RU2446554C1 - Differential operational amplifier with paraphase output - Google Patents
Differential operational amplifier with paraphase output Download PDFInfo
- Publication number
- RU2446554C1 RU2446554C1 RU2010146368/08A RU2010146368A RU2446554C1 RU 2446554 C1 RU2446554 C1 RU 2446554C1 RU 2010146368/08 A RU2010146368/08 A RU 2010146368/08A RU 2010146368 A RU2010146368 A RU 2010146368A RU 2446554 C1 RU2446554 C1 RU 2446554C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- current
- bus
- input
- power source
- 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, мостовых усилителях мощности, фильтрах, компараторах и т.п.).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, bridge power amplifiers, filters, comparators, etc.).
Известны схемы классических двухкаскадных дифференциальных операционных усилителей (ДУ) на основе токовых зеркал с парафазным выходом, которые стали основой многих серийных аналоговых микросхем [1-11]. ДУ данного класса активно применяются и в структуре СВЧ-устройств, реализованных на базе SiGe-технологий. Это связано с возможностью построения на их основе активных RС-фильтров гигагерцового диапазона для современных и перспективных систем телекоммуникаций, драйверов дифференциальных линий связи между СФ-блоками A/d или a/D классов и т.н.Known schemes of classical two-stage differential operational amplifiers (DU) based on current mirrors with a paraphase output, which became the basis of many serial analog circuits [1-11]. Remote controls of this class are also actively used in the structure of microwave devices implemented on the basis of SiGe technologies. This is due to the possibility of building on their basis active RC filters of the GHz range for modern and promising telecommunication systems, drivers of differential communication lines between SF blocks A / d or a / D classes, and so on.
Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является дифференциальный усилитель по патентной заявке US 2006/0006910, содержащий входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами и низкоомным выходом 4 общей эмиттерной цепи, связанным с шиной первого 5 источника питания через первый 6 токостабилизирующий двухполюсник, первое 7 токовое зеркало, вход которого подключен к первому 2 токовому выходу входного дифференциального каскада 1, а выход соединен с первым 8 вспомогательным выходом устройства и через первый 9 токостабилизирующий двухполюсник нагрузки соединен с шиной первого 5 источника питания, второе 10 токовое зеркало, вход которого соединен со вторым 3 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, а выход соединен со вторым 11 вспомогательным выходом устройства и через второй 12 токостабилизирующий двухполюсник нагрузки соединен с шиной первого 5 источника питания, причем шина второго 13 источника питания связана с общими эмиттерными выходами первого 7 и второго 10 токовых зеркал.The closest prototype (figure 1) of the claimed device is a differential amplifier according to patent application US 2006/0006910, comprising an input
Существенный недостаток известного ДУ фиг.1 состоит в том, что при низкоомной нагрузке (например, Rн=4 Ом), подключенной к выходам 8 и 12, а также реализации опции rail-to-rail, он имеет нестабильный уровень выходного синфазного напряжения, зависящий от Rн и параметров токостабилизирующих двухполюсников 9, 12, 6. Это значительно затрудняет его согласование с последующими функциональными узлами, не позволяет реализовывать на его основе мостовые усилители мощности ВЧ и СВЧ диапазона.A significant drawback of the known DE of FIG. 1 is that with a low-impedance load (for example, R n = 4 Ohms) connected to the
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в создании условий, при которых выходное статическое синфазное напряжение ДУ будет иметь высокую стабильность и близкое к нулю значение при низкоомных нагрузках (1÷4 Ом). В этом случае реализуется также более широкий диапазон изменения выходного сигнала ДУ.The main objective of the invention is to create conditions under which the output static common-mode voltage of the remote control will have high stability and close to zero value at low resistance loads (1 ÷ 4 Ohms). In this case, a wider range of variation of the output signal of the remote control is also realized.
