RU2806698C1

RU2806698C1 - Limiting amplifier with imbalance correction in signal level identification circuits

Info

Publication number: RU2806698C1
Application number: RU2022121429A
Authority: RU
Inventors: Алена Андреевна Давлятшина; Дмитрий Николаевич Морозов; Игорь Игоревич Мухин; Владимир Валериевич Репин
Filing date: 2022-08-05
Publication date: 2023-11-03

Abstract

FIELD: electronic technology.

SUBSTANCE: invention can be used in the development of microcircuits for receiving paths. The technical result is an increase in the accuracy of determining the level of input signals of the path in a wide dynamic range. The technical result is achieved by the fact that a limiting amplifier is proposed, including a main amplifier made in the form of a differential stage 1, the inputs of which InN and InP are supplied with a constant bias voltage and an alternating signal, and the outputs OutN2 and OutP2 are connected through a source follower to the output of the OutN device, OutP and correction amplifier 2, the input of which is supplied only with a constant bias voltage without a signal, and the output is connected through a repeater 3 and an additional amplifier 4 with amplifier 5, which has two pairs of differential outputs: OutP1, OutN1, OutP2, OutN2, characterized in that the main amplifier, made in the form of a differential stage 1, and the correcting amplifier 2 are identical on the same crystal, and one pair of outputs of the amplifier 5 is connected to the output of the correcting amplifier 2, forming a negative feedback loop, and the other pair of outputs is connected to the output of the differential stage 1.

EFFECT: increase in the accuracy of determining the level of input signals of the path in a wide dynamic range.

1 cl, 2 dwg

Description

Область техникиField of technology

Изобретение относится к электронной технике и может использоваться при разработке микросхем приемных трактов. В связи с ростом динамического диапазона приемных трактов и увеличением значения цифровой обработки сигнала возросла потребность в схемах индикации уровня сигнала на входе приемного устройства (Received Signal Strength Indication - RSSI). Данные о величине входного сигнала позволяют избежать перегрузки и используются для цифрового управления всем устройством, что позволяет обеспечивать требуемый диапазон величин входных сигналов.The invention relates to electronic technology and can be used in the development of microcircuits for receiving paths. Due to the growing dynamic range of receiving paths and the increasing importance of digital signal processing, the need for Received Signal Strength Indication (RSSI) circuits has increased. Input signal magnitude data avoids overloading and is used to digitally control the entire device, allowing the required range of input signal magnitudes to be provided.

В качестве примера применения подобных устройств можно привести работу сотовых телефонов на разном расстоянии от базовой станции сотовой связи. При приближении к базовой станции необходимо уменьшать усиление во входных каскадах, во избежание «забития» приемного тракта и, наоборот, требуется максимальное усиление при значительном удалении от базовой станции. Аналогичная ситуация возникает и в радиолокационных устройствах, а также везде, где приходится иметь дело с сигналами широкого динамического диапазона. Предлагаемое изобретение имеет своей целью уменьшение влияния технологических разбросов при интегральном выполнении трактов RSSI и обеспечение требуемых параметров усилителя-ограничителя.An example of the use of such devices is the operation of cell phones at different distances from a cellular base station. When approaching the base station, it is necessary to reduce the gain in the input stages in order to avoid “clogging” the receiving path and, conversely, maximum gain is required at a significant distance from the base station. A similar situation arises in radar devices, as well as anywhere else where we have to deal with signals of a wide dynamic range. The proposed invention is aimed at reducing the influence of technological variations in the integral implementation of RSSI paths and providing the required parameters of the amplifier-limiter.

