметры многих вариантов построения аналоговых интерфейсов, работающих в условиях синфазных помех.One of the important dynamic parameters of modern operational amplifiers is the attenuation coefficient of the input common-mode signal (K os.sf ), which has a significant effect on the limiting accuracy parameters of many options for constructing analog interfaces operating in conditions of common-mode noise.

Ближайшим прототипом (фиг. 1) заявляемого устройства является ОУ по патентной заявке US 2006/0125522, fig.1a, fig.3, 2006г. Он содержит первый 1 и второй 2 входы устройства, основной выход 3 устройства, первый 4 и второй 5 входные полевые транзисторы с объединенными истоками, третий 6 и четвертый 7 входные полевые транзисторы с объединенными истоками, первый 8 источник опорного тока, связанный с объединенными истоками первого 4 и второго 5 входных полевых транзисторов, второй 9 источник опорного тока, связанный с объединенными истоками третьего 6 и четвертого 7 входных полевых транзисторов, первое 10 токовое зеркало согласованное с первой 11 шиной источника питания, второе 12 токовое зеркало согласованное со второй 13 шиной источника питания, причем первый 1 вход устройства соединён с затворами первого 4 и третьего 6 входных полевых транзисторов, второй 2 вход устройства соединен с затворами второго 5 и четвертого 7 входных полевых транзисторов, сток второго 5 входного полевого транзистора подключен к основному входу 14 первого 10 токового зеркала, сток четвертого 7 входного полевого транзистора связан с основным входом 15 второго 12 токового зеркала, выходы первого 10 и второго 12 токовых зеркал объединены и подключены к основному выходу 3 устройства, сток первого 4 входного полевого транзистора согласован с первой 11 шиной источниками питания, а сток третьего 6 входного полевого транзистора согласован со второй 13 шиной источника питания.The closest prototype (Fig. 1) of the claimed device is an op-amp according to patent application US 2006/0125522, fig.1a, fig.3, 2006. It contains the first 1 and second 2 inputs of the device, the main output 3 of the device, the first 4 and second 5 input field-effect transistors with combined sources, the third 6 and fourth 7 input field-effect transistors with combined sources, the first 8 reference current source associated with the combined sources of the first 4 and the second 5 input field-effect transistors, the second 9 reference current source associated with the combined sources of the third 6 and fourth 7 input field-effect transistors, the first 10 current mirror matched with the first 11 power supply bus, the second 12 current mirror matched with the second 13 power supply bus , and the first 1 input of the device is connected to the gates of the first 4 and third 6 input field-effect transistors, the second 2 input of the device is connected to the gates of the second 5 and fourth 7 input field-effect transistors, the drain of the second 5 input field-effect transistor is connected to the main input 14 of the first 10 current mirror, the drain of the fourth 7 input field-effect transistor is connected to o the main input 15 of the second 12 current mirror, the outputs of the first 10 and second 12 current mirrors are combined and connected to the main output 3 of the device, the drain of the first 4 input field-effect transistor is matched with the first 11 bus by the power supplies, and the drain of the third 6 input field-effect transistor is matched with the second 13 power supply bus.

Существенный недостаток известного ОУ состоит в том, что при его практической реализации на основе комплементарных полевых транзисторов с управляющим p-n переходом он не обеспечивает повышенные значения Кос.сф в диапазоне низких температур. Это связано с тем, что в схеме ОУ-прототипа на его Кос.сф оказывают существенное влияние выходные сопротивления первого 8 (ri8) и второго 9 (ri9) источников опорного тока, которые создают паразитные каналы передачи входного синфазного сигнала на выход устройства 3. Если передачу по этим каналам минимизировать, то Кос.сф ОУ существенно возрастет.A significant drawback of the known op-amp is that when it is practically implemented on the basis of complementary field-effect transistors with a control pn junction, it does not provide increased values of K os.sf in the low temperature range. This is due to the fact that in the OA prototype circuit, its K os.sf is significantly influenced by the output resistances of the first 8 (r i8 ) and second 9 (r i9 ) reference current sources, which create parasitic channels for transmitting the input common-mode signal to the device output 3. If the transmission through these channels is minimized, then K os.sf OS will increase significantly.

Основная задача предполагаемого изобретения состоит в повышении коэффициента ослабления входных синфазных сигналов ОУ при низких температурах.The main object of the proposed invention is to improve the attenuation of the input common-mode signals of the op amp at low temperatures.

