[go: up one dir, main page]

RU2331968C1 - Differential amplifier with high common mode rejection - Google Patents

Differential amplifier with high common mode rejection Download PDF

Info

Publication number
RU2331968C1
RU2331968C1 RU2007116787/09A RU2007116787A RU2331968C1 RU 2331968 C1 RU2331968 C1 RU 2331968C1 RU 2007116787/09 A RU2007116787/09 A RU 2007116787/09A RU 2007116787 A RU2007116787 A RU 2007116787A RU 2331968 C1 RU2331968 C1 RU 2331968C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
current
additional
input
differential stage
Prior art date
Application number
RU2007116787/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Николаевич Прокопенко (RU)
Николай Николаевич Прокопенко
Андрей Васильевич Хорунжий (RU)
Андрей Васильевич Хорунжий
Сергей Владимирович Крюков (RU)
Сергей Владимирович Крюков
Original Assignee
ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) filed Critical ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС)
Priority to RU2007116787/09A priority Critical patent/RU2331968C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2331968C1 publication Critical patent/RU2331968C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention may be used as analogue signal amplifier within the structures of different functional analogue microchips (for example, operational amplifiers, and comparators). Differential amplifier includes input differential stage (1) with reference current source (2) within common emitting circuit having inputs (3) and (4). Reference current source output 1 (5) and 2 (6) are connected with output transistors 1 (7) and 2 (8) emitters and corresponding current-stabilising impedors 1 (9) and 2 (10). Differential amplifier also includes current mirror (11) with input coupled to output transistor collector (7) and output connected to differential amplifier output (12) and output transistor collector (8), offset voltage source (13) linked with integrated bases of output transistors (7) and (8). Circuit is supplemented with additional input differential stage (14) with additional reference current sources (15) in common emitting circuit. Current output 1 (16) of reference current source is connected to additional current mirror input (17), while its output is linked with additional input differential stage (14) current output 2 (18) and output transistor (7) emitter, additional input differential stage (14) inputs (19) and (20) being connected to corresponding inputs (3) and (4) of input differential stage (1).
EFFECT: increased common mode rejection factor.
6 dwg

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-p-n и p-n-p транзисторах [1-40], 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 100 патентов для ведущих производителей микроэлектронных изделий. Предлагаемое изобретение относится к данному подклассу устройств.Known circuits of the so-called “bent” cascode differential amplifiers (DU) on npn and pnp transistors [1-40], which became the basis of more than 20 serial operational amplifiers manufactured as foreign (NA2520, NA5190, AD797, AD8631, AD8632, OP90 and etc.), and by Russian (154UD3, etc.) microelectronic companies. Due to the high popularity of such a remote control architecture, over 100 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 дифференциальный усилитель, описанный в патенте США № 5.327.100 (рис.2), содержащий входной дифференциальный каскад 1 с источником опорного тока 2 в общей эмиттерной цепи, имеющий входы 3 и 4, первый 5 и второй 6 токовые выходы которого соединены с эмиттерами первого 7 и 3 второго 8 выходных транзисторов и соответствующими первым 9 и вторым 10 токостабилизирующими двухполюсниками, токовое зеркало 11, вход которого соединен с коллектором первого выходного транзистора 7, а выход подключен к выходу дифференциального усилителя 12 и коллектору второго выходного транзистора 8, источник напряжения смещения 13, связанный с объединенными базами выходных транзисторов 7 и 8.The closest prototype (figure 1) of the claimed device is a differential amplifier described in US patent No. 5.327.100 (Fig. 2), containing an input differential stage 1 with a reference current source 2 in a common emitter circuit, having inputs 3 and 4, the first 5 and the second 6 current outputs of which are connected to the emitters of the first 7 and 3 of the second 8 output transistors and the corresponding first 9 and second 10 current-stabilizing two-terminal devices, a current mirror 11, the input of which is connected to the collector of the first output transistor 7, and the output is connected to the output the differential amplifier 12 and the collector of the second output transistor 8, a bias voltage source 13 connected to the combined bases of the output transistors 7 and 8.

