RU2421896C1 - Differential amplifier with increased amplification coefficient as to voltage - Google Patents
Differential amplifier with increased amplification coefficient as to voltage Download PDFInfo
- Publication number
- RU2421896C1 RU2421896C1 RU2010114599/09A RU2010114599A RU2421896C1 RU 2421896 C1 RU2421896 C1 RU 2421896C1 RU 2010114599/09 A RU2010114599/09 A RU 2010114599/09A RU 2010114599 A RU2010114599 A RU 2010114599A RU 2421896 C1 RU2421896 C1 RU 2421896C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- emitter
- collector
- current
- Prior art date
Links
- 230000003321 amplification Effects 0.000 title abstract 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 title abstract 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
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, SiGe-операционных усилителях (ОУ), компараторах, непрерывных стабилизаторах напряжения и т.п.).The invention relates to the field of radio engineering and communications and can be used as a device for amplifying analog signals in the structure of analog microcircuits of various functional purposes (for example, SiGe-operational amplifiers (op amps), comparators, continuous voltage stabilizers, etc.).
В современной микроэлектронике широко применяются простейшие дифференциальные усилители (ДУ) (фиг.1) с местной отрицательной обратной связью, которые используются в качестве элементов эмиттерно-связанной логики, драйверов линий связи, элементарных операционных усилителей с дифференциальным выходом, фильтров на их основе, СВЧ усилителей и т.п. Коэффициент усиления по напряжению (Ky) таких ДУ зависит, прежде всего, от сопротивлений резисторов в коллекторной цепи входных транзисторов и резистора местной отрицательной обратной связи.In modern microelectronics, the simplest differential amplifiers (ДУ) are widely used (Fig. 1) with local negative feedback, which are used as elements of emitter-coupled logic, communication line drivers, elementary operational amplifiers with differential output, filters based on them, and microwave amplifiers etc. The voltage gain (K y ) of such remote controls depends primarily on the resistances of the resistors in the collector circuit of the input transistors and the local negative feedback resistor.
При использовании SiGe технологических процессов напряжение питания ДУ не должно превышать 1,5÷2,5 B, что накладывает существенные ограничения на величину сопротивления коллекторных резисторов, которые не должны превышать единиц килоом.When using SiGe technological processes, the power supply voltage of the remote control must not exceed 1.5 ÷ 2.5 V, which imposes significant restrictions on the resistance of collector resistors, which should not exceed units of kilo-ohms.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является ДУ (фиг.1), рассмотренный в патенте США №4511852 фиг.3. Он содержит первый 1 и второй 2 входные транзисторы, между эмиттерами которых включен двухполюсник обратной связи 3, первый 4 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером первого 1 входного транзистора и первым 5 источником питания, второй 6 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером второго 2 входного транзистора и первым 5 источником питания, первый 7 резистор коллекторной нагрузки, связанный первым выводом с первым 8 выходом устройства и коллектором первого 1 входного транзистора, второй 9 резистор коллекторной нагрузки, связанный первым выводом со вторым 10 выходом устройства и коллектором второго 2 входного транзистора, второй 11 источник питания.The closest in technical essence to the claimed device is a remote control (figure 1), discussed in US patent No. 4511852 figure 3. It contains the first 1 and second 2 input transistors, between the emitters of which there is a feedback 3-pole, the first 4 current-stabilizing two-terminal connected between the emitter of the first 1 input transistor and the first 5 power supply, the second 6 current-stabilizing two-pole connected between the emitter of the second 2 input transistor and the first 5 power supply, the first 7 collector load resistor connected to the first output with the first 8 output of the device and the collector of the first 1 input transistor, the second 9 collector resistor the load associated with the first output with the second 10 output of the device and the collector of the second 2 input transistor, the second 11 power supply.