Поставленная задача решается тем, что в операционном усилителе фиг. 1, содержащем первый 1 и второй 2 входы устройства, основной выход 3 устройства, первый 4 и второй 5 входные полевые транзисторы с объединенными истоками, третий 6 и четвертый 7 входные полевые транзисторы с объединенными истоками, первый 8 источник опорного тока, связанный с объединенными истоками первого 4 и второго 5 входных полевых транзисторов, второй 9 источник опорного тока, связанный с объединенными истоками третьего 6 и четвертого 7 входных полевых транзисторов, первое 10 токовое зеркало согласованное с первой 11 шиной источника питания, второе 12 токовое зеркало согласованное со второй 13 шиной источника питания, причем первый 1 вход устройства соединён с затворами первого 4 и третьего 6 входных полевых транзисторов, второй 2 вход устройства соединен с затворами второго 5 и четвертого 7 входных полевых транзисторов, сток второго 5 входного полевого транзистора подключен к основному входу 14 первого 10 токового зеркала, сток четвертого 7 входного полевого транзистора связан с основным входом 15 второго 12 токового зеркала, выходы первого 10 и второго 12 токовых зеркал объединены и подключены к основному выходу 3 устройства, сток первого 4 входного полевого транзистора согласован с первой 11 шиной источниками питания, а сток третьего 6 входного полевого транзистора согласован со второй 13 шиной источника питания, предусмотрены новые элементы и связи – первый 8 источник опорного тока реализован на основе первого 16 дополнительного полевого транзистора, исток которого соединен с затвором первого 16 дополнительного полевого транзистора через первый вспомогательный резистор 17, а сток соединен с объединенными истоками первого 4 и второго 5 входных полевых транзисторов, второй 9 источник опорного тока реализован на основе второго 18 дополнительного полевого транзистора, исток которого соединен с затвором второго 18 дополнительного полевого транзистора через второй вспомогательный резистор 19, а сток соединен с объединенными истоками третьего 6 и четвертого 7 входных полевых транзисторов, причем в первом 10 токовом зеркале предусмотрен дополнительный токовый вход 20, связанный с затвором второго 18 дополнительного полевого транзистора, а во втором 12 токовом зеркале предусмотрен дополнительный токовый вход 21, связанный с затвором первого 16 дополнительного полевого транзистора.The problem is solved by the fact that in the operational amplifier of FIG. 1, containing the first 1 and second 2 inputs of the device, the main output 3 of the device, the first 4 and second 5 input field-effect transistors with combined sources, the third 6 and fourth 7 input field-effect transistors with combined sources, the first 8 reference current source associated with the combined sources the first 4 and second 5 input field-effect transistors, the second 9 is a reference current source associated with the combined sources of the third 6 and fourth 7 input field-effect transistors, the first 10 current mirror is matched with the first 11 bus of the power source, the second 12 is a current mirror that is matched with the second 13 bus of the source power supply, and the first 1 input of the device is connected to the gates of the first 4 and third 6 input field-effect transistors, the second 2 input of the device is connected to the gates of the second 5 and fourth 7 input field-effect transistors, the drain of the second 5 input field-effect transistor is connected to the main input 14 of the first 10 current mirror , the drain of the fourth 7 input field-effect transistor is connected to the main input 15 of the second 12 current mirror, the outputs of the first 10 and second 12 current mirrors are combined and connected to the main output 3 of the device, the drain of the first 4 input field-effect transistor is matched with the first 11 bus by the power supplies, and the drain of the third 6 input field-effect transistor is matched with the second 13 the power supply bus, new elements and connections are provided - the first 8 reference current source is implemented on the basis of the first 16 additional field-effect transistor, the source of which is connected to the gate of the first 16 additional field-effect transistor through the first auxiliary resistor 17, and the drain is connected to the combined sources of the first 4 and second 5 input field-effect transistors, the second 9 reference current source is implemented on the basis of the second 18 additional field-effect transistor, the source of which is connected to the gate of the second 18 additional field-effect transistor through the second auxiliary resistor 19, and the drain is connected to the combined sources of the third 6 and fourth 7 input field-effect transistors, and in the first 10 current mirror there is an additional current input 20 connected to the gate of the second 18 additional field-effect transistor, and in the second 12 current mirror there is an additional current input 21 connected to the gate of the first 16 additional field-effect transistor.

На чертеже фиг. 1 показана схема операционного усилителя-прототипа. In the drawing, FIG. 1 shows a schematic diagram of a prototype operational amplifier.

На чертеже фиг. 2 приведена схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 и п.2 формулы изобретения.In the drawing, FIG. 2 shows a diagram of the claimed device in accordance with claim 1 and claim 2 of the claims.

На чертеже фиг. 3 представлен статический режим ОУ фиг. 2 для случая, соответствующего реализации в данной более общей схеме свойств ОУ-прототипа фиг. 1 за счет соответствующего выбора коэффициентов передачи токовых зеркал 10 и 12 (Кi1.1=-1, Кi1.2=0; Кi2.1=-1, Кi2.2=0): среда моделирования LTSpice на моделях интегральных транзисторов ОАО «Интеграл» (г.Минск) [32] при t=27°C, R1=10kОм, R2=15kОм. In the drawing, FIG. 3 shows the static mode of the op amp of FIG. 2 for the case corresponding to the implementation in this more general scheme of the properties of the op-amp prototype of FIG. 1 due to the appropriate choice of the transmission coefficients of the current mirrors 10 and 12 (K i1.1 = -1, K i1.2 = 0; K i2.1 = -1, K i2.2 = 0): LTSpice modeling environment on models of integral transistors of JSC "Integral" (Minsk) [32] at t = 27 ° C, R1 = 10kOhm, R2 = 15kOhm.

