RU2786512C1 - Input stage of a high-speed operational amplifier with a "bended" cascode class ab - Google Patents

Input stage of a high-speed operational amplifier with a "bended" cascode class ab Download PDF

Info

Publication number
RU2786512C1
RU2786512C1 RU2022112434A RU2022112434A RU2786512C1 RU 2786512 C1 RU2786512 C1 RU 2786512C1 RU 2022112434 A RU2022112434 A RU 2022112434A RU 2022112434 A RU2022112434 A RU 2022112434A RU 2786512 C1 RU2786512 C1 RU 2786512C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transistor
output
current
terminal
pole
Prior art date
Application number
RU2022112434A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Николаевич Прокопенко
Владислав Евгеньевич Чумаков
Дмитрий Владимирович Клейменкин
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ)
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)
Application granted granted Critical
Publication of RU2786512C1 publication Critical patent/RU2786512C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: radio engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of radio engineering and can be used in the structure of various analog interfaces based on operational amplifiers (op-amps). The input stage of a high-speed operational amplifier with a "bent" class AB cascode additionally contains the first (14) and second (15) additional transistor three-poles. The control output of the first (14) additional transistor three-terminal network is connected to the first output of the second (13) current-stabilizing two-terminal network. The current output of the first (14) additional transistor three-pole is connected to the first (16) additional current output of the device. The injection terminal of the first (14) additional transistor three-terminal network is connected to the injection terminal of the first (8) transistor three-terminal network. The control output of the second (15) additional transistor three-pole is connected to the first output of the first (12) current-stabilizing two-terminal. The current output of the second (15) additional transistor three-pole is connected to the second (17) additional current output of the device. The injection terminal of the second (15) additional transistor three-pole is connected to the injection terminal of the second (9) transistor three-pole. The control output of the first (8) transistor three-pole connected to the first (4) current output of the input differential amplifier (1). The control output of the second (9) transistor three-pole is connected to the second (5) current output of the input differential amplifier (1).
EFFECT: increasing the maximum slew rate (SR) of the op-amp and ADC drivers based on them.
6 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в структуре различных аналоговых интерфейсов на базе операционных усилителей (ОУ).The invention relates to the field of radio engineering and can be used in the structure of various analog interfaces based on operational amplifiers (op-amps).

Известны схемы классических входных каскадов современных операционных усилителей [1-38], содержащих так называемый «перегнутый» каскод, который реализуется как на КМОП полевых транзисторах с индуцированным каналом, так и на биполярных транзисторах (BJT). Это одна из наиболее популярных схем в аналоговой микроэлектронике. При этом входные каскады (преобразователи напряжение-ток) рассматриваемых ОУ [1-38] выполняются в рамках десятков различных схемотехнических решений, в том числе каскодных включений.Known schemes of classical input stages of modern operational amplifiers [1-38], containing the so-called "kinked" cascode, which is implemented both on CMOS field-effect transistors with an induced channel, and on bipolar transistors (BJT). This is one of the most popular circuits in analog microelectronics. In this case, the input stages (voltage-current converters) of the considered op-amps [1-38] are performed within the framework of dozens of different circuit solutions, including cascode inclusions.

Все существующие сегодня входные каскады ОУ на основе «перегнутых» каскодов (ПК) [1-38] можно разделить на два больших подкласса:All current op-amp input stages based on "kinked" cascodes (PC) [1-38] can be divided into two large subclasses:

- схемы с двумя токостабилизирующими резисторами, определяющими статический режим выходных транзисторов ПК. Данное схемотехническое решение относится к числу наиболее популярных [1-36] и используется, например, как в зарубежных (OP-90, OP-42, AD8631), так и в российских (140УД30) серийных микросхемах;- circuits with two current-stabilizing resistors that determine the static mode of the output transistors of the PC. This circuit solution is one of the most popular [1-36] and is used, for example, both in foreign (OP-90, OP-42, AD8631) and Russian (140UD30) serial microcircuits;

- схемы с двумя транзисторными источниками опорного тока в ПК, которые часто используются для введения отрицательной обратной связи по синфазному сигналу в ОУ с парафазным выходом. Данные схемотехнические решения реализуются как на биполярных (патенты US 6.529.076, 2003 г.; US 7.714.656, фиг.3, 2010 г.; US 6.018.268, фиг. 1, 2000 г.), так и на КМОП транзисторах (патенты US 6.717.466, фиг. 1, 2004 г.; US 5.424.681, фиг. 1, 1995 г.; US 2008/0129383, фиг. 1, 2008г.). Каждый из вышеназванных подклассов ОУ характеризуется собственными недостатками и преимуществами в сравнении друг с другом.- circuits with two transistor reference current sources in a PC, which are often used to introduce negative common-mode feedback into an op-amp with a two-phase output. These circuit solutions are implemented both on bipolar (US patents 6.529.076, 2003; US 7.714.656, Fig. 3, 2010; US 6.018.268, Fig. 1, 2000) and CMOS transistors (patents US 6.717.466, Fig. 1, 2004; US 5.424.681, Fig. 1, 1995; US 2008/0129383, Fig. 1, 2008). Each of the above subclasses of OS is characterized by its own disadvantages and advantages in comparison with each other.

Заявляемый ОУ относится к первому подклассу рассматриваемых устройств.The claimed OS belongs to the first subclass of the considered devices.