Существенный недостаток известного ДУ состоит в том, что он имеет недостаточно высокое ослабление синфазных сигналов (Кос.сф).A significant drawback of the known DE is that it does not have a sufficiently high attenuation of common-mode signals (K os.sf ).

Основная цель предлагаемого изобретения состоит в повышении коэффициента ослабления входных синфазных сигналов.The main objective of the invention is to increase the attenuation coefficient of the input common-mode signals.

Поставленная цель достигается тем, что в дифференциальном усилителе фиг.1, содержащем входной дифференциальный каскад 1 с источником опорного тока 2 в общей эмиттерной цепи, имеющий входы 3 и 4, первый 5 и второй 6 токовые выходы которого соединены с эмиттерами первого 7 и второго 8 выходных транзисторов и соответствующими первым 9 и вторым 10 токостабилизирующими двухполюсниками, токовое зеркало 11, вход которого соединен с коллектором первого выходного транзистора 7, а выход подключен к выходу дифференциального усилителя 12 и коллектору второго выходного транзистора 8, источник напряжения смещения 13, связанный с объединенными базами выходных транзисторов 7 и 8, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введен дополнительный дифференциальный каскад 14 с дополнительным источником опорного тока 15 в общей эмиттерной цепи, первый токовый выход которого 16 соединен со входом дополнительного токового зеркала 17, выход которого связан со вторым токовым выходом 18 дополнительного дифференциального каскада 14 и эмиттером первого выходного транзистора 7, причем входы 19 и 20 дополнительного дифференциального каскада 14 соединены с соответствующими входами 3 и 4 входного дифференциального каскада 1.This goal is achieved in that in the differential amplifier of figure 1, containing the input differential stage 1 with a reference current source 2 in a common emitter circuit, having inputs 3 and 4, the first 5 and second 6 current outputs of which are connected to the emitters of the first 7 and second 8 output transistors and the corresponding first 9 and second 10 current-stabilizing two-pole, a current mirror 11, the input of which is connected to the collector of the first output transistor 7, and the output is connected to the output of the differential amplifier 12 and the collector of the second about the output transistor 8, the bias voltage source 13 connected to the combined bases of the output transistors 7 and 8, new elements and connections are provided - an additional differential stage 14 with an additional reference current source 15 in the common emitter circuit is introduced into the circuit, the first current output of which 16 is connected with the input of the additional current mirror 17, the output of which is connected with the second current output 18 of the additional differential stage 14 and the emitter of the first output transistor 7, and the inputs 19 and 20 are additionally th differential stage 14 are connected to the corresponding inputs 3 and 4 of the input differential stage 1.

Схема заявляемого устройства в соответствии с формулой изобретения показана на фиг.2.A diagram of the inventive device in accordance with the claims is shown in figure 2.

На фиг.3 - 4 показаны схемы заявляемого (фиг.4) и известного (фиг.3) устройств в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».Figure 3 - 4 shows a diagram of the claimed (figure 4) and known (figure 3) devices in a computer simulation environment PSpice on models of integrated transistors of FSUE NPP Pulsar.

На фиг.5 и фиг.6 показаны результаты моделирования Кос.сф ДУ фиг.3 и фиг.4 при различных значениях коэффициента передачи по току применяемых токовых зеркал.In Fig.5 and Fig.6 shows the simulation results To os.sf remote control of Fig.3 and Fig.4 at different values of the current transfer coefficient of the applied current mirrors.