Существенный недостаток известного ДУ фиг.1, который также присутствует в патентах [2-15], состоит в том, что при использовании коллекторной нагрузки 7 и 9 с сопротивлением 1÷2 кОм его коэффициент усиления по напряжению (Ky) получается небольшим:A significant drawback of the known DE of FIG. 1, which is also present in patents [2-15], is that when using a collector load of 7 and 9 with a resistance of 1 ÷ 2 kOhm, its voltage gain (K y ) is small:
где R9 - сопротивление резистора коллекторной нагрузки 9;where R 9 is the resistance of the
R3 - дифференциальное сопротивление двухполюсника обратной связи 3;R 3 - differential resistance of the two-
rэi<<R3 - сопротивление эмиттерного перехода i-го транзистора. Например, при R9=1 кОм и R3=500 Ом коэффициент усиления ДУ-прототипа Ку.прот≈2. В большинстве случаев этого недостаточно.r ei << R 3 is the resistance of the emitter junction of the i-th transistor. For example, when R 9 = 1 kOhm and R 3 = 500 Ohm, the gain of the DU prototype K uprot ≈2. In most cases, this is not enough.
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в повышении коэффициента усиления по напряжению при использовании сравнительно низкоомных резисторов коллекторы нагрузки (например, R9=R7=14÷2 кОм) в условиях технологических ограничений SiGe-технологии на напряжение питания (±1,9÷2 B).The main objective of the invention is to increase the voltage gain when using relatively low resistance resistors load collectors (for example, R 9 = R 7 = 14 ÷ 2 kOhm) under the technological restrictions of SiGe technology for supply voltage (± 1.9 ÷ 2 B )
Поставленная задача достигается тем, что в дифференциальном усилителе фиг.1, содержащем первый 1 и второй 2 входные транзисторы, между эмиттерами которых включен двухполюсник обратной связи 3, первый 4 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером первого 1 входного транзистора и первым 5 источником питания, второй 6 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером второго 2 входного транзистора и первым 5 источником питания, первый 7 резистор коллекторной нагрузки, связанный первым выводом с первым 8 выходом устройства и коллектором первого 1 входного транзистора, второй 9 резистор коллекторной нагрузки, связанный первым выводом со вторым 10 выходом устройства и коллектором второго 2 входного транзистора, второй 11 источник питания, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введены первое 12 и второе 13 токовые зеркала, общие эмиттерные выходы которых связаны со вторым 11 источником питания, вход первого 12 токового зеркала соединен со вторым выводом первого 7 резистора коллекторной нагрузки, вход второго 13 токового зеркала соединен со вторым выводом второго 9 резистора коллекторной нагрузки, выход первого 12 токового зеркала соединен с эмиттером второго 2 входного транзистора, а выход второго 13 токового зеркала подключен к эмиттеру первого 1 входного транзистора.The problem is achieved in that in the differential amplifier of Fig. 1, containing the first 1 and second 2 input transistors, between the emitters of which a feedback 2-
На фиг.1 показана схема ДУ-прототипа.In Fig.1 shows a diagram of the remote control prototype.
Схема заявляемого устройства, соответствующего формуле изобретения, показана на фиг.2.A diagram of the inventive device corresponding to the claims is shown in figure 2.
На фиг.3 показана схема ДУ фиг.1 в среде компьютерного моделирования Cadence на моделях интегральных транзисторов ФГУП НЛП «Пульсар», а на фиг.4 - заявляемого устройства фиг.2.In Fig.3 shows a diagram of the remote control of Fig.1 in the computer simulation environment of Cadence on models of integrated transistors of FSUE NLP Pulsar, and in Fig.4 - of the inventive device of Fig.2.