Ближайшим прототипом (фиг. 1) заявляемого устройства является операционный усилитель, представленный в патенте US 4.600.893, 1986 г. Он содержит входной дифференциальный усилитель 1 с первым 2 и вторым 3 входами, а также первым 4 и вторым 5 токовыми выходами, согласованными с первой 6 шиной источника питания, вторую 7 шину источника питания, связанную с входным дифференциальным усилителем 1, первый 8 и второй 9 транзисторные трехполюсники, каждый из которых имеет управляющий вывод, инжектирующий вывод и токовый выход, причем токовый выход первого 8 транзисторного трехполюсника связан с первым 10 токовым выходом устройства, согласованным со второй 7 шиной источника питания, а токовый выход второго 9 транзисторного трехполюсника связан со вторым 11 токовым выходом устройства, согласованным со второй 7 шиной источника питания, первый 4 токовый выход входного дифференциального усилителя 1 связан с первым выводом первого 12 токостабилизирующего двухполюсника, второй 5 токовый выход входного дифференциального усилителя 1 связан с первым выводом второго 13 токостабилизирующего двухполюсника, а вторые выводы первого 12 и второго 13 токостабилизирующих двухполюсников подключены к первой 6 шине источника питания.The closest prototype (Fig. 1) of the proposed device is an operational amplifier presented in US patent 4.600.893, 1986. It contains an input differential amplifier 1 with the first 2 and second 3 inputs, as well as the first 4 and second 5 current outputs, matched with the first 6 power supply bus, the second 7 power supply bus connected to the input differential amplifier 1, the first 8 and second 9 transistor three-terminal networks, each of which has a control output, an injection output and a current output, and the current output of the first 8 transistor three-terminal network is connected to the first 10 current output of the device, matched with the second 7 power supply bus, and the current output of the second 9 transistor three-terminal connected to the second 11 current output of the device, matched with the second 7 power supply bus, the first 4 current output of the input differential amplifier 1 is connected to the first output of the first 12 current-stabilizing two-terminal network, the second 5 current output of the input differential amplifier 1 is connected to the first output of the second 13 current-stabilizing dipole, and the second conclusions of the first 12 and second 13 current-stabilizing dipole connected to the first 6 power supply bus.

Существенный недостаток ОУ с классическим «перегнутым» каскодом [1-36] состоит в том, что данная схема имеет небольшие значения максимальной скорости нарастания выходного напряжения (SR). Это связано с тем, что здесь «перегнутый» каскод работает в режиме класса «А», и как показано в [37,38], егоA significant disadvantage of an op-amp with a classic "bent" cascode [1-36] is that this circuit has small values of the maximum slew rate (SR). This is due to the fact that here the "kinked" cascode operates in the "A" class mode, and as shown in [37,38], its

Figure 00000001
Figure 00000001

где Imax - максимальный выходной ток ПК, перезаряжающий емкость интегрирующего корректирующего конденсатора Ск.where I max is the maximum output current of the PC, recharging the capacitance of the integrating corrective capacitor C to .

Основная задача предполагаемого изобретения состоит в создании входного дифференциального каскада для работы в структуре различных быстродействующих операционных усилителей с промежуточным «перегнутым» каскодом, функционирующим в режиме класса «АВ». Это позволит существенно повысить SR ОУ и драйверов АЦП на их основе.The main objective of the proposed invention is to create an input differential stage for operation in the structure of various high-speed operational amplifiers with an intermediate "kinked" cascode operating in the "AB" class mode. This will significantly increase the SR of the op-amp and ADC drivers based on them.

Поставленная задача решается тем, что во входном каскаде операционного усилителя фиг. 1, содержащем входной дифференциальный усилитель 1 с первым 2 и вторым 3 входами, а также первым 4 и вторым 5 токовыми выходами, согласованными с первой 6 шиной источника питания, вторую 7 шину источника питания, связанную с входным дифференциальным усилителем 1, первый 8 и второй 9 транзисторные трехполюсники, каждый из которых имеет управляющий вывод, инжектирующий вывод и токовый выход, причем токовый выход первого 8 транзисторного трехполюсника связан с первым 10 токовым выходом устройства, согласованным со второй 7 шиной источника питания, а токовый выход второго 9 транзисторного трехполюсника связан со вторым 11 токовым выходом устройства, согласованным со второй 7 шиной источника питания, первый 4 токовый выход входного дифференциального усилителя 1 связан с первым выводом первого 12 токостабилизирующего двухполюсника, второй 5 токовый выход входного дифференциального усилителя 1 связан с первым выводом второго 13 токостабилизирующего двухполюсника, а вторые выводы первого 12 и второго 13 токостабилизирующих двухполюсников подключены к первой 6 шине источника питания, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введены первый 14 и второй 15 дополнительные транзисторные трехполюсники, управляющий вывод первого 14 дополнительного транзисторного трехполюсника связан с первым выводом второго 13 токостабилизирующего двухполюсника, токовый выход первого 14 дополнительного транзисторного трехполюсника соединен с первым 16 дополнительным токовым выходом устройства, инжектирующий вывод первого 14 дополнительного транзисторного трехполюсника связан с инжектирующим выводом первого 8 транзисторного трехполюсника, управляющий вывод второго 15 дополнительного транзисторного трехполюсника подключен к первому выводу первого 12 токостабилизирующего двухполюсника, токовый выход второго 15 дополнительного транзисторного трехполюсника соединен со вторым 17 дополнительным токовым выходом устройства, инжектирующий вывод второго 15 дополнительного транзисторного трехполюсника связан с инжектирующим выводом второго 9 транзисторного трехполюсника, причем управляющий вывод первого 8 транзисторного трехполюсника соединен с первым 4 токовым выходом входного дифференциального усилителя 1, а управляющий вывод второго 9 транзисторного трехполюсника соединен со вторым 5 токовым выходом входного дифференциального усилителя 1.The problem is solved by the fact that in the input stage of the operational amplifier of Fig. 1, containing an input differential amplifier 1 with the first 2 and second 3 inputs, as well as the first 4 and second 5 current outputs, matched with the first 6 power supply bus, the second 7 power supply bus associated with the input differential amplifier 1, the first 8 and the second 9 transistor tripoles, each of which has a control output, an injection terminal and a current output, and the current output of the first 8 transistor tripole is connected to the first 10 current output of the device, matched with the second 7 bus of the power source, and the current output of the second 9 transistor tripole is connected to the second 11 current output of the device, matched with the second 7 power supply bus, the first 4 current output of the input differential amplifier 1 is connected to the first output of the first 12 current-stabilizing two-terminal network, the second 5 current output of the input differential amplifier 1 is connected to the first output of the second 13 current-stabilizing two-terminal network, and the second outputs first 12 and of the second 13 current-stabilizing two-terminal devices are connected to the first 6 bus of the power source, new elements and connections are provided - the first 14 and second 15 additional transistor three-terminal networks are introduced into the circuit, the control output of the first 14 additional transistor three-terminal network is connected to the first output of the second 13 current-stabilizing two-terminal network, the current output of the first 14 additional transistor three-pole is connected to the first 16 additional current output of the device, the injection output of the first 14 additional transistor three-pole is connected to the injection output of the first 8 transistor three-pole, the control output of the second 15 additional transistor three-pole is connected to the first output of the first 12 current-stabilizing two-terminal, the current output of the second 15 additional transistor three-pole is connected to the second 17 additional current output of the device, the injecting output of the second 15 additional transistor three-pole sv is connected with the injection output of the second 9 transistor three-terminal network, and the control output of the first 8 transistor three-terminal network is connected to the first 4 current output of the input differential amplifier 1, and the control output of the second 9 transistor three-terminal network is connected to the second 5 current output of the input differential amplifier 1.