На чертеже фиг. 4 показан статический режим заявляемого ОУ фиг. 2 в среде моделирования LTSpice на моделях интегральных транзисторов ОАО «Интеграл» (г.Минск) при температуре при t=27°C, R1=10kОм, R2=15kОм и коэффициентах передачи токовых зеркал 10 и 12 Кi1.1=-1, Кi1.2=-0.5; Кi2.1=-1, Кi2.2=-0.5, соответствующих п. 2 формулы изобретения.In the drawing, FIG. 4 shows the static mode of the claimed OA of FIG. 2 in the LTSpice modeling environment on models of integral transistors of JSC "Integral" (Minsk) at a temperature at t = 27 ° C, R1 = 10kΩ, R2 = 15kΩ and current mirror transmission coefficients of 10 and 12 K i1.1 = -1, K i1.2 = -0.5; K i2.1 = -1, K i2.2 = -0.5, corresponding to claim 2 of the claims.

На чертеже фиг. 5 приведено сравнение частотной зависимости крутизны передачи входного синфазного сигнала gm=iвых/uc заявляемого ОУ фиг. 4 (сплошные линии) и ОУ-прототипа фиг. 3 (пунктирные линии) при комнатной температуре t=27°C.In the drawing, FIG. 5 shows a comparison of the frequency dependence of the transmission slope of the input in-phase signal g m = i out / u c of the claimed op-amp of FIG. 4 (solid lines) and the prototype DT of FIG. 3 (dotted lines) at room temperature t = 27 ° C.

На чертеже фиг. 6 представлен статический режим ОУ фиг. 2 при
t=-197°C для случая, соответствующего реализации в данной более общей схеме свойств ОУ-прототипа фиг. 1 за счет соответствующего выбора коэффициентов передачи первого 10 и второго 12 токовых зеркал (Кi1.1=-1, Кi1.2=0; Кi2.1=-1, Кi2.2=0): среда моделирования LTSpice на моделях интегральных транзисторов ОАО «Интеграл» (г.Минск) при R1=10kОм, R2=15kОм.
In the drawing, FIG. 6 shows the static mode of the op amp of FIG. 2 at
t = -197 ° C for the case corresponding to the implementation in this more general scheme of the properties of the op-amp prototype of FIG. 1 due to the appropriate choice of the transmission coefficients of the first 10 and second 12 current mirrors (K i1.1 = -1, K i1.2 = 0; K i2.1 = -1, K i2.2 = 0): the LTSpice simulation environment on models of integral transistors of JSC "Integral" (Minsk) with R1 = 10kOhm, R2 = 15kOhm.

На чертеже фиг. 7 показан статический режим заявляемого ОУ фиг. 2 для t=-197°C в среде моделирования LTSpice на моделях интегральных транзисторов ОАО «Интеграл» (г.Минск) [32] при R1=10kОм, R2=15kОм и коэффициентах передачи первого 10 и второго 12 токовых зеркал Кi1.1=-1, Кi1.2=-0.5; Кi2.1=-1, Кi2.2=-0.5, соответствующих п. 2 формулы изобретения.In the drawing, FIG. 7 shows the static mode of the claimed OA of FIG. 2 for t = -197 ° C in the LTSpice simulation environment on models of integral transistors of JSC "Integral" (Minsk) [32] at R1 = 10kΩ, R2 = 15kΩ and the transfer coefficients of the first 10 and second 12 current mirrors К i1.1 = -1, K i1.2 = -0.5; K i2.1 = -1, K i2.2 = -0.5, corresponding to claim 2 of the claims.

На чертеже фиг. 8 приведено сравнение частотной зависимости крутизны передачи gm входного синфазного сигнала заявляемого ОУ фиг. 7 (сплошные линии) и ОУ-прототипа фиг. 6 (пунктирные линии) при криогенных температурах (t=-197°C).In the drawing, FIG. 8 shows a comparison of the frequency dependence of the transmission slope g m of the input in-phase signal of the inventive op-amp of FIG. 7 (solid lines) and the prototype DT of FIG. 6 (dotted lines) at cryogenic temperatures (t = -197 ° C).