Дифференциальный усилитель (фиг.2) содержит входной дифференциальный каскад 1 с источником опорного тока 2 в общей эмиттерной цепи, имеющий входы 3 и 4, первый 5 и второй 6 токовые выходы которого соединены с эмиттерами первого 7 и второго 8 выходных транзисторов и соответствующими первым 9 и вторым 10 токостабилизирующими двухполюсниками, токовое зеркало 11, вход которого соединен с коллектором первого выходного транзистора 7, а выход подключен к выходу дифференциального усилителя 12 и коллектору второго выходного транзистора 8, источник напряжения смещения 13, связанный с объединенными базами выходных транзисторов 7 и 8. В схему введен дополнительный дифференциальный каскад 14 с дополнительным источником опорного тока 15 в общей эмиттерной цепи, первый токовый выход которого 16 соединен со входом дополнительного токового зеркала 17, выход которого связан со вторым токовым выходом 18 дополнительного дифференциального каскада 14 и эмиттером первого выходного транзистора 7, причем входы 19 и 20 дополнительного дифференциального каскада 14 соединены с соответствующими входами 3 и 4 входного дифференциального каскада 1.The differential amplifier (figure 2) contains an input differential stage 1 with a reference current source 2 in a common emitter circuit, having inputs 3 and 4, the first 5 and second 6 current outputs of which are connected to the emitters of the first 7 and second 8 output transistors and the corresponding first 9 and the second 10 current-stabilizing two-pole, a current mirror 11, the input of which is connected to the collector of the first output transistor 7, and the output is connected to the output of the differential amplifier 12 and the collector of the second output transistor 8, the voltage source bias 13, associated with the combined bases of the output transistors 7 and 8. An additional differential stage 14 with an additional reference current source 15 in the common emitter circuit is introduced into the circuit, the first current output of which 16 is connected to the input of the additional current mirror 17, the output of which is connected to the second the current output 18 of the additional differential stage 14 and the emitter of the first output transistor 7, and the inputs 19 and 20 of the additional differential stage 14 are connected to the corresponding inputs 3 and 4 of the input o differential cascade 1.

Рассмотрим работу заявляемого ДУ при подаче на его входы 3 и 4 (19, 20) синфазного сигнала uc=uc3=uc4. Изменение uc приводит к появлению токов i15 и i2 через выходные проводимости источников опорного тока 15 и 2Consider the operation of the claimed control when applied to its inputs 3 and 4 (19, 20) phase signal u c = u c3 = u c4 . The change in u c leads to the appearance of currents i 15 and i 2 through the output conductivity of the sources of the reference current 15 and 2

Figure 00000002
Figure 00000002

Эти токи передаются в выходные узлы 16, 18, 5 и 6These currents are transmitted to the output nodes 16, 18, 5 and 6

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

На основании закона Киргофа коллекторные токи транзисторов 8 и 7 можно найти из уравненийBased on the Kirgoff law, the collector currents of transistors 8 and 7 can be found from the equations

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Поэтому ток в нагрузке Rн, обусловленный синфазным сигналом uc Therefore, the current in the load R n due to the in-phase signal u c

Figure 00000009
Figure 00000009

где 1-Ki=1-Ki12.11=1-Ki12.17.where 1-K i = 1-K i12.11 = 1-K i12.17 .

После преобразований последнее уравнение можно записать в видеAfter transformations, the last equation can be written as

Figure 00000010
Figure 00000010

где Sсф.заявл=0,5(1-Ki2(1-Ti) - крутизна преобразования синфазного сигнала uc в ток нагрузки iн.с;where S sf.application = 0.5 (1-K i ) y 2 (1-T i ) is the steepness of the in-phase signal conversion u c to the load current i ns ;

Тi=NуKi12.11≈1 - усиление по каналу компенсации;T i = N for K i12.11 ≈1 - gain along the compensation channel;

Figure 00000011
- коэффициент асимметрии проводимостей у15 и у2.
Figure 00000011
- coefficient of asymmetry of conductivities at 15 and at 2 .

В усилителе-прототипе крутизна Sсф.прот принимает значениеIn the prototype amplifier, the slope S sf.prot takes on the value

Figure 00000012
Figure 00000012

Таким образом, в предлагаемом усилителе обеспечивается более глубокое ослабление синфазного сигнала, так какThus, in the proposed amplifier provides a deeper attenuation of the common mode signal, since

Figure 00000013
Figure 00000013

Расчеты показывают, что при типовых параметрах элементов схемы выигрыш Nc достигает значения 10-20 раз. Поэтому коэффициент ослабления синфазных сигналов в предлагаемом ДУ существенно повышается.Calculations show that with typical parameters of circuit elements, the gain N c reaches a value of 10-20 times. Therefore, the attenuation coefficient of common-mode signals in the proposed remote control increases significantly.