На чертеже фиг. 1 представлена схема входного каскада операционного усилителя на основе «перегнутого» каскода - прототипа.In the drawing of FIG. 1 shows a diagram of the input stage of an operational amplifier based on a "bent" cascode - a prototype.

На чертеже фиг. 2 показана схема входного каскада заявляемого быстродействующего операционного усилителя с «перегнутым» каскодом класса АВ по п. 1 и п. 2 формулы изобретения для случая, когда первый 8 и второй 9 транзисторные трехполюсники выполнены на биполярных транзисторах, а первый 14 и второй 15 дополнительные транзисторные трехполюсники - на полевых транзисторах с управляющим p-n переходом.In the drawing of FIG. 2 shows a diagram of the input stage of the inventive high-speed operational amplifier with a "kinked" class AB cascode according to claim 1 and claim 2 for the case when the first 8 and second 9 transistor three-terminal circuits are made on bipolar transistors, and the first 14 and second 15 are additional transistor tripoles - on field-effect transistors with a control p-n junction.

На чертеже фиг. 3 приведена схема входного каскада заявляемого быстродействующего операционного усилителя с «перегнутым» каскодом класса АВ по п. 3 формулы изобретения для случая, когда первый 8 и второй 9 транзисторные трехполюсники выполнены на биполярных транзисторах, а первый 14 и второй 15 дополнительные транзисторные трехполюсники - на полевых транзисторах с управляющим p-n переходом при реализации первой 21 и второй 22 цепей согласования потенциалов в виде резисторов.In the drawing of FIG. 3 shows a diagram of the input stage of the inventive high-speed operational amplifier with a "kinked" class AB cascode according to claim 3 of the claims for the case when the first 8 and second 9 transistor tripoles are made on bipolar transistors, and the first 14 and second 15 additional transistor tripoles are on field transistors with a control p-n junction when implementing the first 21 and second 22 potential matching circuits in the form of resistors.

На чертеже фиг. 4 представлена схема входного каскада заявляемого быстродействующего операционного усилителя с «перегнутым» каскодом класса АВ по п. 4 формулы изобретения для случая, когда первый 8 и второй 9 транзисторные трехполюсники, первый 14 и второй 15 дополнительные транзисторные трехполюсники выполнены на КМОП транзисторах, а первая 21 и вторая 22 цепи согласования потенциалов выполнены в виде резисторов.In the drawing of FIG. 4 shows a diagram of the input stage of the inventive high-speed operational amplifier with a "kinked" class AB cascode according to claim 4 of the claims for the case when the first 8 and second 9 transistor three-terminal networks, the first 14 and the second 15 additional transistor three-terminal networks are made on CMOS transistors, and the first 21 and the second 22 potential matching circuits are made in the form of resistors.

На чертеже фиг. 5 показана схема входного каскада заявляемого быстродействующего операционного усилителя с «перегнутым» каскодом класса АВ по п. 5 формулы изобретения для случая, когда первый 8 и второй 9 транзисторные трехполюсники, первый 14 и второй 15 дополнительные транзисторные трехполюсники выполнены на КМОП транзисторах, а первая 21 и вторая 22 цепи согласования потенциалов реализованы на первом 23 и втором 24 вспомогательных КМОП транзисторах.In the drawing of FIG. 5 shows a diagram of the input stage of the inventive high-speed operational amplifier with a "kinked" class AB cascode according to claim 5 of the claims for the case when the first 8 and second 9 transistor three-poles, the first 14 and second 15 additional transistor three-poles are made on CMOS transistors, and the first 21 and the second 22 potential matching circuits are implemented on the first 23 and second 24 auxiliary CMOS transistors.

На чертеже фиг. 6 приведена схема входного каскада заявляемого быстродействующего операционного усилителя с «перегнутым» каскодом класса АВ по п. 6 формулы изобретения для случая, когда первый 8 и второй 9 транзисторные трехполюсники, первый 14 и второй 15 дополнительные транзисторные трехполюсники выполнены на КМОП транзисторах со встроенным каналом.In the drawing of FIG. 6 shows a diagram of the input stage of the inventive high-speed operational amplifier with a "bent" class AB cascode according to claim 6 of the claims for the case when the first 8 and second 9 transistor three-poles, the first 14 and the second 15 additional transistor three-poles are made on CMOS transistors with a built-in channel.