Поставленная задача решается тем, что в дифференциальном операционном усилителе с парафазным выходом фиг.1, содержащем входной дифференциальный каскад (1) с первым (2) и вторым (3) токовыми выходами и низкоомным выходом (4) общей эмиттерной цепи, связанным с шиной первого (5) источника питания через первый (6) токостабилизирующий двухполюсник, первое (7) токовое зеркало, вход которого подключен к первому (2) токовому выходу входного дифференциального каскада (1), а выход соединен с первым (8) вспомогательным выходом устройства и через первый (9) токостабилизирующий двухполюсник нагрузки соединен с шиной первого (5) источника питания, второе (10) токовое зеркало, вход которого соединен со вторым (3) токовым выходом входного дифференциального каскада (1), а выход соединен со вторым (11) вспомогательным выходом устройства и через второй (12) токостабилизирующий двухполюсник нагрузки соединен с шиной первого (5) источника питания, причем шина второго (13) источника питания связана с общими эмиттерными выходами первого (7) и второго (10) токовых зеркал, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введен дополнительный транзистор (14), эмиттер которого соединен с низкоомным выходом (4) общей эмиттерной цепи входного дифференциального каскада (1), а коллектор подключен к шине второго (13) источника питания, причем первый (8) вспомогательный выход устройства связан с базой дополнительного транзистора (14) через последовательно соединенные первый (19) дополнительный буферный усилитель и первый (15) резистор обратной связи, а второй (11) вспомогательный выход устройства связан с базой дополнительного транзистора (14) через последовательно соединенные второй (20) дополнительный буферный усилитель и второй (16) резистор обратной связи.The problem is solved in that in a differential operational amplifier with a paraphase output of Fig. 1, containing an input differential stage (1) with a first (2) and a second (3) current outputs and a low-impedance output (4) of the common emitter circuit connected to the bus of the first (5) the power source through the first (6) current-stabilizing two-terminal device, the first (7) current mirror, the input of which is connected to the first (2) current output of the input differential stage (1), and the output is connected to the first (8) auxiliary output of the device and through first (9) tokos an abilizing load two-terminal device is connected to the bus of the first (5) power source, the second (10) current mirror, the input of which is connected to the second (3) current output of the input differential stage (1), and the output is connected to the second (11) auxiliary output of the device and through the second (12) current-stabilizing two-pole load is connected to the bus of the first (5) power source, and the bus of the second (13) power source is connected to the common emitter outputs of the first (7) and second (10) current mirrors, new elements and connections are provided in the circuit in there is an additional transistor (14), the emitter of which is connected to the low-impedance output (4) of the common emitter circuit of the input differential stage (1), and the collector is connected to the bus of the second (13) power source, and the first (8) auxiliary output of the device is connected to the base of the additional transistor (14) through the first (19) additional buffer amplifier and the first (15) feedback resistor connected in series, and the second (11) auxiliary output of the device is connected to the base of the additional transistor (14) through the series connected e second (20) an additional buffer amplifier and a second (16) feedback resistor.
На чертеже фиг.1 показана схема ДУ-прототипа.The drawing of figure 1 shows a diagram of the remote control prototype.
На чертеже фиг.2 показана схема заявляемого устройства в соответствии с формулой изобретения.The drawing of figure 2 shows a diagram of the inventive device in accordance with the claims.
На чертеже фиг.3 показана схема заявляемого ДУ с архитектурой фиг.3, в котором дополнительные буферные усилители 19 и 20 выполнены в частном случае на основе транзистора 21 и двухполюсника 22, а также транзистора 23 и двухполюсника 24.The drawing of figure 3 shows a diagram of the inventive remote control with the architecture of figure 3, in which
На чертеже фиг.4 показана схема заявляемого ДУ фиг.3 в среде компьютерного моделирования Cadance на моделях SiGe интегральных транзисторов, а на чертеже фиг.5 - зависимость его коэффициента усиления по напряжению от частоты.In the drawing of Fig. 4, a diagram of the claimed remote control of Fig. 3 is shown in a Cadance computer simulation environment on SiGe models of integrated transistors, and in the drawing of Fig. 5 is a dependence of its voltage gain on frequency.
