RU2321158C1 - Cascode differential amplifier - Google Patents
Cascode differential amplifier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2321158C1 RU2321158C1 RU2006135702/09A RU2006135702A RU2321158C1 RU 2321158 C1 RU2321158 C1 RU 2321158C1 RU 2006135702/09 A RU2006135702/09 A RU 2006135702/09A RU 2006135702 A RU2006135702 A RU 2006135702A RU 2321158 C1 RU2321158 C1 RU 2321158C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bus
- combined
- output
- current
- transistors
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, операционных усилителях (ОУ), компараторах).The invention relates to the field of radio engineering and communication and can be used as a device for amplifying analog signals in the structure of analog microcircuits for various functional purposes (for example, operational amplifiers (op amps), comparators).
Известны схемы так называемых «перегнутых» каскодных дифференциальных усилителей (ДУ) на n-р-n и р-n-р транзисторах [1-35], которые стали основой более чем 20 серийных операционных усилителей, выпускаемых как зарубежными (НА2520, НА5190, AD797, AD8631, AD8632, ОР90 и др.), так и российскими (154УД3 и др.) микроэлектронными фирмами. В связи с высокой популярностью такой архитектуры ДУ на их модификации выдано более 200 патентов для ведущих производителей микроэлектронных изделий. Предлагаемое изобретение относится к данному подклассу устройств.Known circuits of the so-called “bent” cascode differential amplifiers (ДУ) on n-pn and pnp transistors [1-35], which became the basis of more than 20 serial operational amplifiers manufactured as foreign (NA2520, NA5190, AD797, AD8631, AD8632, OP90, etc.), as well as by Russian (154UD3, etc.) microelectronic companies. Due to the high popularity of such a remote control architecture, over 200 patents have been issued for their modification for leading manufacturers of microelectronic products. The present invention relates to this subclass of devices.
Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является каскодный дифференциальный усилитель (КДУ), описанный в патенте США №4390850, содержащий входной параллельно-балансный каскад 1 с дифференциальными входами 2 и 3, первый 4, второй 5, третий 6 и четвертый 7 выходные транзисторы, базы которых объединены, причем объединенные эмиттеры первого 4 и второго 5 выходных транзисторов соединены с первым 8 выходом входного параллельно-балансного каскада 1 и через первый токостабилизирующий двухполюсник 9 связаны с шиной первого источника питания 10, объединенные эмиттеры третьего 6 и четвертого 7 выходных транзисторов соединены со вторым выходом 11 входного параллельно-балансного каскада 1 и через второй токостабилизирующий двухполюсник 12 связаны с шиной первого 10 источника питания, причем между коллекторами 13 и 14 второго 5 и третьего 6 выходных транзисторов и шиной второго источника питания 15 включена цепь нагрузки 16.The closest prototype (figure 1) of the claimed device is the cascode differential amplifier (CDA) described in US patent No. 4390850, containing an input parallel-
Существенный недостаток известного КДУ (фиг.1) состоит в том, что он имеет сравнительно небольшой коэффициент ослабления входного синфазного сигнала (Кос.сф), что отрицательно сказывается на погрешностях неинвертирующих решающих усилителей и компараторов на его основе. В значительной степени данный недостаток проявляется при установлении статического режима входного параллельно-балансного каскада с помощью токостабилизирующего резистора R0 (фиг.1).A significant drawback of the known KDU (Fig. 1) is that it has a relatively small attenuation coefficient of the input common-mode signal (K os.sf ), which negatively affects the errors of non-inverting decision amplifiers and comparators based on it. To a large extent, this drawback is manifested when the static mode of the input parallel-balanced stage is established using the current-stabilizing resistor R 0 (Fig. 1).