На чертеже фиг. 7 представлен статический режим заявляемого входного каскада быстродействующего ОУ фиг. 2 в среде LTSpice на моделях GaAs транзисторов при 27°С, источнике опорного тока I1=200мкА, резисторах R1=R2=20кОм, напряжениях на шинах питания V1=V2=±5В.In the drawing of FIG. 7 shows the static mode of the inventive input stage of the high-speed operational amplifier of FIG. 2 in LTSpice environment on GaAs transistor models at 27°С, reference current source I1=200mkA, resistors R1=R2=20kΩ, voltages on the power buses V1=V2=±5V.

На чертеже фиг. 8 показана зависимость выходных токов входного каскада фиг. 7 от входного напряжения при разных значениях сопротивлений резисторов R1 и R2: R1=R2=10 кОм (а), R1=R2=20 кОм (б).In the drawing of FIG. 8 shows the output currents of the input stage of FIG. 7 from the input voltage at different values of the resistances of the resistors R1 and R2: R1=R2=10 kOhm (a), R1=R2=20 kOhm (b).

Входной каскад быстродействующего операционного усилителя с «перегнутым» каскодом класса АВ фиг. 2 входной дифференциальный усилитель 1 с первым 2 и вторым 3 входами, а также первым 4 и вторым 5 токовыми выходами, согласованными с первой 6 шиной источника питания, вторую 7 шину источника питания, связанную с входным дифференциальным усилителем 1, первый 8 и второй 9 транзисторные трехполюсники, каждый из которых имеет управляющий вывод, инжектирующий вывод и токовый выход, причем токовый выход первого 8 транзисторного трехполюсника связан с первым 10 токовым выходом устройства, согласованным со второй 7 шиной источника питания, а токовый выход второго 9 транзисторного трехполюсника связан со вторым 11 токовым выходом устройства, согласованным со второй 7 шиной источника питания, первый 4 токовый выход входного дифференциального усилителя 1 связан с первым выводом первого 12 токостабилизирующего двухполюсника, второй 5 токовый выход входного дифференциального усилителя 1 связан с первым выводом второго 13 токостабилизирующего двухполюсника, а вторые выводы первого 12 и второго 13 токостабилизирующих двухполюсников подключены к первой 6 шине источника питания. В схему введены первый 14 и второй 15 дополнительные транзисторные трехполюсники, управляющий вывод первого 14 дополнительного транзисторного трехполюсника связан с первым выводом второго 13 токостабилизирующего двухполюсника, токовый выход первого 14 дополнительного транзисторного трехполюсника соединен с первым 16 дополнительным токовым выходом устройства, инжектирующий вывод первого 14 дополнительного транзисторного трехполюсника связан с инжектирующим выводом первого 8 транзисторного трехполюсника, управляющий вывод второго 15 дополнительного транзисторного трехполюсника подключен к первому выводу первого 12 токостабилизирующего двухполюсника, токовый выход второго 15 дополнительного транзисторного трехполюсника соединен со вторым 17 дополнительным токовым выходом устройства, инжектирующий вывод второго 15 дополнительного транзисторного трехполюсника связан с инжектирующим выводом второго 9 транзисторного трехполюсника, причем управляющий вывод первого 8 транзисторного трехполюсника соединен с первым 4 токовым выходом входного дифференциального усилителя 1, а управляющий вывод второго 9 транзисторного трехполюсника соединен со вторым 5 токовым выходом входного дифференциального усилителя 1.The input stage of a high-speed operational amplifier with a "kinked" class AB cascode of Fig. 2 input differential amplifier 1 with the first 2 and second 3 inputs, as well as the first 4 and second 5 current outputs, matched with the first 6 power supply bus, the second 7 power supply bus associated with the input differential amplifier 1, the first 8 and second 9 transistor three-terminal networks, each of which has a control output, an injection output and a current output, and the current output of the first 8 transistor three-terminal network is connected to the first 10 current output of the device, matched with the second 7 bus of the power source, and the current output of the second 9 transistor three-terminal network is connected to the second 11 current device output, matched with the second 7 power supply bus, the first 4 current output of the input differential amplifier 1 is connected to the first output of the first 12 current-stabilizing two-pole, the second 5 current output of the input differential amplifier 1 is connected to the first output of the second 13 current-stabilizing two-terminal, and the second conclusions of the first 12 and the second 13 t ocostabilizing two-terminal devices are connected to the first 6 bus of the power supply. The first 14 and second 15 additional transistor three-terminal networks are introduced into the circuit, the control output of the first 14 additional transistor three-terminal network is connected to the first output of the second 13 current-stabilizing two-terminal network, the current output of the first 14 additional transistor three-terminal network is connected to the first 16 additional current output of the device, injecting the output of the first 14 additional transistor three-terminal connected to the injection output of the first 8 transistor tripole, the control output of the second 15 additional transistor tripole is connected to the first output of the first 12 current-stabilizing two-terminal, the current output of the second 15 additional transistor tripole is connected to the second 17 additional current output of the device, the injection output of the second 15 additional transistor tripole is connected with the injection output of the second 9 transistor three-terminal network, and the control output of the first 8 transistor three-terminal network a is connected to the first 4 current output of the input differential amplifier 1, and the control output of the second 9 transistor three-pole is connected to the second 5 current output of the input differential amplifier 1.

На чертеже фиг.2, в соответствии с п. 2 формулы изобретения, в качестве первого 8 и второго 9 транзисторных трехполюсников используются биполярные транзисторы, а в качестве первого 14 и второго 15 дополнительных транзисторных трехполюсников используются полевые транзисторы с управляющим p-n переходом.In the drawing figure 2, in accordance with paragraph 2 of the claims, bipolar transistors are used as the first 8 and second 9 transistor tripoles, and field effect transistors with a control p-n junction are used as the first 14 and second 15 additional transistor tripoles.