Низкотемпературный операционный усилитель с повышенным ослаблением входного синфазного сигнала на комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n переходом фиг. 2 содержит первый 1 и второй 2 входы устройства, основной выход 3 устройства, первый 4 и второй 5 входные полевые транзисторы с объединенными истоками, третий 6 и четвертый 7 входные полевые транзисторы с объединенными истоками, первый 8 источник опорного тока, связанный с объединенными истоками первого 4 и второго 5 входных полевых транзисторов, второй 9 источник опорного тока, связанный с объединенными истоками третьего 6 и четвертого 7 входных полевых транзисторов, первое 10 токовое зеркало, согласованное с первой 11 шиной источника питания, второе 12 токовое зеркало согласованное со второй 13 шиной источника питания, причем первый 1 вход устройства соединён с затворами первого 4 и третьего 6 входных полевых транзисторов, второй 2 вход устройства соединен с затворами второго 5 и четвертого 7 входных полевых транзисторов, сток второго 5 входного полевого транзистора подключен к основному входу 14 первого 10 токового зеркала, сток четвертого 7 входного полевого транзистора связан с основным входом 15 второго 12 токового зеркала, выходы первого 10 и второго 12 токовых зеркал объединены и подключены к основному выходу 3 устройства, сток первого 4 входного полевого транзистора согласован с первой 11 шиной источниками питания, а сток третьего 6 входного полевого транзистора согласован со второй 13 шиной источника питания. Первый 8 источник опорного тока реализован на основе первого 16 дополнительного полевого транзистора, исток которого соединен с затвором первого 16 дополнительного полевого транзистора через первый вспомогательный резистор 17, а сток соединен с объединенными истоками первого 4 и второго 5 входных полевых транзисторов, второй 9 источник опорного тока реализован на основе второго 18 дополнительного полевого транзистора, исток которого соединен с затвором второго 18 дополнительного полевого транзистора через второй вспомогательный резистор 19, а сток соединен с объединенными истоками третьего 6 и четвертого 7 входных полевых транзисторов, причем в первом 10 токовом зеркале предусмотрен дополнительный токовый вход 20, связанный с затвором второго 18 дополнительного полевого транзистора, а во втором 12 токовом зеркале предусмотрен дополнительный токовый вход 21, связанный с затвором первого 16 дополнительного полевого транзистора. Двухполюсник 22 на чертеже фиг. 2 моделирует свойства нагрузки, подключаемой к основному выходу 3 устройства. Low-temperature operational amplifier with increased attenuation of the input common-mode signal on complementary field-effect transistors with a control pn junction FIG. 2 contains the first 1 and second 2 inputs of the device, the main output 3 of the device, the first 4 and second 5 input field-effect transistors with combined sources, the third 6 and fourth 7 input field-effect transistors with combined sources, the first 8 reference current source associated with the combined sources of the first 4 and second 5 input field-effect transistors, the second 9 reference current source associated with the combined sources of the third 6 and fourth 7 input field-effect transistors, the first 10 current mirror matched with the first 11 bus of the power source, the second 12 current mirror matched with the second 13 bus of the source power supply, and the first 1 input of the device is connected to the gates of the first 4 and third 6 input field-effect transistors, the second 2 input of the device is connected to the gates of the second 5 and fourth 7 input field-effect transistors, the drain of the second 5 input field-effect transistor is connected to the main input 14 of the first 10 current mirror , the drain of the fourth 7 input field-effect transistor is connected to the os the new input 15 of the second 12 current mirror, the outputs of the first 10 and second 12 current mirrors are combined and connected to the main output 3 of the device, the drain of the first 4 input field-effect transistor is matched with the first 11 bus by power supplies, and the drain of the third 6 input field-effect transistor is matched with the second 13 power supply bus. The first 8 reference current source is implemented on the basis of the first 16 additional field-effect transistor, the source of which is connected to the gate of the first 16 additional field-effect transistor through the first auxiliary resistor 17, and the drain is connected to the combined sources of the first 4 and second 5 input field-effect transistors, the second 9 is a reference current source implemented on the basis of the second 18 additional field-effect transistor, the source of which is connected to the gate of the second 18 additional field-effect transistor through the second auxiliary resistor 19, and the drain is connected to the combined sources of the third 6 and fourth 7 input field-effect transistors, and an additional current input is provided in the first 10 current mirror 20, connected to the gate of the second 18 additional field-effect transistor, and in the second 12 current mirror, an additional current input 21 is provided, connected to the gate of the first 16 additional field-effect transistor. The bipolar 22 in the drawing of FIG. 2 simulates the properties of the load connected to the main output 3 of the device.

В частных случаях включения заявляемого ОУ фиг. 2, например, в схемах ОУ с парафазным выходом, в нем могут использоваться дополнительные токовые выходы 23 и 24, связанные со стоками соответствующих полевых транзисторов 4 и 6 и согласованные с первой 11 и второй 13 шинами источников питания. К этим выходам могут подключаться дополнительные токовые зеркала, аналогичные первому 10 и второму 12 токовым зеркалам на чертеже фиг.2, что позволяет организовать в такой схеме ОУ парафазный выход.In particular cases, the inclusion of the claimed op-amp FIG. 2, for example, in op-amp circuits with a paraphase output, it can use additional current outputs 23 and 24 associated with the drains of the corresponding field-effect transistors 4 and 6 and matched with the first 11 and second 13 power supply buses. Additional current mirrors similar to the first 10 and second 12 current mirrors in the drawing of Fig. 2 can be connected to these outputs, which makes it possible to organize a paraphase output in such an op-amp circuit.

На чертеже фиг. 2, в соответствии с п. 2 формулы изобретения, коэффициенты передачи по току по основному входу 14 первого 10 токового зеркала больше коэффициента передачи по току по его дополнительному токовому входу 20 в 2 раза, а коэффициенты передачи по току по основному входу 15 второго 12 токового зеркала больше коэффициента передачи по току по его дополнительному токовому входу 21 в 2 раза.In the drawing, FIG. 2, in accordance with claim 2 of the claims, the current transfer ratios at the main input 14 of the first 10 current mirror are 2 times greater than the current transfer ratio at its additional current input 20, and the current transfer ratios at the main input 15 of the second 12 current the mirror is 2 times greater than the current transfer coefficient at its additional current input 21.