На чертеже фиг.5 приведена частотная зависимость коэффициента усиления по напряжению сравниваемых ДУ фиг.3 и фиг.4. Данные графики показывают, что, несмотря на применение низкоомной коллекторной нагрузки (R60=R61=1 кОм) и введении местной отрицательной обратной связи в виде резистора R59=R3(626 Ом), коэффициент усиления по напряжению ДУ (фиг.4) повышается на 75 дБ, т.е. более чем на три порядка в сравнении с Ky ДУ-прототипа фиг.3. Это важное достоинство предлагаемого ДУ при его реализации в рамках перспективных SiGe технологических процессов.The drawing of figure 5 shows the frequency dependence of the gain on the voltage of the compared remote control of figure 3 and figure 4. These graphs show that, despite the use of a low-impedance collector load (R 60 = R 61 = 1 kOhm) and the introduction of local negative feedback in the form of a resistor R 59 = R 3 (626 Ohms), the voltage gain of the remote control (Fig. 4 ) increases by 75 dB, i.e. more than three orders of magnitude in comparison with K y remote control of the prototype of figure 3. This is an important advantage of the proposed remote control during its implementation in the framework of promising SiGe technological processes.
На фиг.6 показаны графики зависимости коэффициента усиления сравниваемых схем фиг.3, фиг.4 от сопротивлений двухполюсника местной отрицательной обратной связи 3 (R3=R59=R63 на схемах фиг.3 и фиг.4). Из данных графиков следует, что коэффициент усиления по напряжению в заявляемой схеме всегда больше, чем коэффициент усиления ДУ-прототипа, причем существует некоторое оптимальное значение сопротивления резистора 3, при котором Ky принимает экстремально высокое значение.In Fig.6 shows graphs of the dependence of the gain of the compared circuits of Fig.3, Fig.4 from the resistances of the bipolar local negative feedback 3 (R 3 = R 59 = R 63 in the circuits of Fig.3 and Fig.4). From these graphs it follows that the voltage gain in the claimed circuit is always greater than the gain of the remote control prototype, and there is some optimal value of the resistance of the
Дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления по напряжению фиг.2 содержит первый 1 и второй 2 входные транзисторы, между эмиттерами которых включен двухполюсник обратной связи 3, первый 4 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером первого 1 входного транзистора и первым 5 источником питания, второй 6 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером второго 2 входного транзистора и первым 5 источником питания, первый 7 резистор коллекторной нагрузки, связанный первым выводом с первым 8 выходом устройства и коллектором первого 1 входного транзистора, второй 9 резистор коллекторной нагрузки, связанный первым выводом со вторым 10 выходом устройства и коллектором второго 2 входного транзистора, второй 11 источник питания. В схему введены первое 12 и второе 13 токовые зеркала, общие эмиттерные выходы которых связаны со вторым 11 источником питания, вход первого 12 токового зеркала соединен со вторым выводом первого 7 резистора коллекторной нагрузки, вход второго 13 токового зеркала соединен со вторым выводом второго 9 резистора коллекторной нагрузки, выход первого 12 токового зеркала соединен с эмиттером второго 2 входного транзистора, а выход второго 13 токового зеркала подключен к эмиттеру первого 1 входного транзистора.The differential amplifier with a high voltage gain of FIG. 2 contains the first 1 and second 2 input transistors, between the emitters of which a feedback 3-pole is included, the first 4 current-stabilizing two-terminal connected between the emitter of the first 1 input transistor and the first 5 power supply, the second 6 current-stabilizing a two-terminal device connected between the emitter of the second 2 input transistor and the first 5 power supply, the first 7 collector load resistor connected to the first output with the first 8 output m of the device and the collector of the first 1 input transistor, the second 9 collector load resistor connected to the first output with the second 10 output of the device and the collector of the second 2 input transistor, the second 11 power supply. The first 12 and second 13 current mirrors are introduced into the circuit, the common emitter outputs of which are connected to the second 11 power source, the input of the first 12 current mirrors is connected to the second output of the first 7 collector resistor, the input of the second 13 current mirrors is connected to the second output of the second 9 collector resistor load, the output of the first 12 current mirror is connected to the emitter of the second 2 input transistor, and the output of the second 13 current mirror is connected to the emitter of the first 1 input transistor.
Рассмотрим работу предлагаемого устройства фиг.2.Consider the operation of the proposed device of figure 2.