Полученные выше выводы подтверждаются результатами моделирования предлагаемых схем в среде PSpice, показанными на фиг.5 и фиг.6.The above conclusions are confirmed by the simulation results of the proposed schemes in the environment of PSpice, shown in Fig.5 and Fig.6.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКBIBLIOGRAPHIC LIST

1. Патент США № 6.304.1431. US Patent No. 6.304.143

2. Патент США № 5.418.4912. US Patent No. 5.418.491

3. Патент США № 4.463.3193. US Patent No. 4.463.319

4. Патент США № 6.717.4744. US Patent No. 6.717.474

5. Патент США № 6.734.7205. US Patent No. 6.734.720

6. Патент США № 4.723.1116. US Patent No. 4.723.111

7. Патент США № 4.293.8247. US Patent No. 4.293.824

8. Патент США № 5.323.1218. US Patent No. 5.323.121

9. Патент США № 5.091.7019. US Patent No. 5.091.701

10. Патент США № 4.406.99010. US Patent No. 4,406,990

11. Патент США № 5.422.60011. US Patent No. 5.422.600

12. Патент США № 6.788.14312. US Patent No. 6.788.143

13. Патент США № 4.274.06113. US Patent No. 4.274.061

14. Патент США № 5.327.10014. US Patent No. 5.327.100

15. Патент США № 5.786.72915. US Patent No. 5.786.729

16. Патент США № 3.644.83816. US Patent No. 3.644.838

17. Патент США № 4.600.89317. US Patent No. 4,600.893

18. Патент США № 4.390.85018. US Patent No. 4.390.850

19. Патент США № 6.628.16819. US Patent No. 6.628.168

20. Матавкин В.В. Быстродействующие операционные усилители. - М. Радио и связь, 1989. - с.74, рис.4.15, стр.98, рис.6.7.20. Matavkin V.V. High-speed operational amplifiers. - M. Radio and Communications, 1989 .-- p. 74, fig. 4.15, p. 98, fig. 6.7.

21. Патент США № 6.218.900, фиг.121. US patent No. 6.218.900, figure 1

22. Патентная заявка US 2002/019607922. Patent application US 2002/0196079

23. Патент США Re 30.58723. US Patent Re 30.587

24. Патент ЕР 1.227.58024. Patent EP 1.227.580

25. Патент США № 6.714.07625. US Patent No. 6.714.076

26. Патентная заявка US 2004/0090268 A126. Patent application US 2004/0090268 A1

27. Патент США № 4.959.622, фиг.127. US patent No. 4.959.622, figure 1

28. Патент США № 6.018.26828. US Patent No. 6.018.268

29. Патент США № 5.952.88229. US Patent No. 5.952.882

30. Патент США № 6.580.32530. US patent No. 6.580.325

31. Патент США № 6.965.26631. US Patent No. 6.965.266

32. Патент США № 6.867.64332. US Patent No. 6.867.643

33. Патент США № 6.236.27033. US patent No. 6.236.270

34. Патент США № 6.229.39434. US patent No. 6.229.394

35. Патент США № 5.734.29635. US Patent No. 5.734.296

36. Патент США № 5.477.19036. US Patent No. 5.477.190

37. Патент США № 6.084.47537. US Patent No. 6.084.475

38. Патент США № 3.733.55938. US patent No. 3.733.559

39. Патентная заявка US 2005/0001682 A139. Patent application US 2005/0001682 A1

40. Патент США № 6.300.83140. US Patent No. 6.300.831

Claims (1)

