RU2423778C1 - High-frequency compensation cascode differential amplifier - Google Patents
High-frequency compensation cascode differential amplifier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2423778C1 RU2423778C1 RU2010128162/09A RU2010128162A RU2423778C1 RU 2423778 C1 RU2423778 C1 RU 2423778C1 RU 2010128162/09 A RU2010128162/09 A RU 2010128162/09A RU 2010128162 A RU2010128162 A RU 2010128162A RU 2423778 C1 RU2423778 C1 RU 2423778C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output transistor
- output
- terminal
- lead
- collector
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления широкополосных аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, широкополосных усилителях, видеоусилителях и т.п.).The invention relates to the field of radio engineering and communication and can be used as a device for amplifying broadband analog signals in the structure of analog microcircuits for various functional purposes (for example, broadband amplifiers, video amplifiers, etc.).
В современной микроэлектронике находят широкое применение классические дифференциальные каскады на основе так называемых «перегнутых» каскодов с резистивной нагрузкой, включенной в коллекторную цепь выходных транзисторов[1-6]. Для повышения коэффициента усиления по напряжению таких ДУ используются также активные нагрузки [7-10], реализованные на транзисторных источниках тока.In modern microelectronics, classical differential cascades based on the so-called “bent” cascodes with resistive load included in the collector circuit of output transistors are widely used [1-6]. To increase the voltage gain of such remote controls, active loads are also used [7-10], implemented on transistor current sources.
Наиболее близким но технической сущности к заявляемому устройству является каскодный дифференциальный усилитель (ДУ) с цепями емкостной ВЧ-коррекции по патенту US №6.924.701, fig. 5.The closest but technical essence to the claimed device is a cascode differential amplifier (DU) with capacitive RF correction circuits according to US patent No. 6.924.701, fig. 5.
Существенный недостаток известного устройства состоит в том, что его коэффициент передачи по напряжению (Ку) при низкоомной резистивной нагрузке и малом напряжении питания (Еп=±2,5÷5 В) получается небольшим (Ку=10÷20).A significant drawback of the known device is that its voltage transfer coefficient (K y ) at a low-resistance resistive load and low supply voltage (E p = ± 2.5 ÷ 5 V) is small (K y = 10 ÷ 20).
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в повышении на 1÷2 порядка коэффициента усиления в рабочем диапазоне частот. Это позволяет при построении СФ-блоков систем связи исключить в ряде случаев дополнительные каскада усиления, уменьшить общее энергопотребление в сравнении с многокаскадными усилителями.The main objective of the invention is to increase by 1 ÷ 2 orders of magnitude gain in the working frequency range. This allows, when constructing SF blocks of communication systems, in some cases to exclude additional amplification stages, to reduce the overall energy consumption in comparison with multi-stage amplifiers.
Поставленная задача решается тем, что в каскодном дифференциальном усилителе с высокочастотной коррекцией фиг.1, содержащем входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, первый 4 выходной транзистор, эмиттер которого соединен с базой второго 5 выходного транзистора, первым 2 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, первым выводом первого 6 корректирующего конденсатора и через первый 7 вспомогательный двухполюсник соединен с первой 8 шиной источника питания и эмиттером второго 5 выходного транзистора, первый 9 токостабилизирующий двухполюсник, соединенный с базой первого 4 выходного транзистора и коллектором второго 5 выходного транзистора, первый 10 двухполюсник нагрузки, первый вывод которого соединен с первым 11 выходом устройства и коллектором первого 4 выходного транзистора, третий 12 выходной транзистор, эмиттер которого соединен с базой четвертого 13 выходного транзистора, вторым 3 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, первым выводом второго 14 корректирующего конденсатора и через второй 15 вспомогательный двухполюсник соединен с первой 8 шиной источника питания и эмиттером четвертого 13 выходного транзистора, второй 16 токостабилизирующий двухполюсник, соединенный с базой третьего 12 выходного транзистора и коллектором четвертого 13 выходного транзистора, второй 17 двухполюсник нагрузки, первый вывод которого соединен со вторым 18 выходом устройства и коллектором третьего 12 выходного транзистора.The problem is solved in that in the cascode differential amplifier with high-frequency correction of figure 1, containing the input
Схема усилителя-прототипа показана на фиг.1. На фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с формулой изобретения.The amplifier circuit of the prototype is shown in figure 1. Figure 2 presents a diagram of the inventive device in accordance with the claims.