Рассмотрим работу заявляемого устройства фиг. 2.Consider the operation of the device according to FIG. 2.

Изменение входного синфазного сигнала uc=uc1=uc2 приводит к изменению токов стока первого 16 и второго 18 дополнительных полевых транзисторов на величины 2i01 и 2i02, которые передаются на основной выход 3 устройства по двум дополнительным компенсирующим каналам, организованным в первом 10 и втором 12 токовых зеркалах. При этом для выходов первого 10 и второго 12 токовых зеркал и нагрузки Rн в схеме фиг. 2 справедливы следующие токовые соотношенияA change in the input common-mode signal u c = u c1 = u c2 leads to a change in the drain currents of the first 16 and second 18 additional field-effect transistors by the values 2i 01 and 2i 02 , which are transmitted to the main output 3 of the device through two additional compensating channels organized in the first 10 and the second 12 current mirrors. In this case, for the outputs of the first 10 and second 12 current mirrors and the load R n in the circuit of FIG. 2 the following current ratios are valid

iвых.10 = Ki1.1i01-2Ki1.2i02, (1)i out 10 = K i1.1 i 01 -2K i1.2 i 02 , (1)

iвых.12 = 2Ki2.2i01-Ki2.1i02, (2)i out 12 = 2K i2.2 i 01 -K i2.1 i 02 , (2)

iн = iвых.10 – iвых.12, (3)i n = i out 10 - i out 12, (3)

где Ki1.1, Ki1.2, Ki2.2, Ki2.1 - коэффициенты передачи по току первого 10 и второго 12 токовых зеркал по основным 14 и 15, а также дополнительным 20 и 21 входам;where K i1.1 , K i1.2 , K i2.2 , K i2.1 - current transfer coefficients of the first 10 and second 12 current mirrors on the main 14 and 15, as well as additional 20 and 21 inputs;

i01, i02 - приращение токов стока первого 16 и второго 18 дополнительных полевых транзисторов, обусловленные конечными значениями их выходных сопротивлений. Причемi 01 , i 02 - increment of drain currents of the first 16 and second 18 additional field-effect transistors, due to the final values of their output resistances. Moreover

Figure 00000001
(4)
Figure 00000001
(4)

Figure 00000002
(5)
Figure 00000002
(five)

где R17, R19 – сопротивления первого 17 и второго 19 вспомогательных резисторов,where R 17 , R 19 are the resistances of the first 17 and second 19 auxiliary resistors,

μ - коэффициент внутренней обратной связи полевых транзисторов 16 и 18, учитывающий влияние изменений напряжений на стоках этих транзисторов на смещение их стоко-затворных характеристик при постоянном токе стока:μ is the coefficient of internal feedback of field-effect transistors 16 and 18, taking into account the effect of voltage changes at the drains of these transistors on the displacement of their drain-gate characteristics at a constant drain current:

Figure 00000003
. (6)
Figure 00000003
... (6)

Из уравнений (1)-(5) следует, что за счет выбора коэффициентов передачи Ki1.1=-1, Ki1.2=-0,5, Ki2.2=-0,5, Ki2.1=-1, в схеме фиг. 2 обеспечивается нулевая проводимость передачи gcm входного синфазного сигнала uc=uc1=uc2 к основному выходу устройства 3From equations (1) - (5) it follows that due to the choice of the transmission coefficients K i1.1 = -1, K i1.2 = -0.5, K i2.2 = -0.5, K i2.1 = -1, in the circuit of FIG. 2 provides zero conductivity of the transmission g cm of the input common-mode signal u c = u c1 = u c2 to the main output of device 3

Figure 00000004
Figure 00000004

В результате, Кос.сф ОУ фиг. 2 существенно возрастает, так как:As a result, K os.sf OU FIG. 2 increases significantly, since:

Figure 00000005
, (7)
Figure 00000005
, (7)

где Кd –коэффициент передачи дифференциального входного сигнала ОУ фиг. 1 со входов 1, 2 устройства на основной выход 3;where K d is the transmission coefficient of the differential input signal of the op-amp FIG. 1 from inputs 1, 2 devices to main output 3;

Kс.сф – коэффициент передачи входного синфазного сигнала со входов 1, 2 устройства uc=uc1=uc2 на основной выход 3.K с.сф - transmission coefficient of the input common-mode signal from inputs 1, 2 of the device u c = u c1 = u c2 to the main output 3.

Для рассматриваемой схемы ОУ For the considered OA circuit

Figure 00000006
(8)
Figure 00000006
(8)

Figure 00000007
(9)
Figure 00000007
(nine)

Figure 00000008
(10)
Figure 00000008
(ten)

где Sd – крутизна передачи входного дифференциального напряжения uвх=uс1=uс2 на первом 1 и втором 2 входах устройства на основной выход 3 ОУ;where S d is the slope of the transmission of the input differential voltage u in = u c1 = u c2 at the first 1 and second 2 inputs of the device to the main output 3 of the OS;

gcm<<Sd – крутизна передачи входного синфазного сигнала uc=uc1=uc2 на основной выход 3 ОУ.g cm << S d is the slope of the transmission of the input common-mode signal u c = u c1 = u c2 to the main output 3 of the op amp.