На чертеже фиг. 3, в соответствии с п. 3 формулы изобретения, первый 4 токовый выход входного дифференциального усилителя 1 связан с первым выводом первого 12 токостабилизирующего двухполюсника через первую 21 цепь согласования потенциалов, а второй 5 токовый выход входного дифференциального усилителя 1 связан с первым выводом второго 13 токостабилизирующего двухполюсника через вторую 22 цепь согласования потенциалов.In the drawing of FIG. 3, in accordance with paragraph 3 of the claims, the first 4 current output of the input differential amplifier 1 is connected to the first output of the first 12 current-stabilizing two-terminal network through the first 21 potential matching circuit, and the second 5 current output of the input differential amplifier 1 is connected to the first output of the second 13 current-stabilizing two-terminal network through the second 22 potential matching circuit.

На чертеже фиг. 4, в соответствии с п. 4 формулы изобретения, в качестве первого 8 и второго 9 транзисторных трехполюсников, а также первого 14 и второго 15 дополнительных транзисторных трехполюсников используются КМОП полевые транзисторы с индуцированным каналом.In the drawing of FIG. 4, in accordance with paragraph 4 of the claims, as the first 8 and second 9 transistor tripoles, as well as the first 14 and second 15 additional transistor tripoles, CMOS field-effect transistors with an induced channel are used.

На чертеже фиг. 5, в соответствии с п. 5 формулы изобретения, первая 21 и вторая 22 цепи согласования потенциалов выполнены на первом 23 и втором 24 вспомогательных КМОП транзисторах с индуцированным каналом, у каждого из которых затвор соединен со стоком.In the drawing of FIG. 5, in accordance with paragraph 5 of the claims, the first 21 and second 22 potential matching circuits are made on the first 23 and second 24 auxiliary CMOS transistors with an induced channel, each of which has a gate connected to a drain.

На чертеже фиг. 6, в соответствии с п. 6 формулы изобретения, в качестве первого 8 и второго 9 транзисторных трехполюсников, а также в качестве первого 14 и второго 15 дополнительных транзисторных трехполюсников используются КМОП транзисторы со встроенным каналомIn the drawing of FIG. 6, in accordance with paragraph 6 of the claims, as the first 8 and second 9 transistor three-poles, as well as the first 14 and second 15 additional transistor three-poles, CMOS transistors with a built-in channel are used

Компьютерное моделирование входного каскада - прототипа фиг. 1 показывает, что в данной схеме при R12=R13=3,5 КОм, Ес=3 В, I1=200 мкА, выходной статический ток равен 100 мкА, а максимальный выходной ток ДК Iвых.max =182 мкА. Таким образом, ДК-прототип работает в режиме класса «А», что является его недостатком.Computer simulation of the input stage - the prototype of FIG. 1 shows that in this circuit, with R12=R13=3.5 KΩ, E c =3 V, I 1 =200 μA, the output static current is 100 μA, and the maximum DC output current I out max =182 μA. Thus, DC-prototype operates in class "A", which is its disadvantage.

Рассмотрим работу схемы на чертеже фиг. 2 для случая, когда второй вход 3 связан с общей шиной источника питания, а на первый 2 вход подается напряжение источника сигнала. При этом ток цепи первого 4 токового выхода увеличивается, а цепи второго 5 токового выхода уменьшается. Как следствие, увеличивается падение напряжения на первом 12 токостабилизирующем двухполюснике, уменьшается напряжение на втором 13 токостабилизирующем двухполюснике и увеличивается напряжение между затвором и базой первого 14 дополнительного и первого 8 транзисторных трехполюсников. Это приводит к увеличению тока в цепях первого 10 токового выхода и первого 16 дополнительного токового выхода устройства (фиг. 8).Consider the operation of the circuit in the drawing of Fig. 2 for the case when the second input 3 is connected to a common power supply bus, and the first input 2 is supplied with the voltage of the signal source. In this case, the current circuit of the first 4 current output increases, and the circuit of the second 5 current output decreases. As a result, the voltage drop on the first 12 current-stabilizing two-terminal network increases, the voltage on the second current-stabilizing two-terminal network 13 decreases, and the voltage between the gate and the base of the first 14 additional and first 8 transistor three-terminal networks increases. This leads to an increase in current in the circuits of the first 10 current output and the first 16 additional current output of the device (Fig. 8).

Особенность предлагаемой схемы фиг. 2 состоит в том, что она имеет два основных токовых выхода (первый 10 и второй 11), согласованных со второй 7 шиной источника питания, а также два дополнительных токовых выхода (первый 16 и второй 17), согласованных с первой 6 шиной источника питания. В качестве нагрузки для выходов 16-17 и 10-11 могут использоваться различные токовые зеркала, входящие в традиционную архитектуру операционного усилителя (см., например, патент US 4.757.273, фиг. 22, фиг. 23, 1988 г.; патент US 5.714.906, фиг. 9а, 1998 г., патент US 4.377.789, 1983 г., патент US 6.433.637, 2002 г. и др., а также монографию [37]).A feature of the proposed scheme of Fig. 2 is that it has two main current outputs (first 10 and second 11) matched with the second 7 power supply bus, as well as two additional current outputs (first 16 and second 17) matched with the first 6 power supply bus. As a load for outputs 16-17 and 10-11, various current mirrors included in the traditional architecture of an operational amplifier can be used (see, for example, US patent 4.757.273, Fig. 22, Fig. 23, 1988; US patent 5.714.906, Fig. 9a, 1998, US patent 4.377.789, 1983, US patent 6.433.637, 2002 and others, as well as the monograph [37]).