На фиг.3 показана схема заявляемого ДУ фиг.2 в среде компьютерного моделирования Cadence на моделях интегральных транзисторов HJW.Figure 3 shows a diagram of the claimed remote control of figure 2 in a computer simulation environment Cadence on models of integrated transistors HJW.
На фиг.4 показаны амплитудно-частотные характеристики сравниваемых схем при разных емкостях первого 6 и второго 14 корректирующих конденсаторов: С6=С14=Сn.Figure 4 shows the amplitude-frequency characteristics of the compared circuits for different capacities of the first 6 and second 14 correction capacitors: C 6 = C 14 = C n .
Каскодный дифференциальный усилитель с высокочастотной коррекцией фиг.2 содержит входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, первый 4 выходной транзистор, эмиттер которого соединен с базой второго 5 выходного транзистора, первым 2 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, первым выводом первого 6 корректирующего конденсатора и через первый 7 вспомогательный двухполюсник соединен с первой 8 шиной источника питания и эмиттером второго 5 выходного транзистора, первый 9 токостабилизирующий двухполюсник, соединенный с базой первого 4 выходного транзистора и коллектором второго 5 выходного транзистора, первый 10 двухполюсник нагрузки, первый вывод которого соединен с первым 11 выходом устройства и коллектором первого 4 выходного транзистора, третий 12 выходной транзистор, эмиттер которого соединен с базой четвертого 13 выходного транзистора, вторым 3 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, первым выводом второго 14 корректирующего конденсатора, и через второй 15 вспомогательный двухполюсник соединен с первой 8 шиной источника питания и эмиттером четвертого 13 выходного транзистора, второй 16 токостабилизирующий двухполюсник, соединенный с базой третьего 12 выходного транзистора и коллектором четвертого 13 выходного транзистора, второй 17 двухполюсник нагрузки, первый вывод которого соединен со вторым 18 выходом устройства и коллектором третьего 12 выходного транзистора. Второй вывод первого 10 двухполюсника нагрузки связан со второй 19 шиной источника питания через первый дополнительный резистор 20 и соединен со вторым выводом первого 6 корректирующего конденсатора, а второй вывод второго 17 двухполюсника нагрузки связан со второй 19 шиной источника питания через второй 21 дополнительный резистор и соединен со вторым выводом второго 14 корректирующего конденсатора. В частном случае (фиг.2) входной дифференциальный каскад 1 реализован на транзисторах 22, 23 и источнике тока 24.The cascode differential amplifier with high-frequency correction of Fig. 2 contains an input
Рассмотрим работу ДУ фиг.2.Consider the operation of the remote control of figure 2.
В рабочем диапазоне частот предельный коэффициент усиления по напряжению ДУ при емкости первого 6 корректирующего конденсатора, равной нулю (С6=0), определяется сопротивлением первого 10(R10>>R20) двухполюсника коллекторной нагрузки:In the operating frequency range, the ultimate gain in the voltage of the remote control at a capacitance of the first 6 correction capacitor equal to zero (C 6 = 0) is determined by the resistance of the first 10 (R 10 >> R 20 ) two-terminal collector load:
где - крутизна усиления входного дифференциального каскада 1 в режиме короткого замыкания по первому 11 выходу, зависящая от сопротивлений эмиттерных переходов (rэ22, rэ23) транзисторов 22 и 23.Where - the gain slope of the input
Покажем аналитически, что более высокие значения Ку в диапазоне средних частот, когда можно пренебречь влиянием паразитных и корректирующих конденсаторов, реализуются в схеме фиг.2 при С6≠0.Let us show analytically that higher values of K y in the mid-frequency range, when the influence of stray and correcting capacitors can be neglected, are realized in the circuit of Fig. 2 at C 6 ≠ 0.