Таким образом, как следует из формулы (9), минимизация Kс.сф в предлагаемом устройстве существенно повышает его синфазную помехоустойчивость (10). Следовательно, заявляемый ОУ обладает существенным преимуществом по Kос.сф в сравнении с ОУ-прототипом.Thus, as follows from formula (9), minimization of K s.sf in the proposed device significantly increases its in-phase noise immunity (10). Consequently, the claimed op-amp has a significant advantage in terms of K os.sf in comparison with the prototype op-amp.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКBIBLIOGRAPHIC LIST

1. Заявка на патент US 2006/0125522, fig.1a, fig.3, 2006 г.1. Patent application US 2006/0125522, fig.1a, fig.3, 2006

2. Заявка на патент US 2005/0024140, fig.12, 2005 г.2. Patent application US 2005/0024140, fig. 12, 2005.

3. Патент US 5.714.906, fig. 1a, 1998 г.3. Patent US 5.714.906, fig. 1a, 1998

4. Патент US 7.915.948, fig. 6, fig. 10, 2011 г.4. Patent US 7.915.948, fig. 6, fig. 10, 2011

5. Патент US 4.783.637, fig. 1, 1988 г.5. US patent 4.783.637, fig. 1, 1988

6. Патент US 5.515.005, fig.1, fig. 2, 1996 г.6. Patent US 5.515.005, fig. 1, fig. 2, 1996

7. Патент SU № 1220105, 1984 г.7. Patent SU No. 1220105, 1984

8. Патент US 3.968.451, fig.7, 1976 г.8. Patent US 3.968.451, fig. 7, 1976

9. Патент US 5.374.897, fig. 3, 1994 г.9. Patent US 5.374.897, fig. 3, 1994

10. Патент US 6.504.419, fig. 2, 2003 г.10. US patent 6.504.419, fig. 2, 2003

11. Патент US 5.512.859, fig. 1, 1996 г.11. Patent US 5.512.859, fig. 1, 1996

12. Патент US 4.636.743, fig. 1,1987 г.12. US Patent 4,636,743, fig. 1.1987

13. Патент US 6.268.769, fig. 3, 2001 г.13. US Patent 6,268,769, fig. 3, 2001

14. Патент US 3.974.455, fig. 7, 1976 г.14. Patent US 3.974.455, fig. 7, 1976

15. Патент US 5.291.149, 1994 г.15. Patent US 5.291.149, 1994

16. Авт. свид. СССР № 53042516. Auth. wit. USSR No. 530425

17. Патент US 5.814.953, 1998 г.17. Patent US 5.814.953, 1998

18. Патент US 5.225.791, 1993 г.18. Patent US 5.225.791, 1993

19. Авт. свид. СССР № 61128819. Auth. wit. USSR No. 611288

20. Патент US 6.794.940, fig. 1, 2004 г.20. US patent 6.794.940, fig. 1, 2004

21. Патентная заявка US 2006/0226908, fig. 4, 2006 г.21. Patent Application US 2006/0226908, fig. 4, 2006

22. Патентная заявка US 2001/0052818, fig. 1, 2001 г.22. Patent Application US 2001/0052818, fig. 1, 2001

23. Заявка на патент US 2004/0174216, fig. 1, fig. 2, 2004 г.23. Patent Application US 2004/0174216, fig. 1, fig. 2, 2004

24. Патент EP 1150423, fig.2, 2001 г.24. Patent EP 1150423, fig. 2, 2001.

25. Патентная заявка US 2003/0206060, fig. 1, 2003 г.25. Patent application US 2003/0206060, fig. 1, 2003

26. Патент US 6.642.789, fig. 1, 2003 г.26. Patent US 6.642.789, fig. 1, 2003

27. Патент US 4.377.789, fig. 1, 1983 г.27. Patent US 4,377,789, fig. 1, 1983

28. Патент US 6.100.762, fig. 1, 2000 г.28. Patent US 6.100.762, fig. 1, 2000

29. Патент US 5.909.146, fig. 5, 1999 г.29. Patent US 5.909.146, fig. 5, 1999

30. Патент US 5.621.357, fig. 4, 1997 г.30. Patent US 5.621.357, fig. 4, 1997

31. Патент US 6.844.781, fig.2, 2005 г.31. Patent US 6.844.781, fig. 2, 2005

32.O. V. Dvornikov, V. L. Dziatlau, N. N. Prokopenko, K. O. Petrosiants, N. V. Kozhukhov and V. A. Tchekhovski, "The accounting of the simultaneous exposure of the low temperatures and the penetrating radiation at the circuit simulation of the BiJFET analog interfaces of the sensors," 2017 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON), Astana, 2017, pp. 1-6. DOI: 10.1109/SIBCON.2017.7998507.32.O. V. Dvornikov, VL Dziatlau, NN Prokopenko, KO Petrosiants, NV Kozhukhov and VA Tchekhovski, "The accounting of the simultaneous exposure of the low temperatures and the penetrating radiation at the circuit simulation of the BiJFET analog interfaces of the sensors," 2017 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON), Astana, 2017, pp. 1-6. DOI: 10.1109 / SIBCON.2017.7998507.