Библиографический списокBibliographic list

1. Патентная заявка US № 2002/0196079, fig. 1, 2002 г.1. US Patent Application No. 2002/0196079, fig. 1, 2002

2. Патент US № 4.600.893, fig. 5, fig. 6, fig. 7, 1986 г.2. US Patent No. 4,600,893, fig. 5, fig. 6, fig. 7, 1986

3. Патент US № 4.406.990, fig. 4, 1983 г.3. US patent No. 4.406.990, fig. 4, 1983

4. Патент US № 4.004.245, 1977 г.4. US patent No. 4.004.245, 1977

5. Патент US № 7.411.451, fig. 5, 2008 г.5. US patent No. 7.411.451, fig. 5, 2008

6. Патент US № 6.788.143, 2004 г.6. US Patent No. 6.788.143, 2004

7. Патент США № 5.422.600, фиг. 2, 1995 г.7. US patent No. 5.422.600, fig. 2, 1995

8. Патент США № 5.952.882, 1999 г.8. US Patent No. 5.952.882, 1999

9. Патент США № 4.723.111, 1988 г.9. US patent No. 4.723.111, 1988

10. Патент США № 4.293.824, 1981 г.10. US patent No. 4.293.824, 1981

11. Патент США № 5.323.121, 1994 г.11. US Patent No. 5.323.121, 1994

12. Патент США № 5.420.540, fig. 1, 1995 г.12. US patent No. 5.420.540, fig. 1, 1995

13. Патент RU № 2.354.041 C1, 2009 г.13. Patent RU No. 2.354.041 C1, 2009

14. Патентная заявка США № 2003/0201828, fig. 1, fig. 2, 2003 г.14. US Patent Application No. 2003/0201828, fig. 1, fig. 2, 2003

15. Патент США № 6.825.721, fig. 1, fig. 2, 2004 г.15. US patent No. 6.825.721, fig. 1, fig. 2, 2004

16. Патент США № 6.542.030, fig. 1, 2003 г.16. US patent No. 6.542.030, fig. 1, 2003

17. Патент US 6.456.162, fig. 2, 2002 г.17. Patent US 6.456.162, fig. 2, 2002

18. Патент US 6.501.333, 2002 г.18. Patent US 6.501.333, 2002

19. Патент US 6.717.466, 2004 г.19. Patent US 6.717.466, 2004

20. Патент US 4.387.309, 1983 г.20. Patent US 4.387.309, 1983

21. Патент US 4.390.850, 1983 г.21. Patent US 4.390.850, 1983

22. Патент US 5.963.085, 1999 г.22. Patent US 5.963.085, 1999

23. Патент US 4.783.637, 1988 г.23. Patent US 4.783.637, 1988

24. Патент US 5.610.577, fig 2, 1997 г.24. Patent US 5.610.577, fig 2, 1997

25. Патент US 5.734.296, fig. 5, 1998 г.25. Patent US 5.734.296, fig. 5, 1998

26. Патент US 4.463.319, 1984 г.26. Patent US 4.463.319, 1984

27. Патент US 6.304.143, fig. 3, 2001 г.27 US Pat. No. 6,304,143, fig. 3, 2001

28. Патент US 4.644.295, fig. 4, 1987 г.28. Patent US 4.644.295, fig. 4, 1987

29. Патент US 7.215.200, fig. 6, 2007 г.29. Patent US 7.215.200, fig. 6, 2007

30. Патент RU 2684500, фиг.2, 2018 г.30. Patent RU 2684500, figure 2, 2018

31. Патент RU 2592455, фиг.1, 2016 г.31. Patent RU 2592455, Fig.1, 2016

32. Патент RU 2595923, фиг.1, 2016 г.32. Patent RU 2595923, Fig.1, 2016

33. Патент RU 2592429, фиг.1, 2016 г.33. Patent RU 2592429, Fig.1, 2016

34. Патент RU 2604684, фиг.1, 2016 г.34. Patent RU 2604684, Fig.1, 2016

35. Патент RU 2321158, фиг.2, 2006 г.35. Patent RU 2321158, figure 2, 2006

36. Патент RU 2331865, фиг.2, 2008 г.36. Patent RU 2331865, Fig.2, 2008

37. Прокопенко, Н.Н. Архитектура и схемотехника быстродействующих операционных усилителей: монография / Н.Н. Прокопенко, А.С. Будяков. - Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2006. - 231 с.37. Prokopenko, N.N. Architecture and circuitry of high-speed operational amplifiers: monograph / N.N. Prokopenko, A.S. Budyakov. - Mines: YURGUES Publishing House, 2006. - 231 p.

38. Zhengrong He, Yuanjie Zhou, Jiali Xu, Yang Yang, Chenghe Wang, Guoliang Fan, “A High Speed JFET Operational Amplifier Based on Complementary Bipolar Process”, EITCE 2021: Proceedings of the 2021 5th International Conference on Electronic Information Technology and Computer Engineering, October 2021, Pages 44-49, https://doi.org/10.1145/3501409.350141838. Zhengrong He, Yuanjie Zhou, Jiali Xu, Yang Yang, Chenghe Wang, Guoliang Fan, “A High Speed JFET Operational Amplifier Based on Complementary Bipolar Process”, EITCE 2021: Proceedings of the 2021 5th International Conference on Electronic Information Technology and Computer Engineering, October 2021, Pages 44-49, https://doi.org/10.1145/3501409.3501418

Claims (6)