Действительно, комплексный коэффициент передачи по напряжению ДУ фиг.2 по выходу 11 определяется по формуле:Indeed, the complex transmission coefficient for the voltage of the remote control of figure 2 at the output 11 is determined by the formula:
где - комплекс эквивалентного выходного импеданса по первому 11 выходу ДУ;Where - a complex of equivalent output impedance at the first 11 output of the remote control;
- комплексная крутизна входного дифференциального каскада 1 в режиме короткого замыкания его первого 11 выхода. Комплекс эквивалентной нагрузки можно найти по формуле: - the integrated slope of the input
где ,Where ,
- комплекс импеданса первого 6 корректирующего конденсатора; - impedance complex of the first 6 correction capacitor;
- комплексный коэффициент усиления по току эмиттера первого 4 выходного транзистора. - complex current gain of the emitter of the first 4 output transistor.
После преобразований последней формулы находим, чтоAfter transformations of the last formula, we find that
Поэтому комплексный коэффициент усиления по напряжению ДУ фиг.2, в широком диапазоне частот при C6≠0:Therefore, the integrated voltage gain of the remote control of FIG. 2, in a wide frequency range at C 6 ≠ 0:
Если положить, что транзистор 4 достаточно высокочастотный , то:If we assume that transistor 4 is high enough then:
В диапазоне низких частот, когда ω→0:In the low frequency range, when ω → 0:
В рабочем диапазоне частот, когда влиянием первого 6 корректирующего конденсатора можно пренебречь:In the operating frequency range, when the influence of the first 6 correction capacitor can be neglected:
Таким образом, выигрыш по Ку, который дает ДУ фиг.2 в сравнении с ДУ-прототипом:Thus, the gain in K y , which gives the control of FIG. 2 in comparison with the control of the prototype:
Если ω=0, то . В области средних и высоких частот (когда ω→∞):If ω = 0, then . In the medium and high frequencies (when ω → ∞):
График фиг.4 показывает, что выигрыш по Ку в диапазоне средних частот, зависящем от численных значений емкостей коррекции 6 и 14, достигает 30-35 дБ, т.е. более чем в 10 раз. Это существенное преимущество заявляемого устройства.The graph of Fig. 4 shows that the gain in K y in the mid-frequency range, depending on the numerical values of
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКBIBLIOGRAPHIC LIST
1. Патент США №4.406.990, fig.4.1. US patent No. 4.406.990, fig.4.
2. Шкритек П. Справочное руководство по звуковой схемотехнике [Текст}/ П.Шкритек. - Издательство «Мир», 1991, - с.71, рис.5.8.2.2. Shkritek P. Reference manual for sound circuitry [Text} / P. Shkritek. - Publishing house "Mir", 1991, - p.71, fig.5.8.2.
3. Патент США №4.600.893, fig.5.3. US Patent No. 4,600.893, fig. 5.
4. Патент США №3.579.134.4. US Patent No. 3,579.134.
5. Патент США. №.4.151.483, fig.4.5. US patent. No. 4.151.483, fig. 4.
6. Патент США №.4.151.484, fig.4.6. US Patent No. 4.151.484, fig.4.
7. Патент США №4.390.850.7. US Patent No. 4,390.850.
8. Патент США. №6.448.853, fig.4.8. US patent. No. 6.448.853, fig. 4.
9. Патент США №6.710.654. fig.1-3.9. US patent No. 6.710.654. fig. 1-3.