Статический режим ДУ фиг.2 устанавливается двухполюсниками 4 и 6. Если пренебречь выходным сопротивлением транзисторов 1 и 2, то коэффициент усиления по напряжению ДУ фиг.1 по выходам Вых.2 и Вых.1 определяется по формулам:The static mode of the remote control of FIG. 2 is set by bipolar 4 and 6. If we neglect the output impedance of
где Rн.экв.2, Rн.экв.1 - эквивалентные сопротивления в узлах «Вых.2» и «Вых.1» соответственно.where R n.Eq.2 , R n.Eq.1 - equivalent resistance in the nodes "Out.2" and "Out.1", respectively.
Причем Rн.экв.2 и Rн.экв.1 как выходные сопротивления при одновременном изменении uвых.2 и uвых.1 можно найти из выражения:Moreover, R N.E. 2 and R N.E. 1 as output impedances while changing u output 2 and u output 1 can be found from the expression:
гдеWhere
В последних формулах:In the latest formulas:
Kil2≤1 - коэффициент усиления по току первого 12 токового зеркала;K il2 ≤1 - current gain of the first 12 current mirror;
uвых=uвых.1=uвых.2 - амплитуда выходных противофазных напряжений ДУ.u output =
Таким образом, коэффициент усиления по напряжению ДУ фиг.2:Thus, the voltage gain of the remote control of figure 2:
где Kд1<1 - коэффициент деления выходного тока iпт.2 между эмиттером транзистора 1 и двухполюсником 13:where K d1 <1 is the division ratio of the output current i pt.2 between the emitter of the
Причем α2=0,98-0,99 - коэффициент усиления по току эмиттера транзистора VT1 в схеме с общей базой.Moreover, α 2 = 0.98-0.99 is the current gain of the emitter of transistor VT1 in a circuit with a common base.
Поэтому при R9=R7 выигрыш по Ky в схеме фиг.2Therefore, when R 9 = R 7 gain in K y in the scheme of figure 2
В практических схемах Ki12 и Kд1 всегда меньше единицы (Ki12=0,9÷0,99, Кд1=0,98÷0,99). Тем не менее, при R9=R7 выигрыш по Kу.з получается значительным (фиг.5, фиг.6).In practical schemes, K i12 and K d1 are always less than one (K i12 = 0.9 ÷ 0.99, K d1 = 0.98 ÷ 0.99). However, with R9 = R7, the gain in K.sub.z is significant (Fig. 5, Fig. 6).
Численные значения R3 сложным образом влияют на Ky. Если R3=0, то Kу.з=Kу.прот. При больших R3>>3 улучшается передача токов iпт.12 и iпт.13 в эмиттеры транзисторов 1 и 2, что позволяет в пределе получитьThe numerical values of R 3 affect K y in a complex way. If R 3 = 0, then K.s. = K.s. For large R 3 >> 3, the transfer of currents i pt.12 and i pt.13 to the emitters of
Однако, если учесть, что транзистор 2 имеет некоторое выходное сопротивлениеHowever, when you consider that the
где µ2=10-3÷10-4 - коэффициент внутренней обратной связи второго 2 входа транзистора, то в идеальном случае при Ki.12=l, α2=1 коэффициент усиления ДУ фиг.2 не может превышать значений:where μ 2 = 10 -3 ÷ 10 -4 is the internal feedback coefficient of the second 2 transistor inputs, then in the ideal case when K i.12 = l, α 2 = 1, the gain of the remote control of Fig. 2 cannot exceed the values:
Таким образом, предлагаемое устройство имеет существенные преимущества по коэффициенту усиления в сравнении с прототипом.Thus, the proposed device has significant advantages in gain compared with the prototype.
ЛитератураLiterature
1. М.Херпи. Аналоговые интегральные схемы. М.: Радио и связь, 1983 г. - С.366, рис.8.11.1. M. Herpy. Analog integrated circuits. M .: Radio and communications, 1983 - S.366, Fig. 8.11.