На чертеже фиг.6 представлена зависимость выходных напряжений для парафазных и дифференциальных выходов ДУ фиг.4 от входного синусоидального напряжения с амплитудой uвх=1 мВ. Графики фиг.6 показывают, что заявляемый ДУ имеет два противофазных выходных напряжения и нулевой уровень выходного синфазного статического напряжения.The drawing of Fig.6 shows the dependence of the output voltages for the paraphase and differential outputs of the remote control of Fig.4 from the input sinusoidal voltage with an amplitude u in = 1 mV. The graphs of Fig.6 show that the claimed remote control has two out-of-phase output voltages and a zero level of output common-mode static voltage.
На чертеже фиг.7 приведена схема включения предлагаемого ДУ в структуре драйвера дифференциальной линии связи.The drawing of Fig.7 shows a diagram of the inclusion of the proposed remote control in the structure of the driver of the differential communication line.
По чертеже фиг.8 приведена конкретная схема драйвера фиг.7 на основе ДУ фиг.4 в среде Cadence на моделях интегральных SiGe транзисторов, а на чертеже фиг.9 - частотная зависимость ее дифференциального коэффициента усиления.The drawing of Fig. 8 shows a specific driver diagram of Fig. 7 based on the remote control of Fig. 4 in a Cadence environment on models of integrated SiGe transistors, and Fig. 9 shows the frequency dependence of its differential gain.
Дифференциальный операционный усилитель с парафазмым выходом фиг.2 содержит входной дифференциальный каскад 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами и низкоомным выходом 4 общей эмиттерной цепи, связанным с шиной первого 5 источника питания через первый 6 токостабилизирующий двухполюсник, первое 7 токовое зеркало, вход которого подключен к первому 2 токовому выходу входного дифференциального каскада 1, а выход соединен с первым 8 вспомогательным выходом устройства и через первый 9 токостабилизирующий двухполюсник нагрузки соединен с шиной первого 5 источника питания, второе 10 токовое зеркало, вход которого соединен со вторым 3 токовым выходом входного дифференциального каскада 1, а выход соединен со вторым 11 вспомогательным выходом устройства и через второй 12 токостабилизирующий двухполюсник нагрузки соединен с шиной первого 5 источника питания, причем шина второго 13 источника питания связана с общими эмиттерными выходами первого 7 и второго 10 токовых зеркал. В схему введен дополнительный транзистор (14), эмиттер которого соединен с низкоомным выходом (4) общей эмиттерной цепи входного дифференциального каскада (1), а коллектор подключен к шине второго (13) источника питания, причем первый (8) вспомогательный выход устройства связан с базой дополнительного транзистора (14) через последовательно соединенные первый (19) дополнительный буферный усилитель и первый (15) резистор обратной связи, а второй (11) вспомогательный выход устройства связан с базой дополнительного транзистора (14) через последовательно соединенные второй (20) дополнительный буферный усилитель и второй (16) резистор обратной связи.The differential operational amplifier with a paraphase output of Fig. 2 contains an input
На чертеже фиг.3 показана схема заявляемого ДУ с архитектурой фиг.2, в котором дополнительные буферные усилители 19 и 20 выполнены в частном случае на основе транзистора 21 и двухполюсника 22, а также транзистора 23 и двухполюсника 24.The drawing of figure 3 shows a diagram of the inventive remote control with the architecture of figure 2, in which
В качестве первого 6 токостабилизирующего двухполюсника авторы рекомендуют использовать классические источники опорного тока на транзисторах или сравнительно высокоомные резисторы.As the first 6 current-stabilizing bipolar, the authors recommend using classical sources of reference current on transistors or relatively high-resistance resistors.
Первый 9 и второй 12 токостабилизирующие двухполюсники нагрузки реализуются в виде источников опорного тока на транзисторах.The first 9 and second 12 current-stabilizing bipolar loads are implemented as reference current sources on transistors.
Токовые зеркала 7 и 10 выполняются по классическим схемам.
Рассмотрим работу ДУ фиг.2.Consider the operation of the remote control of figure 2.
Статический режим по току транзисторов 14, 17 и 18 предлагаемого ДУ устанавливается двухполюсниками 6, 9 и 12. Причем коллекторные и эмиттерные токи транзисторов 17, 18 и 14 определяются по формулам:The static current mode of the
где I0 - заданное значение статического тока, например 1 мА.where I 0 is the set value of the static current, for example 1 mA.