1. Входной каскад быстродействующего операционного усилителя с «перегнутым» каскодом класса АВ, содержащий входной дифференциальный усилитель (1) с первым (2) и вторым (3) входами, а также первым (4) и вторым (5) токовыми выходами, согласованными с первой (6) шиной источника питания, вторую (7) шину источника питания, связанную с входным дифференциальным усилителем (1), первый (8) и второй (9) транзисторные трехполюсники, каждый из которых имеет управляющий вывод, инжектирующий вывод и токовый выход, причем токовый выход первого (8) транзисторного трехполюсника связан с первым (10) токовым выходом устройства, согласованным со второй (7) шиной источника питания, а токовый выход второго (9) транзисторного трехполюсника связан со вторым (11) токовым выходом устройства, согласованным со второй (7) шиной источника питания, первый (4) токовый выход входного дифференциального усилителя (1) связан с первым выводом первого (12) токостабилизирующего двухполюсника, второй (5) токовый выход входного дифференциального усилителя (1) связан с первым выводом второго (13) токостабилизирующего двухполюсника, а вторые выводы первого (12) и второго (13) токостабилизирующих двухполюсников подключены к первой (6) шине источника питания, отличающийся тем, что в схему введены первый (14) и второй (15) дополнительные транзисторные трехполюсники, управляющий вывод первого (14) дополнительного транзисторного трехполюсника связан с первым выводом второго (13) токостабилизирующего двухполюсника, токовый выход первого (14) дополнительного транзисторного трехполюсника соединен с первым (16) дополнительным токовым выходом устройства, инжектирующий вывод первого (14) дополнительного транзисторного трехполюсника связан с инжектирующим выводом первого (8) транзисторного трехполюсника, управляющий вывод второго (15) дополнительного транзисторного трехполюсника подключен к первому выводу первого (12) токостабилизирующего двухполюсника, токовый выход второго (15) дополнительного транзисторного трехполюсника соединен со вторым (17) дополнительным токовым выходом устройства, инжектирующий вывод второго (15) дополнительного транзисторного трехполюсника связан с инжектирующим выводом второго (9) транзисторного трехполюсника, причем управляющий вывод первого (8) транзисторного трехполюсника соединен с первым (4) токовым выходом входного дифференциального усилителя (1), а управляющий вывод второго (9) транзисторного трехполюсника соединен со вторым (5) токовым выходом входного дифференциального усилителя (1).1. The input stage of a high-speed operational amplifier with a "kinked" class AB cascode, containing an input differential amplifier (1) with the first (2) and second (3) inputs, as well as the first (4) and second (5) current outputs, matched with the first (6) power supply bus, the second (7) power supply bus connected to the input differential amplifier (1), the first (8) and second (9) transistor three-terminal networks, each of which has a control output, an injection output and a current output, moreover, the current output of the first (8) transistor three-terminal network is connected to the first (10) current output of the device, consistent with the second (7) power supply bus, and the current output of the second (9) transistor three-terminal network is connected to the second (11) current output of the device, consistent with the second (7) power supply bus, the first (4) current output of the input differential amplifier (1) is connected to the first output of the first (12) current-stabilizing two-terminal network, the second (5) current output is input th differential amplifier (1) is connected to the first output of the second (13) current-stabilizing two-pole, and the second outputs of the first (12) and second (13) current-stabilizing two-terminals are connected to the first (6) power supply bus, characterized in that the first ( 14) and the second (15) additional transistor three-pole, the control output of the first (14) additional transistor three-pole is connected to the first output of the second (13) current-stabilizing two-pole, the current output of the first (14) additional transistor three-pole is connected to the first (16) additional current output of the device , the injection terminal of the first (14) additional transistor three-pole is connected to the injection terminal of the first (8) transistor three-pole, the control terminal of the second (15) additional transistor three-pole is connected to the first terminal of the first (12) current-stabilizing two-pole, the current output of the second (15) additional transistor three-pole of the second (17) additional current output of the device, the injection terminal of the second (15) additional transistor three-terminal network is connected to the injection terminal of the second (9) transistor three-terminal network, and the control output of the first (8) transistor three-terminal network is connected to the first (4) current output of the input differential amplifier (1), and the control output of the second (9) transistor three-pole is connected to the second (5) current output of the input differential amplifier (1). 2. Входной каскад быстродействующего операционного усилителя с «перегнутым» каскодом класса АВ по п.1, отличающийся тем, что в качестве первого (8) и второго (9) транзисторных трехполюсников используются биполярные транзисторы, а в качестве первого (14) и второго (15) дополнительных транзисторных трехполюсников используются полевые транзисторы с управляющим p-n переходом.2. The input stage of a high-speed operational amplifier with a “bent” class AB cascode according to claim 1, characterized in that bipolar transistors are used as the first (8) and second (9) transistor three-terminal devices, and as the first (14) and second ( 15) additional transistor three-terminal field effect transistors with a control p-n junction are used. 3. Входной каскад быстродействующего операционного усилителя с «перегнутым» каскодом класса АВ по п.1, отличающийся тем, что первый (4) токовый выход входного дифференциального усилителя (1) связан с первым выводом первого (12) токостабилизирующего двухполюсника через первую (21) цепь согласования потенциалов, а второй (5) токовый выход входного дифференциального усилителя (1) связан с первым выводом второго (13) токостабилизирующего двухполюсника через вторую (22) цепь согласования потенциалов.3. The input stage of a high-speed operational amplifier with a "kinked" class AB cascode according to claim 1, characterized in that the first (4) current output of the input differential amplifier (1) is connected to the first output of the first (12) current-stabilizing two-terminal network through the first (21) potential matching circuit, and the second (5) current output of the input differential amplifier (1) is connected to the first output of the second (13) current-stabilizing two-terminal network through the second (22) potential matching circuit. 4. Входной каскад быстродействующего операционного усилителя с «перегнутым» каскодом класса АВ по п.3, отличающийся тем, что в качестве первого (8) и второго (9) транзисторных трехполюсников, а также первого (14) и второго (15) дополнительных транзисторных трехполюсников используются КМОП полевые транзисторы с индуцированным каналом.4. The input stage of a high-speed operational amplifier with a "bent" class AB cascode according to claim 3, characterized in that as the first (8) and second (9) transistor three-terminal devices, as well as the first (14) and second (15) additional transistor three-terminal devices use CMOS field-effect transistors with an induced channel. 5. Входной каскад быстродействующего операционного усилителя с «перегнутым» каскодом класса АВ по п.4, отличающийся тем, что первая (21) и вторая (22) цепи согласования потенциалов выполнены на первом (23) и втором (24) вспомогательных КМОП транзисторах с индуцированным каналом, у каждого из которых затвор соединен со стоком.5. The input stage of a high-speed operational amplifier with a "bent" class AB cascode according to claim 4, characterized in that the first (21) and second (22) potential matching circuits are made on the first (23) and second (24) auxiliary CMOS transistors with induced channel, each of which has a gate connected to a drain. 6. Входной каскад быстродействующего операционного усилителя с «перегнутым» каскодом класса АВ по п.1, отличающийся тем, что в качестве первого (8) и второго (9) транзисторных трехполюсников, а также в качестве первого (14) и второго (15) дополнительных транзисторных трехполюсников используются КМОП транзисторы со встроенным каналом.6. The input stage of a high-speed operational amplifier with a "bent" class AB cascode according to claim 1, characterized in that as the first (8) and second (9) transistor three-terminal devices, as well as the first (14) and second (15) additional transistorized three-terminal devices use CMOS transistors with a built-in channel.
RU2022112434A 2022-05-06 Input stage of a high-speed operational amplifier with a "bended" cascode class ab RU2786512C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2786512C1 true RU2786512C1 (en) 2022-12-21