Предшествующий уровень техникиPrior Art

Из уровня техники известны технические решения, обеспечивающие построение трактов RSSI. Ряд зарубежных фирм серийно выпускает подобные устройства, построенные на основе логарифмирующих трактов по методу последовательного детектирования, наилучшие результаты достигнуты фирмой Analog Devices, США. За последние десятилетия этой фирмой разработан целый ряд подобных устройств, имеющих близкую структуру и отличающихся частотным и динамическим диапазонами (AD640 и последующие) [1], которые выполнены большей частью по биполярной технологии, в последние годы по SiGe-процессу.Technical solutions are known from the prior art that ensure the construction of RSSI paths. A number of foreign companies mass-produce similar devices built on the basis of logarithmic paths using the sequential detection method; the best results were achieved by Analog Devices, USA. Over the past decades, this company has developed a number of similar devices that have a similar structure and differ in frequency and dynamic ranges (AD640 and subsequent ones) [1], which are made mostly using bipolar technology, in recent years using the SiGe process.

Основой данного класса схем является тракт логарифмирующей обработки сигнала. Упрощенная блок-схема логарифмирующего тракта по методу последовательного детектирования, представлена на ФИГ. 1. Следует отметить, что современные тракты в интегральном исполнении выполняются на основе дифференциальных каскадов.The basis of this class of circuits is the logarithmic signal processing path. A simplified block diagram of the logarithmic path using the sequential detection method is shown in FIG. 1. It should be noted that modern integrated circuits are based on differential cascades.

Основой тракта является последовательное соединение нескольких звеньев, состоящих из усилителя-ограничителя (УО) и детектора на перекошенном дифференциальном каскаде. Сигнал со всех детекторов суммируется на общей нагрузке и, при правильно выбранном коэффициенте передачи и пороге УО, обеспечивает логарифмическую зависимость между уровнем мощности входного сигнала и выходным напряжением.The basis of the tract is the serial connection of several links, consisting of an amplifier-limiter (CA) and a detector on a skewed differential stage. The signal from all detectors is summed up across a common load and, with a correctly selected transmission coefficient and threshold, provides a logarithmic relationship between the input signal power level and the output voltage.

Важным вопросом при работе тракта является влияние разбаланса УО по постоянному току, вследствие технологических разбросов на значение выходного сигнала. При выполнении логарифмического тракта на кристалле в случае использования разделительных конденсаторов между отдельными каскадами усилителей-ограничителей для обеспечения работы в нижнем диапазоне частот от 200 кГц потребуются достаточно высокие значения емкостей этих конденсаторов, что приводит к излишней занимаемой площади и значительному усложнению, и удорожанию изделия. Для устранения этого используется гальваническое соединение каскадов. Однако, учитывая высокий коэффициент усиления тракта и гальваническое соединение отдельных звеньев, незначительный перекос в первых каскадах может дать неприемлемое значение перекоса последнего каскада.An important issue during the operation of the tract is the influence of the DC imbalance of the device due to technological variations on the value of the output signal. When implementing a logarithmic path on a chip, in the case of using coupling capacitors between individual stages of amplifiers-limiters, to ensure operation in the lower frequency range from 200 kHz, rather high values of the capacitances of these capacitors will be required, which leads to excessive space occupied and a significant complication and increase in cost of the product. To eliminate this, galvanic connection of cascades is used. However, taking into account the high gain of the path and the galvanic connection of individual links, a slight skew in the first stages can give an unacceptable value of the skew of the last stage.

Раскрытие изобретенияDisclosure of the Invention

Задачей изобретения является уменьшение влияния разбаланса УО по постоянному току вследствие технологических разбросов.The objective of the invention is to reduce the influence of the DC imbalance of the device due to technological variations.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является обеспечение возможности интегрального исполнения трактов логарифмического усиления с гальванической связью и повышение точности определения уровня входных сигналов тракта в широком динамическом диапазоне за счет обеспечения стабильного значения коэффициента усиления усилителя-ограничителя.The technical result to be achieved by the claimed invention is to provide the possibility of integral execution of logarithmic amplification paths with galvanic coupling and increase the accuracy of determining the level of input signals of the path in a wide dynamic range by ensuring a stable value of the gain of the amplifier-limiter.