Статическое напряжение U*8 на выходе Вых.*1 и U*11 на Вых.*2 ДУ при нулевом входном сигнале (uвх=0) можно найти из уравнения:The static voltage U * 8 at the output of Output. * 1 and U * 11 at the Output. * 2 of the remote control at a zero input signal (u in = 0) can be found from the equation:
где Uэб.17=Uэб.18=Uэб.14 - напряжение «эмиттер-база» входных транзисторов 17 и 18 и дополнительного транзистора 14 при токе эмиттера Iэi=I0;where U eb . 17 = U eb . 18 = U eb. 14 - voltage "emitter-base" of the
Iб - составляющая тока базы транзистора 14 в резисторе обратной связи 15 (16).I b - the current component of the base of the
Таким образом, во-первых, при низкоомных нагрузках Rн, подключаемых к выходам Вых*.1 и Вых*.2 (Rн=1÷4 Ом), и типовых значениях тока базы транзистора 14, а также при R15=R16=50÷100 Ом выходное синфазное напряжение ДУ фиг.2 практически равно нулю в широком диапазоне температурных и радиационных воздействий, а также изменений напряжений питания.Thus, firstly, with low-impedance loads R n connected to the outputs O * * .1 and O * * 2 (R n = 1 ÷ 4 Ohms), and typical values of the base current of the
Во-вторых, рассматриваемый ДУ обеспечивает предельно возможные (при низкоомных нагрузках Rн=1÷4 Ом, подключаемых к выходам Вых*.1 и Вых*.2) противофазные напряжения на выходах, близкие к соответствующим напряжениям питания Е13 и Е5. При этом численные значения Rн в заявляемой схеме достаточно слабо влияют на нулевой уровень выходного синфазного сигнала ДУ. Данный эффект в ДУ-прототипе не реализуется.Secondly, the considered remote control provides the maximum possible (with low-impedance loads R n = 1 ÷ 4 Ohms connected to the outputs O * * .1 and O * * .2) out-of-phase voltages at the outputs close to the corresponding supply voltages E 13 and E 5 . In this case, the numerical values of R n in the claimed scheme have a rather weak effect on the zero level of the output common mode signal of the remote control. This effect in the remote control prototype is not implemented.
При синфазном изменении напряжений на входах Вх.1 и Вх.2 изменяются синфазно и напряжения на выходах Вых*.1 и Вых.*2. Однако при этом эмиттерный (коллекторный) ток транзистора 14 остается постоянным:With a common-mode voltage variation at the inputs Vx.1 and Bx.2, the common-mode voltages at the outputs Output * .1 and Output. * 2 also change. However, the emitter (collector) current of the
Поэтому коэффициент ослабления входных синфазных напряжений в заявляемом ДУ достаточно высок, так как режим по току транзисторов 17 и 18 не изменяется.Therefore, the attenuation coefficient of the input common-mode voltage in the claimed remote control is quite high, since the current mode of the
Таким образом, наличие дополнительных буферных усилителей 19 и 20 значительно снижает требования к величине сопротивлений резисторов обратной связи 15 и 16, что позволяет получить на выходах Вых.*1 и Вых.*2 нулевые уровни статических напряжений независимо от статических параметров этих дополнительных буферных усилителей 19 и 20 и сопротивлений низкоомной нагрузки. В схеме фиг.2 в низкоомной нагрузке Rн, включенной между выходами Вых.*1 и Вых.*2, могут быть получены значительно большие мощности, которые определяются свойствами дополнительных буферных усилителей 19 и 20. Кроме этого, в архитектуре рис.2 максимальные амплитуды выходных напряжений положительной отрицательной полярностей близки к сумме напряжений первого 5 (Е5) и второго 13 (Е13) источников питания , что является одной из ее замечательных особенностей.Thus, the presence of
Таким образом, предлагаемый ДУ имеет существенные преимущества в сравнении с прототипом.Thus, the proposed remote control has significant advantages in comparison with the prototype.