Основная цель предлагаемого изобретения состоит в повышении коэффициента ослабления входного синфазного сигнала при выполнении токостабилизирующих двухполюсников 9 и 12 в виде резисторов. В этом случае в схеме реализуются предельные значения диапазона изменения входного синфазного сигнала, недостижимые при других вариантах их построения. Причем повышение Кос.сф обеспечивается с достаточно широкой гаммой входных параллельно-балансных каскадов (как на биполярных, так и на полевых транзисторах, с транзисторными источниками тока и без транзисторных источников тока, по схеме дифференциальных преобразователей «напряжение-ток» и т.д.).The main objective of the invention is to increase the attenuation coefficient of the input common-mode signal when performing current-stabilizing two-
Поставленная цель достигается тем, что в каскодном дифференциальном усилителе фиг.1, содержащем входной параллельно-балансный каскад 1 с дифференциальными входами 2 и 3, первый 4, второй 5, третий 6 и четвертый 7 выходные транзисторы, базы которых объединены, причем объединенные эмиттеры первого 4 и второго 5 выходных транзисторов соединены с первым 8 выходом входного параллельно-балансного каскада 1 и через первый токостабилизирующий двухполюсник 9 связаны с шиной первого источника питания 10, объединенные эмиттеры третьего 6 и четвертого 7 выходных транзисторов соединены со вторым выходом 11 входного параллельно-балансного каскада 1 и через второй токостабилизирующий двухполюсник 12 связаны с шиной первого 10 источника питания, причем между коллекторами 13 и 14 второго 5 и третьего 6 выходных транзисторов и шиной второго источника питания 15 включена цепь нагрузки 16, предусмотрены новые связи - в схему введен дополнительный транзистор 17, база которого соединена с шиной источника напряжения смещения 18, коллектор подключен к объединенным базам первого 4, второго 5, третьего 6 и четвертого 7 выходных транзисторов, а эмиттер соединен с объединенными коллекторами первого 4 и четвертого 7 выходных транзисторов и через дополнительный токостабилизирующий двухполюсник 19 связан с шиной второго источника питания 15, причем в качестве первого 9 и второго 12 токостабилизирующих двухполюсников используются резисторы.This goal is achieved in that in the cascode differential amplifier of figure 1, containing an input parallel-
Схема усилителя-прототипа представлена на фиг.1. На фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с формулой изобретения. На фиг.3 показан ДУ, соответствующий фиг.2 для случая, когда в роли шины источника напряжения смещения 18 используется общая шина.The amplifier circuit of the prototype is presented in figure 1. Figure 2 presents a diagram of the inventive device in accordance with the claims. Figure 3 shows the remote control corresponding to figure 2 for the case when a common bus is used as the bus of the
На фиг.4 показан пример построения двухтактного дифференциального усилителя на основе КДУ фиг.2.Figure 4 shows an example of building a push-pull differential amplifier based on the CDA of figure 2.
На фиг.5 и фиг.6 показаны схемы известного (фиг.5) и заявляемого (фиг.6) устройств в среде компьютерного моделирования PSpice, а на фиг.7 - частотная зависимость коэффициента ослабления входных синфазных сигналов Кос.сф сравниваемых КДУ.In Fig.5 and Fig.6 shows a diagram of the known (Fig.5) and the claimed (Fig.6) devices in a computer simulation environment PSpice, and Fig.7 is the frequency dependence of the attenuation coefficient of the input common-mode signals K os.sf compared CDA .
Дифференциальный усилитель фиг.2 содержит входной параллельно-балансный каскад 1 с дифференциальными входами 2 и 3, первый 4, второй 5, третий 6 и четвертый 7 выходные транзисторы, базы которых объединены, причем объединенные эмиттеры первого 4 и второго 5 выходных транзисторов соединены с первым 8 выходом входного параллельно-балансного каскада 1 и через первый токостабилизирующий двухполюсник 9 связаны с шиной первого источника питания 10, объединенные эмиттеры третьего 6 и четвертого 7 выходных транзисторов соединены со вторым выходом 11 входного параллельно-балансного каскада 1 и через второй токостабилизирующий двухполюсник 12 связаны с шиной первого 10 источника питания, причем между коллекторами 13 и 14 второго 5 и третьего 6 выходных транзисторов и шиной второго источника питания 15 включена цепь нагрузки 16. В схему введен дополнительный транзистор 17, база которого соединена с шиной источника напряжения смещения 18, коллектор подключен к объединенным базам первого 4, второго 5, третьего 6 и четвертого 7 выходных транзисторов, а эмиттер соединен с объединенными коллекторами первого 4 и четвертого 7 выходных транзисторов и через дополнительный токостабилизирующий двухполюсник 19 связан с шиной второго источника питания 15, причем в качестве первого 9 и второго 12 токостабилизирующих двухполюсников используются резисторы.The differential amplifier of figure 2 contains an input parallel-
В схеме фиг.3 цепь нагрузки выполнена на основе источника опорного тока.In the circuit of FIG. 3, the load circuit is based on a reference current source.
В схеме фиг.4 используется два КДУ, соответствующих формуле изобретения, но реализованных на разнотипных транзисторах. Поэтому цифровые обозначения симметричной схемы КДУ на фиг.4 имеют такую же нумерацию, что и в схеме фиг.2.In the circuit of figure 4, two CDA are used, corresponding to the claims, but implemented on heterogeneous transistors. Therefore, the digital designations of the symmetric circuit of the CDD in FIG. 4 have the same numbering as in the circuit of FIG. 2.