Claims (2)

1. Низкотемпературный операционный усилитель с повышенным ослаблением входного синфазного сигнала на комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n переходом, содержащий первый (1) и второй (2) входы устройства, основной выход (3) устройства, первый (4) и второй (5) входные полевые транзисторы с объединенными истоками, третий (6) и четвертый (7) входные полевые транзисторы с объединенными истоками, первый (8) источник опорного тока, связанный с объединенными истоками первого (4) и второго (5) входных полевых транзисторов, второй (9) источник опорного тока, связанный с объединенными истоками третьего (6) и четвертого (7) входных полевых транзисторов, первое (10) токовое зеркало, согласованное с первой (11) шиной источника питания, второе (12) токовое зеркало, согласованное со второй (13) шиной источника питания, причем первый (1) вход устройства соединён с затворами первого (4) и третьего (6) входных полевых транзисторов, второй (2) вход устройства соединен с затворами второго (5) и четвертого (7) входных полевых транзисторов, сток второго (5) входного полевого транзистора подключен к основному входу (14) первого (10) токового зеркала, сток четвертого (7) входного полевого транзистора связан с основным входом (15) второго (12) токового зеркала, выходы первого (10) и второго (12) токовых зеркал объединены и подключены к основному выходу (3) устройства, сток первого (4) входного полевого транзистора согласован с первой (11) шиной источниками питания, а сток третьего (6) входного полевого транзистора согласован со второй (13) шиной источника питания, отличающийся тем, что первый (8) источник опорного тока реализован на основе первого (16) дополнительного полевого транзистора, исток которого соединен с затвором первого (16) дополнительного полевого транзистора через первый вспомогательный резистор (17), а сток соединен с объединенными истоками первого (4) и второго (5) входных полевых транзисторов, второй (9) источник опорного тока реализован на основе второго (18) дополнительного полевого транзистора, исток которого соединен с затвором второго (18) дополнительного полевого транзистора через второй вспомогательный резистор (19), а сток соединен с объединенными истоками третьего (6) и четвертого (7) входных полевых транзисторов, причем в первом (10) токовом зеркале предусмотрен дополнительный токовый вход (20), связанный с затвором второго (18) дополнительного полевого транзистора, а во втором (12) токовом зеркале предусмотрен дополнительный токовый вход (21), связанный с затвором первого (16) дополнительного полевого транзистора.1. Low-temperature operational amplifier with increased attenuation of the input in-phase signal on complementary field-effect transistors with a control pn junction, containing the first (1) and second (2) device inputs, the main output (3) of the device, the first (4) and second (5) input field-effect transistors with combined sources, the third (6) and fourth (7) input field-effect transistors with combined sources, the first (8) reference current source associated with the combined sources of the first (4) and second (5) input field-effect transistors, the second (9 ) a reference current source associated with the combined sources of the third (6) and fourth (7) input field-effect transistors, the first (10) current mirror matched with the first (11) power supply bus, the second (12) current mirror matched with the second ( 13) by the power supply bus, the first (1) input of the device is connected to the gates of the first (4) and third (6) input field-effect transistors, the second (2) input of the device is connected to the gates of the second (5) and fourth (7) input field-effect transistors, the drain of the second (5) input field-effect transistor is connected to the main input (14) of the first (10) current mirror, the drain of the fourth (7) input field-effect transistor is connected to the main input (15) of the second (12) current mirror, the outputs of the first (10) and second (12) current mirrors are combined and connected to the main output (3) of the device, the drain of the first (4) input field-effect transistor is matched to the first (11) bus by power supplies, and the drain of the third (6) the input field-effect transistor is matched to the second (13) power supply bus, characterized in that the first (8) reference current source is implemented on the basis of the first (16) additional field-effect transistor, the source of which is connected to the gate of the first (16) additional field-effect transistor through the first auxiliary resistor (17), and the drain is connected to the combined sources of the first (4) and second (5) input field-effect transistors, the second (9) reference current source is implemented based on the second (18) an additional field-effect transistor, the source of which is connected to the gate of the second (18) additional field-effect transistor through the second auxiliary resistor (19), and the drain is connected to the combined sources of the third (6) and fourth (7) input field-effect transistors, and in the first ( 10) the current mirror provides an additional current input (20) connected to the gate of the second (18) additional field-effect transistor, and the second (12) current mirror provides an additional current input (21) connected to the gate of the first (16) additional field-effect transistor. 2. Низкотемпературный операционный усилитель по п. 1, отличающийся тем, что коэффициенты передачи по току по основному входу (14) первого (10) токового зеркала больше коэффициента передачи по току по его дополнительному токовому входу (20) в 2 раза, а коэффициенты передачи по току по основному входу (15) второго (12) токового зеркала больше коэффициента передачи по току по его дополнительному токовому входу (21) в 2 раза. 2. Low-temperature operational amplifier according to claim 1, characterized in that the current transfer coefficients at the main input (14) of the first (10) current mirror are 2 times greater than the current transfer coefficient at its additional current input (20), and the transfer coefficients the current at the main input (15) of the second (12) current mirror is 2 times greater than the current transfer coefficient at its additional current input (21).
RU2020104005A 2020-01-30 2020-01-30 Low-temperature operational amplifier with high attenuation of input in-phase signal on complementary field-effect transistors with control p-n junction RU2732583C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020104005A RU2732583C1 (en) 2020-01-30 2020-01-30 Low-temperature operational amplifier with high attenuation of input in-phase signal on complementary field-effect transistors with control p-n junction