10. Патентная заявка США 2003/0090321, fig.3.10. US Patent Application 2003/0090321, fig. 3.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010128162/09A RU2423778C1 (en) | 2010-07-07 | 2010-07-07 | High-frequency compensation cascode differential amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010128162/09A RU2423778C1 (en) | 2010-07-07 | 2010-07-07 | High-frequency compensation cascode differential amplifier |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2423778C1 true RU2423778C1 (en) | 2011-07-10 |
Family
ID=44740464
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010128162/09A RU2423778C1 (en) | 2010-07-07 | 2010-07-07 | High-frequency compensation cascode differential amplifier |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2423778C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2469462C1 (en) * | 2011-10-03 | 2012-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Selective amplifier |
| RU2802049C1 (en) * | 2023-03-24 | 2023-08-22 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Fast differential amplifier |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5291149A (en) * | 1992-03-30 | 1994-03-01 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Operational amplifier |
| US6542030B2 (en) * | 1998-11-16 | 2003-04-01 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Amplifier with stabilization means |
| US6924701B1 (en) * | 2002-09-03 | 2005-08-02 | Ikanos Communications, Inc. | Method and apparatus for compensating an amplifier |
-
2010
- 2010-07-07 RU RU2010128162/09A patent/RU2423778C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5291149A (en) * | 1992-03-30 | 1994-03-01 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Operational amplifier |
| US6542030B2 (en) * | 1998-11-16 | 2003-04-01 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Amplifier with stabilization means |
| US6924701B1 (en) * | 2002-09-03 | 2005-08-02 | Ikanos Communications, Inc. | Method and apparatus for compensating an amplifier |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ДОСТАЛ И. Операционные усилители, Москва, Мир, 1982, с.96. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2469462C1 (en) * | 2011-10-03 | 2012-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Selective amplifier |
| RU2802049C1 (en) * | 2023-03-24 | 2023-08-22 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Fast differential amplifier |
| RU2802051C1 (en) * | 2023-04-26 | 2023-08-22 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | High-speed op-amplifier output stage |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Grasso et al. | Improved reversed nested Miller frequency compensation technique with voltage buffer and resistor | |
| RU2421879C1 (en) | Differential amplifier with high-frequency compensation | |
| Grasso et al. | Three-stage CMOS OTA for large capacitive loads with efficient frequency compensation scheme | |
| RU2393627C1 (en) | Broadband operational amplifier with differential output | |
| RU2432669C1 (en) | Broadband amplifier | |
| RU2428786C1 (en) | Cascode amplifier | |
| RU2421880C1 (en) | Broadband amplifier | |
| CN103151991A (en) | Amplifier inductor sharing for inductive peaking | |
| CN207442795U (en) | High Bandwidth Transimpedance Amplifier for Low Noise, Wide Dynamic Range | |
| CN110086441A (en) | Power amplifier | |
| RU2427071C1 (en) | Broadband amplifier | |
| RU2423778C1 (en) | High-frequency compensation cascode differential amplifier | |
| Moallemi et al. | A new Architecture for two-stage OTA with no-miller capacitor compensation | |
| Yan et al. | Efficient four-stage frequency compensation for low-voltage amplifiers | |
| RU2419196C1 (en) | Broad-band differential amplifier | |
| RU2421888C1 (en) | Differential amplifier | |
| US11757418B2 (en) | Amplifying circuit | |
| US20140176358A1 (en) | Method of producing low-power switched-capacitor amplifier, circuit and a pipeline analog-to-digital converter including the same | |
| RU2422981C1 (en) | Differential ac amplifier | |
| JP6470213B2 (en) | Variable gain amplifier | |
| JP2014517582A (en) | Amplifier circuit and receiving chain | |
| RU2460206C1 (en) | Cascode microwave amplifier with low supply voltage | |
| RU2475942C1 (en) | Broadband differential amplifier | |
| RU2459348C1 (en) | Operational amplifier having gain adjustment circuit | |
| RU2468503C1 (en) | Cascode amplifier |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130708 |