Рассмотрим работу заявляемого каскодного дифференциального усилителя на примере анализа схемы фиг.2.Consider the operation of the inventive cascode differential amplifier as an example of the analysis of the circuit of figure 2.
В заявляемом устройстве фиг.2 при наличии синфазной составляющей сигналов uc2=uc3=uс изменяется ток в общей эмиттерной цепи выходного каскада 1 и токи в цепи выходов 8 и 11:In the inventive device of figure 2, in the presence of an in-phase component of the signals u c2 = u c3 = u s , the current in the common emitter circuit of the
где у0=R0 -1 - эквивалентная проводимость в общей эмиттерной цепи входного каскада 1.where y 0 = R 0 -1 is the equivalent conductivity in the common emitter circuit of the
Для токов эмиттера, коллектора и базы транзисторов 4-7 справедливы следующие соотношения:For the currents of the emitter, collector and base of transistors 4-7, the following relationships are true:
где β1>>1 - статический коэффициент усиления по току базы i-го транзистора.where β 1 >> 1 is the static current gain of the base of the i-th transistor.
Из формул (3)÷(11) следует важный вывод о том, что все токи транзисторов 4-7 в схеме фиг.2 определяются током через двухполюсник 19 и не зависят от сопротивлений резисторов 9 и 12 и выходных токов I8, i8, I11, i11 входного каскада 1, где I8, I11, i8, i9 - статические значения выходных токов входного каскада 1 и их приращения. При этом для схемы фиг.2 ток через двухполюсник 19From formulas (3) ÷ (11), an important conclusion follows that all the currents of transistors 4-7 in the circuit of figure 2 are determined by the current through the two-
где Еc - напряжение источника смещения 18;where E c is the voltage of the
Uэб=0,7 В - напряжение эмиттер-база транзистора 17.U eb = 0.7 V - voltage emitter-base of the
Для схемы фиг.3 ток I19 не зависит от Еc и Uэб.For the circuit of figure 3, the current I 19 does not depend on E c and U eb .
При этом падение напряжения на резисторах 9 и 12 рекомендуется выбирать в пределахIn this case, the voltage drop across the
Проведенный анализ показывает, что в заявляемой схеме приращения выходных токов i8 и i11 входного каскада 1, обусловленные синфазным сигналом на выходах 2 и 3 КДУ, не передаются на его выход. ПричемThe analysis shows that in the inventive scheme, the increments of the output currents i 8 and i 11 of the
Из этого следует, что коэффициент передачи синфазного сигнала со входа КДУ на выход в заявляемой схеме существенно уменьшаетсяFrom this it follows that the transfer coefficient of the common-mode signal from the input of the CDA to the output in the claimed circuit is significantly reduced
Так как коэффициент усиления по дифференциальному сигналу сравниваемых КДУ одинаков (Ку), то из этого следует, что в предлагаемой схеме Кос.сф существенно улучшается, так какSince the gain by the differential signal of the compared KDUs is the same (K y ), it follows that in the proposed scheme, K OS.sf significantly improves, since
Эти теоретические выводы подтверждают результаты компьютерного моделирования сравниваемых КДУ. В предлагаемой схеме Кос.сф повышается на 70 дБ, то есть более чем в тысячу раз.These theoretical conclusions confirm the results of computer modeling of the compared CDDs. In the proposed scheme, K os.sf is increased by 70 dB, that is, more than a thousand times.
ЛитератураLiterature
1. Матавкин В.В. Быстродействующие операционные усилители. - М. Радио и связь, 1989. - с.74, рис.4.15, стр.98, рис.6.7.1. Matavkin V.V. High-speed operational amplifiers. - M. Radio and Communications, 1989 .-- p. 74, fig. 4.15, p. 98, fig. 6.7.
2. Патент США №6.218.900, фиг.1.2. US patent No. 6.218.900, figure 1.
3. Патентная заявка US 2002/0196079.3. Patent application US 2002/0196079.
4. Патент США №6.788.143.4. US patent No. 6.788.143.
5. Патент США №3.644.838, фиг.2.5. US patent No. 3.644.838, figure 2.
6. Патент США Re 30.587.6. US patent Re 30.587.
7. Патент ЕР 1.227.580.7. Patent EP 1.227.580.
8. Патент США №6.714.076.8. US patent No. 6.714.076.
9. Патент США №5.786.729.9. US Patent No. 5,786.729.
10. Патент США №5.327.100.10. US patent No. 5.327.100.