Family

ID=

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4600893A (en) * 1983-10-24 1986-07-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Differential amplifier with improved dynamic range
US5422600A (en) * 1994-06-23 1995-06-06 Motorola, Inc. Amplifier input stage with charge pump supplying a differential transistor pair
WO1997030512A1 (en) * 1996-02-13 1997-08-21 Advanced Micro Devices, Inc. High swing, low power general purpose operational ampliflier
RU2321158C1 (en) * 2006-10-09 2008-03-27 ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) Cascode differential amplifier
WO2016031120A1 (en) * 2014-08-27 2016-03-03 富士電機株式会社 Operational amplifier and charge amplifier using same
RU2592429C1 (en) * 2015-07-01 2016-07-20 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) Bipolar-field operational amplifier on basis of "bent" cascode
RU2684500C1 (en) * 2018-07-17 2019-04-09 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) High-speed differential operational amplifier with differentiating correction circuits
RU2736323C1 (en) * 2017-04-28 2020-11-13 Бурместер Аудиозюстеме Гмбх Signal amplifier circuit, voltage converter and system

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4600893A (en) * 1983-10-24 1986-07-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Differential amplifier with improved dynamic range
US5422600A (en) * 1994-06-23 1995-06-06 Motorola, Inc. Amplifier input stage with charge pump supplying a differential transistor pair
WO1997030512A1 (en) * 1996-02-13 1997-08-21 Advanced Micro Devices, Inc. High swing, low power general purpose operational ampliflier
RU2321158C1 (en) * 2006-10-09 2008-03-27 ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) Cascode differential amplifier
WO2016031120A1 (en) * 2014-08-27 2016-03-03 富士電機株式会社 Operational amplifier and charge amplifier using same
RU2592429C1 (en) * 2015-07-01 2016-07-20 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) Bipolar-field operational amplifier on basis of "bent" cascode
RU2736323C1 (en) * 2017-04-28 2020-11-13 Бурместер Аудиозюстеме Гмбх Signal amplifier circuit, voltage converter and system
RU2684500C1 (en) * 2018-07-17 2019-04-09 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) High-speed differential operational amplifier with differentiating correction circuits

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
МАНЖУЛА В.Г., ПУГАЧЕВ И.Б., ПРОКОПЕНКО Н.Н. Вариативный синтез схемы операционного усилителя с пониженным напряжением смещения нуля // Инженерный вестник Дона. 2012. N3. Т.21. С.413-417. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Grasso et al. Design methodology of subthreshold three-stage CMOS OTAs suitable for ultra-low-power low-area and high driving capability
US6794940B2 (en) Operational amplifier circuit
EP1863171A1 (en) Operational amplifier of class AB
SE519691C2 (en) High speed and high gain operational amplifier
CN112987836A (en) High-performance band-gap reference circuit
JP6582594B2 (en) Operational amplifier circuit
Ab Rahim et al. A CMOS single stage fully differential folded cascode amplifier employing gain boosting technique
RU2786512C1 (en) Input stage of a high-speed operational amplifier with a "bended" cascode class ab
CN112202427A (en) Turnover point adjustable comparator
RU2346388C1 (en) Differential amplifier
RU2390916C1 (en) Precision operational amplifier
US11658625B2 (en) Amplifier circuit, corresponding comparator device and method
JP7224387B2 (en) amplifier circuit
RU2321159C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2710846C1 (en) Composite transistor based on complementary field-effect transistors with control p-n junction
CN107888184B (en) Single-end-to-differential circuit and buffer circuit and sample hold circuit formed by same
RU2411636C1 (en) Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2284647C1 (en) Differential amplifier
RU2658818C1 (en) Differential voltage-current converter with wide range of linear operation
RU2416149C1 (en) Differential operating amplifier with low zero offset voltage
RU2412530C1 (en) Complementary differential amplifier
RU2402151C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2729172C1 (en) Voltage amplifier with high linearity
RU2374757C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2683851C1 (en) Multichannel high-speed operational amplifier