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020104005A RU2732583C1 (en) 2020-01-30 2020-01-30 Low-temperature operational amplifier with high attenuation of input in-phase signal on complementary field-effect transistors with control p-n junction

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2732583C1 true RU2732583C1 (en) 2020-09-21

Family

ID=72922222

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020104005A RU2732583C1 (en) 2020-01-30 2020-01-30 Low-temperature operational amplifier with high attenuation of input in-phase signal on complementary field-effect transistors with control p-n junction

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2732583C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2771316C1 (en) * 2021-12-09 2022-04-29 Общество с ограниченной ответственностью "Центр инновационных разработок ВАО" Gallium buffer amplifier
RU2789756C1 (en) * 2022-03-17 2023-02-09 Общество с ограниченной ответственностью "Центр инновационных разработок ВАО" Gallium arsenide differential stage with an amplification steepness multiplier

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7030696B2 (en) * 2004-02-24 2006-04-18 Fujitsu Limited Differential amplifier and semiconductor device
US20060125522A1 (en) * 2004-11-25 2006-06-15 Erwin Krug Output stage, amplifier control loop and use of the output stage
RU2419197C1 (en) * 2010-02-02 2011-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") Differential amplifier with increased amplification factor as to voltage
RU2624565C1 (en) * 2016-02-11 2017-07-04 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Instrument amplifier for work at low temperatures

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7030696B2 (en) * 2004-02-24 2006-04-18 Fujitsu Limited Differential amplifier and semiconductor device
US20060125522A1 (en) * 2004-11-25 2006-06-15 Erwin Krug Output stage, amplifier control loop and use of the output stage
RU2419197C1 (en) * 2010-02-02 2011-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") Differential amplifier with increased amplification factor as to voltage
RU2624565C1 (en) * 2016-02-11 2017-07-04 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Instrument amplifier for work at low temperatures

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2771316C1 (en) * 2021-12-09 2022-04-29 Общество с ограниченной ответственностью "Центр инновационных разработок ВАО" Gallium buffer amplifier
RU2789756C1 (en) * 2022-03-17 2023-02-09 Общество с ограниченной ответственностью "Центр инновационных разработок ВАО" Gallium arsenide differential stage with an amplification steepness multiplier

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2624565C1 (en) Instrument amplifier for work at low temperatures
Arnaud et al. Nanowatt, sub-nS OTAs, with sub-10-mV input offset, using series-parallel current mirrors
KR950004709A (en) MOS Differential Voltage-to-Current Conversion Circuit
RU2688225C1 (en) Differential amplifier on complementary field-effect transistors with control p-n junction
RU2566963C1 (en) Differential input stage of high-speed operational amplifier for cmos technological processes
RU2732583C1 (en) Low-temperature operational amplifier with high attenuation of input in-phase signal on complementary field-effect transistors with control p-n junction
RU2684489C1 (en) Buffer amplifier on complementary field-effect transistors with control p-n junction for operation at low temperatures
RU2677401C1 (en) Bipolar-field buffer amplifier
RU2741056C1 (en) Radiation-resistant and low-temperature operational amplifier on complementary field-effect transistors
RU2721943C1 (en) Low-temperature input stage of operational amplifier with high attenuation of input common-mode signal on complementary field-effect transistors with control p-n junction
RU2710847C1 (en) Differential cascade of ab class on complementary field transistors with control p-n junction for operation in low temperature conditions
RU2346388C1 (en) Differential amplifier
RU2741055C1 (en) Operational amplifier with &#34;floating&#34; input differential cascade on complementary field-effect transistors with control p-n junction
RU2712416C1 (en) Input differential cascade on complementary field-effect transistors for operation at low temperatures
RU2711725C1 (en) High-speed output cascade of analogue microcircuits on complementary field-effect transistors with control p-n junction for operation at low temperatures
RU2624585C1 (en) Low temperature radiation resistant multidifferencial operation amplifier
RU2687161C1 (en) Buffer amplifier for operation at low temperatures
RU2712410C1 (en) Buffer amplifier with low zero-offset voltage on complementary field-effect transistors with control p-n junction
RU2710846C1 (en) Composite transistor based on complementary field-effect transistors with control p-n junction
RU2740306C1 (en) Differential cascade of ab class with nonlinear parallel channel
RU2684473C1 (en) Differential cascade on complementary field-effect transistors
RU2670777C9 (en) Bipolar-field buffer amplifier for operating at low temperatures
RU2710923C1 (en) Buffer amplifier based on complementary field-effect transistors with control p-n junction for operation at low temperatures
RU2736549C1 (en) Differential amplifier of class ab on complementary field-effect transistors with control p-n junction
RU2621286C1 (en) Differential operational amplifier for operating at low temperatures