2. Патент EP 0058448, H03f 3/45.2. Patent EP 0058448,
3. Авт. свид. СССР №853776, G03g 3/36.3. Auth. testimonial. USSR No. 853776,
4. Авт. свид. СССР №488317, H03h 7/44.4. Auth. testimonial. USSR No. 488317,
5. Гребен А.Б. Проектирование аналоговых интегральных схем. - М.: Мир - С.147, рис.7-5.5. Greben A.B. Designing analog integrated circuits. - M .: World - S.147, Fig. 7-5.
6. Патент США №4146844, кл. 330-149.6. US patent No. 4146844, cl. 330-149.
7. Патент Японии 53-33232 98(5) A 333.7. Japanese Patent 53-33232 98 (5) A 333.
8. Патент Англии №1429793 H03f 1/34.8. England patent No. 1429793
9. Патент Англии №1572079, H3T.9. Patent of England No. 1572079, H3T.
10. Патент США №4511852.10. US patent No. 4511852.
11. Патентная заявка США №2002/0053935.11. US patent application No. 2002/0053935.
12. Патент США №6456142, фиг.8.12. US patent No. 6456142, Fig.8.
13. Патент США №5184088, фиг.2.13. US patent No. 5184088, figure 2.
14. Патент США №5821810.14. US patent No. 5821810.
15. Патент UK №2318470.15. UK patent No. 2318470.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010114599/09A RU2421896C1 (en) | 2010-04-12 | 2010-04-12 | Differential amplifier with increased amplification coefficient as to voltage |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010114599/09A RU2421896C1 (en) | 2010-04-12 | 2010-04-12 | Differential amplifier with increased amplification coefficient as to voltage |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2421896C1 true RU2421896C1 (en) | 2011-06-20 |
Family
ID=44738204
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010114599/09A RU2421896C1 (en) | 2010-04-12 | 2010-04-12 | Differential amplifier with increased amplification coefficient as to voltage |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2421896C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109002076A (en) * | 2017-06-07 | 2018-12-14 | 上海韦玏微电子有限公司 | Resistor current mirror image circuit, RSSI circuit and chip |
-
2010
- 2010-04-12 RU RU2010114599/09A patent/RU2421896C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109002076A (en) * | 2017-06-07 | 2018-12-14 | 上海韦玏微电子有限公司 | Resistor current mirror image circuit, RSSI circuit and chip |
CN109002076B (en) * | 2017-06-07 | 2021-10-29 | 苏州瀚宸科技有限公司 | Resistance current mirror circuit, RSSI circuit and chip |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2419197C1 (en) | Differential amplifier with increased amplification factor as to voltage | |
RU2432669C1 (en) | Broadband amplifier | |
RU2364020C1 (en) | Differential amplifier with negative in-phase signal feedback | |
RU2428786C1 (en) | Cascode amplifier | |
CN108429541B (en) | Predistorter for compensating for linearity of amplifier | |
RU2427071C1 (en) | Broadband amplifier | |
RU2391768C2 (en) | Quick-acting operating amplifier on basis of "bent" cascode | |
RU2421896C1 (en) | Differential amplifier with increased amplification coefficient as to voltage | |
RU2413355C1 (en) | Differential amplifier with paraphase output | |
RU2416146C1 (en) | Differential amplifier with increased amplification factor | |
RU2446554C1 (en) | Differential operational amplifier with paraphase output | |
RU2475941C1 (en) | Differential amplifier with complementary input cascade | |
RU2421893C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2432668C1 (en) | Differential operational amplifier with paraphase output | |
RU2421888C1 (en) | Differential amplifier | |
RU2413356C1 (en) | Differential amplifier with increased input resistance | |
RU2396698C1 (en) | Differential amplifier | |
RU2444114C1 (en) | Operational amplifier with low-resistance load | |
RU2421895C1 (en) | Differential amplifier | |
RU2432666C1 (en) | Differential operational amplifier with low supply voltage | |
RU2321158C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2421890C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2421881C1 (en) | Differential amplifier | |
RU2420864C1 (en) | Differential amplifier with high amplification ratio | |
RU2401509C1 (en) | Buffer amplifier |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130413 |