Источники информации:Information sources:
1. Патентная заявка США №2005/02189831. US Patent Application No. 2005/0218983
2. Патентная заявка США №2006/01390982. US Patent Application No. 2006/0139098
3. Патентная заявка США №2006/0006910 fig. 13. US Patent Application No. 2006/0006910 fig. one
4. Патент США №6.657.4654. US Patent No. 6,657.465
5. Патент США №6.831.513 fig. 45. US Patent No. 6,831,513 fig. four
6. Патент США №6.844.7816. US Patent No. 6,844.781
7. Патентная заявка США №2008/0032656 fig.67. US Patent Application No. 2008/0032656 fig.6
8. Патент США №6.657.4658. US Patent No. 6,657.465
9. Патент США №6.538.5139. US Patent No. 6,538.513
10. Патентная заявка США №2003/0132803 fig.410. US patent application No. 2003/0132803 fig.4
11. Патент США №6.882.185 fig. 411. US Patent No. 6,882,185 fig. four
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010146368/08A RU2446554C1 (en) | 2010-11-13 | 2010-11-13 | Differential operational amplifier with paraphase output |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010146368/08A RU2446554C1 (en) | 2010-11-13 | 2010-11-13 | Differential operational amplifier with paraphase output |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2446554C1 true RU2446554C1 (en) | 2012-03-27 |
Family
ID=46031023
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010146368/08A RU2446554C1 (en) | 2010-11-13 | 2010-11-13 | Differential operational amplifier with paraphase output |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2446554C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2536376C1 (en) * | 2013-04-26 | 2014-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Operational amplifier with paraphase output |
RU2652504C1 (en) * | 2017-09-20 | 2018-04-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | High-speed differential operational amplifier |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3395358A (en) * | 1965-04-28 | 1968-07-30 | Honeywell Inc | Differential amplifier apparatus |
RU2393627C1 (en) * | 2009-02-18 | 2010-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Broadband operational amplifier with differential output |
-
2010
- 2010-11-13 RU RU2010146368/08A patent/RU2446554C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3395358A (en) * | 1965-04-28 | 1968-07-30 | Honeywell Inc | Differential amplifier apparatus |
RU2393627C1 (en) * | 2009-02-18 | 2010-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Broadband operational amplifier with differential output |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2536376C1 (en) * | 2013-04-26 | 2014-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Operational amplifier with paraphase output |
RU2652504C1 (en) * | 2017-09-20 | 2018-04-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | High-speed differential operational amplifier |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2364020C1 (en) | Differential amplifier with negative in-phase signal feedback | |
RU2446554C1 (en) | Differential operational amplifier with paraphase output | |
RU2331971C1 (en) | Differential amplifier with extended rating of operation | |
RU2390916C1 (en) | Precision operational amplifier | |
RU2333593C1 (en) | Differential amplifier with wider active operation range | |
RU2439778C1 (en) | Differential operational amplifier with paraphase output | |
RU2441316C1 (en) | Differential amplifier with low supply voltage | |
RU2321159C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2439780C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2475941C1 (en) | Differential amplifier with complementary input cascade | |
RU2449464C1 (en) | Differential operational amplifier with paraphase output | |
RU2432666C1 (en) | Differential operational amplifier with low supply voltage | |
RU2319291C1 (en) | Cascade differential amplifier | |
CN103138704A (en) | Voltage control variable resistor suitable for application of large-scale signals | |
RU2475942C1 (en) | Broadband differential amplifier | |
RU2421896C1 (en) | Differential amplifier with increased amplification coefficient as to voltage | |
RU2468504C1 (en) | Complementary differential amplifier with paraphase output | |
RU2439779C1 (en) | Complementary cascode differential amplifier with paraphase output | |
RU2436226C1 (en) | Differential operational amplifier with paraphase output | |
RU2595923C1 (en) | High-speed operational amplifier based on "bent" cascode | |
RU2432668C1 (en) | Differential operational amplifier with paraphase output | |
RU2421894C1 (en) | Differential amplifier | |
RU2320078C1 (en) | Complementary differential amplifier | |
RU2668983C1 (en) | Input stage of high-speed operational amplifier | |
KR101360648B1 (en) | Instrumentation amplifier using second generation current-conveyer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121114 |