11. Патентная заявка US 2004/0090268 A1.11. Patent application US 2004/0090268 A1.
12. Патент США №4.274.061.12. US patent No. 4.274.061.
13. Патент США №5.422.600, фиг.2.13. US patent No. 5.422.600, figure 2.
14. Патент США №6.788.143, фиг.2.14. US patent No. 6.788.143, figure 2.
15. Патент США №4.959.622, фиг.1.15. US patent No. 4.959.622, figure 1.
16. Патент США №4.406.990, фиг.4.16. US patent No. 4.406.990, figure 4.
17. Патент США №5.418.491.17. US patent No. 5.418.491.
18. Патент США №6.018.268.18. US patent No. 6.018.268.
19. Патент США №5.952.882.19. US patent No. 5.952.882.
20. Патент США №4.723.111.20. US patent No. 4.723.111.
21. Патент США №4.293.824.21. US patent No. 4.293.824.
22. Патент США №6.580.325.22. U.S. Patent No. 6,580.325.
23. Патент США №6.965.266.23. US patent No. 6.965.266.
24. Патент США №6.867.643.24. US patent No. 6.867.643.
25. Патент США №6.236.270.25. US patent No. 6.236.270.
26. Патент США №5.323.121.26. US patent No. 5.323.121.
27. Патент США №6.229.394.27. US patent No. 6.229.394.
28. Патент США №5.734.296.28. US patent No. 5734.296.
29. Патент США №5.477.190.29. US patent No. 5.477.190.
30. Патент США №5.091.701.30. US patent No. 5.091.701.
31. Патент США №6.717.474.31. US patent No. 6.717.474.
32. Патент США №6.084.475.32. US patent No. 6.084.475.
33. Патент США №3.733.559.33. US patent No. 3.733.559.
34. Патентная заявка US 2005/0001682 A1.34. Patent application US 2005/0001682 A1.
35. Патент США №6.300.831.35. US patent No. 6.300.831.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006135702/09A RU2321158C1 (en) | 2006-10-09 | 2006-10-09 | Cascode differential amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006135702/09A RU2321158C1 (en) | 2006-10-09 | 2006-10-09 | Cascode differential amplifier |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2321158C1 true RU2321158C1 (en) | 2008-03-27 |
Family
ID=39366488
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006135702/09A RU2321158C1 (en) | 2006-10-09 | 2006-10-09 | Cascode differential amplifier |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2321158C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2474953C1 (en) * | 2012-01-10 | 2013-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Differential amplifier with enlarged variation range of input in-phase signal |
RU2519032C1 (en) * | 2012-12-14 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Instrumentation amplifier |
RU2786512C1 (en) * | 2022-05-06 | 2022-12-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Input stage of a high-speed operational amplifier with a "bended" cascode class ab |
-
2006
- 2006-10-09 RU RU2006135702/09A patent/RU2321158C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2474953C1 (en) * | 2012-01-10 | 2013-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Differential amplifier with enlarged variation range of input in-phase signal |
RU2519032C1 (en) * | 2012-12-14 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Instrumentation amplifier |
RU2786512C1 (en) * | 2022-05-06 | 2022-12-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Input stage of a high-speed operational amplifier with a "bended" cascode class ab |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2364020C1 (en) | Differential amplifier with negative in-phase signal feedback | |
RU2421887C1 (en) | Differential amplifier with paraphase output | |
RU2321158C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2390916C1 (en) | Precision operational amplifier | |
RU2416146C1 (en) | Differential amplifier with increased amplification factor | |
RU2321159C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2419196C1 (en) | Broad-band differential amplifier | |
RU2319291C1 (en) | Cascade differential amplifier | |
JP6389144B2 (en) | Current detection circuit | |
RU2310268C1 (en) | Low-voltage powered cascade differential amplifier | |
RU2319292C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2383099C2 (en) | Differential amplifier with low-resistance inputs | |
RU2411637C1 (en) | Precision operational amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2411636C1 (en) | Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2390912C2 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2374757C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2349023C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2370879C1 (en) | Complementary push-pull cascode differential amplifier | |
RU2449466C1 (en) | Precision operational amplifier | |
RU2390914C1 (en) | Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift | |
RU2319294C1 (en) | Cascade differential amplifier | |
RU2419193C1 (en) | Differential amplifier with paraphase output | |
RU2432666C1 (en) | Differential operational amplifier with low supply voltage | |
RU2319293C1 (en) | Cascade differential amplifier | |
RU2390911C2 (en) | Cascode differential amplifier |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20111010 |