Описание способа достижения результатаDescription of how to achieve the result

Сущность изобретения поясняется на ФИГ. 2.The essence of the invention is illustrated in FIG. 2.

Указанный технический результат достигается тем, что в качестве корректирующего устройства разбаланса основного дифференциального каскада УО, обозначенного цифрой 1, используется такой же дифференциальный каскад, выполненный на том же кристалле, обозначенный цифрой 2. Для максимальной идентичности каскадов они выполняются методом «common centroid». Входной сигнал совместно со смещением по постоянному току поступает на входы InN и InP усилителя 1. Следует отметить, что на вход каскада 2 не поступает сигнал, а только напряжение смещения, аналогичное напряжению смещения каскада 1, что позволяет влиять только на смещение по постоянному току, не влияя на величину переменного сигнала. Разбаланс каскада 2, аналогичный разбалансу каскада 1, через повторители 3 поступает на усилитель на PMOS транзисторов 4 и далее на усилители 5.The specified technical result is achieved by the fact that the same differential cascade, made on the same crystal, designated 2, is used as a corrective device for the imbalance of the main differential cascade of the device, designated by the number 1. For maximum identity of the cascades, they are performed using the “common centroid” method. The input signal, together with the DC offset, is supplied to the InN and InP inputs of amplifier 1. It should be noted that the input of stage 2 does not receive a signal, but only an offset voltage similar to the bias voltage of stage 1, which allows you to influence only the DC offset, without affecting the magnitude of the alternating signal. The unbalance of stage 2, similar to the unbalance of stage 1, is fed through repeaters 3 to the amplifier on PMOS transistors 4 and then to amplifiers 5.

С выводов OutP1 и OutN1, соединенных с выходом усилителя 2, замыкается цепь отрицательной обратной связи по постоянному току. Тот же управляющий сигнал, соответствующий разбалансу по постоянному току, поступает и на усилитель 1. При идентичности каскадов 1 и 2 разбаланс значительно уменьшается без существенного влияния на коэффициент усиления по переменному сигналу на выходах OutN и OutP. Величина уменьшения разбаланса основного УО определяется коэффициентом усиления в цепи корректирующих усилителей 4 и 5.The outputs OutP1 and OutN1, connected to the output of amplifier 2, close a negative DC feedback circuit. The same control signal corresponding to the DC imbalance is also supplied to amplifier 1. If stages 1 and 2 are identical, the imbalance is significantly reduced without significantly affecting the AC signal gain at the outputs OutN and OutP. The magnitude of the reduction in the imbalance of the main amplifier is determined by the gain in the circuit of correcting amplifiers 4 and 5.

Источники информации:Information sources:

1. Datasheet Analog Devices AD640; Datasheet Analog Devices AD641; Datasheet Analog Devices AD8306; Datasheet Analog Devices AD8307; Datasheet Analog Devices AD8309; Datasheet Analog Devices AD83181. Datasheet Analog Devices AD640; Datasheet Analog Devices AD641; Datasheet Analog Devices AD8306; Datasheet Analog Devices AD8307; Datasheet Analog Devices AD8309; Datasheet Analog Devices AD8318

Claims

A limiting amplifier, including a main amplifier, made in the form of a differential stage 1, the inputs of which InN and InP are supplied with a constant bias voltage and an alternating signal, and the outputs OutN2 and OutP2 are connected through a source follower to the output of the device OutN, OutP and correction amplifier 2, on the input of which is supplied only with a constant bias voltage without supplying a signal, and the output is connected through a repeater 3 and an additional amplifier 4 with an amplifier 5 having two pairs of differential outputs: OutP1, OutN1, OutP2, OutN2, characterized in that the main amplifier is made in the form of a differential cascade 1 and correction amplifier 2 are made identical on the same crystal, and one pair of outputs of amplifier 5 is connected to the output of correction amplifier 2, forming a negative feedback loop, and the other pair of outputs is connected to the output of differential stage 1.