Дифференциальный усилитель с повышенным ослаблением синфазного сигнала, содержащий входной дифференциальный каскад (1) с источником опорного тока (2) в общей эмиттерной цепи, имеющий входы (3) и (4), первый (5) и второй (6) токовые выходы которого соединены с эмиттерами первого (7) и второго (8) выходных транзисторов и соответствующими первым (9) и вторым (10) токостабилизирующими двухполюсниками, токовое зеркало (11), вход которого соединен с коллектором первого выходного транзистора (7), а выход подключен к выходу дифференциального усилителя (12) и коллектору второго выходного транзистора (8), источник напряжения смещения (13), связанный с объединенными базами выходных транзисторов (7) и (8), отличающийся тем, что в схему введен дополнительный дифференциальный каскад (14) с дополнительным источником опорного тока (15) в общей эмиттерной цепи, первый токовый выход которого (16) соединен со входом дополнительного токового зеркала (17), выход которого связан со вторым токовым выходом (18) дополнительного дифференциального каскада (14) и эмиттером первого выходного транзистора (7), причем входы (19) и (20) дополнительного дифференциального каскада (14) соединены с соответствующими входами (3) и (4) входного дифференциального каскада (1).A differential amplifier with increased common-mode attenuation, comprising an input differential stage (1) with a reference current source (2) in a common emitter circuit, having inputs (3) and (4), the first (5) and second (6) current outputs of which are connected with emitters of the first (7) and second (8) output transistors and the corresponding first (9) and second (10) current-stabilizing two-terminal devices, a current mirror (11), the input of which is connected to the collector of the first output transistor (7), and the output is connected to the output differential amplifier (12) and call to the second output transistor (8), a bias voltage source (13) associated with the combined bases of the output transistors (7) and (8), characterized in that an additional differential stage (14) with an additional reference current source (15) is introduced into the circuit in a common emitter circuit, the first current output of which (16) is connected to the input of the additional current mirror (17), the output of which is connected to the second current output (18) of the additional differential stage (14) and the emitter of the first output transistor (7), and the inputs ( 19) and (20) add An additional differential cascade (14) is connected to the corresponding inputs (3) and (4) of the input differential cascade (1).
RU2007116787/09A 2007-05-03 2007-05-03 Differential amplifier with high common mode rejection RU2331968C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007116787/09A RU2331968C1 (en) 2007-05-03 2007-05-03 Differential amplifier with high common mode rejection

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007116787/09A RU2331968C1 (en) 2007-05-03 2007-05-03 Differential amplifier with high common mode rejection

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2331968C1 true RU2331968C1 (en) 2008-08-20

Family

ID=39748155

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007116787/09A RU2331968C1 (en) 2007-05-03 2007-05-03 Differential amplifier with high common mode rejection

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2331968C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2458455C1 (en) * 2011-03-28 2012-08-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") Differential amplifier with increased weakening of input cophased signal

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2458455C1 (en) * 2011-03-28 2012-08-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") Differential amplifier with increased weakening of input cophased signal

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2365969C1 (en) Current mirror
RU2346388C1 (en) Differential amplifier
RU2331968C1 (en) Differential amplifier with high common mode rejection
RU2390916C1 (en) Precision operational amplifier
RU2416146C1 (en) Differential amplifier with increased amplification factor
RU2321158C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2411636C1 (en) Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2319291C1 (en) Cascade differential amplifier
RU2365029C1 (en) Cascode difference amplifier with low offset voltage
RU2393629C1 (en) Complementary cascode differential amplifier
RU2455757C1 (en) Precision operational amplifier
RU2421893C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2419187C1 (en) Cascode differential amplifier with increased zero level stability
RU2331969C1 (en) Differential amplifier with high common mode rejection
RU2349023C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2411637C1 (en) Precision operational amplifier with low voltage of zero shift
RU2374757C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2390912C2 (en) Cascode differential amplifier
RU2331972C1 (en) Differential amplifier with high voltage amplification factor
JP2016224017A (en) Current detection circuit
RU2331975C1 (en) Differential amplifier with minor zero offset voltage
RU2390914C1 (en) Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2402151C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2292638C1 (en) Differential amplifier characterized in enhanced common-mode signal attenuation
RU2331967C1 (en) Differential amplifier

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120504