RU2485675C1 - Selective amplifier - Google Patents
Selective amplifier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2485675C1 RU2485675C1 RU2012107319/08A RU2012107319A RU2485675C1 RU 2485675 C1 RU2485675 C1 RU 2485675C1 RU 2012107319/08 A RU2012107319/08 A RU 2012107319/08A RU 2012107319 A RU2012107319 A RU 2012107319A RU 2485675 C1 RU2485675 C1 RU 2485675C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input transistor
- collector
- input
- transistor
- bus
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 16
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 5
- 230000003321 amplification Effects 0.000 abstract 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000010267 cellular communication Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000009699 differential effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y02B60/50—
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах СВЧ-фильтрации радиосигналов систем сотовой связи, спутникового телевидения, радиолокации и т.п.The present invention relates to the field of radio engineering and communications and can be used in microwave filtering devices of radio signals from cellular communication systems, satellite television, radar, etc.
В задачах выделения высокочастотных и СВЧ сигналов сегодня широко используются интегральные операционные усилители со специальными элементами RC-коррекции, формирующими амплитудно-частотную характеристику резонансного типа [1, 2]. Однако классическое построение таких избирательных усилителей (ИУ) сопровождается значительными энергетическими потерями, которые идут в основном на обеспечение статического режима достаточно большого числа транзисторов, образующих операционный усилитель СВЧ-диапазона [1, 2]. В этой связи достаточно актуальной является задача построения СВЧ избирательных усилителей ИУ на трех-четырех транзисторах, обеспечивающих выделение узкого спектра сигналов с достаточно высокой добротностью резонансной характеристики Q=2÷10 и f0=1÷5 ГГц при малом энергопотреблении.Integrated operational amplifiers with special RC correction elements that form the amplitude-frequency characteristic of the resonance type are widely used today in the problems of extracting high-frequency and microwave signals [1, 2]. However, the classical construction of such selective amplifiers (DUTs) is accompanied by significant energy losses, which are mainly used to ensure the static mode of a sufficiently large number of transistors forming an operational amplifier of the microwave range [1, 2]. In this regard, the task of constructing microwave selective amplifier DIs on three to four transistors, providing the selection of a narrow spectrum of signals with a sufficiently high quality factor of the resonant characteristic Q = 2 ÷ 10 and f 0 = 1 ÷ 5 GHz at low power consumption, is quite relevant.
Известны схемы усилителей, интегрированных в архитектуру RC-фильтров на основе биполярных транзисторов, которые обеспечивают формирование амплитудно-частотной характеристики коэффициента усиления по напряжению в заданном диапазоне частот Δf=fв-fн [3-15]. Причем их верхняя граничная частота fв иногда формируется инерционностью транзисторов схемы (емкостью на подложку), а нижняя fн определяется входным корректирующим конденсатором.Known amplifier circuits integrated into the architecture of RC filters based on bipolar transistors, which provide the formation of the amplitude-frequency characteristics of the voltage gain in a given frequency range Δf = f in -f n [3-15]. Moreover, their upper cutoff frequency f in is sometimes formed by the inertia of the transistors of the circuit (capacitance per substrate), and the lower f n is determined by the input correction capacitor.
Ближайшим прототипом заявляемого устройства является избирательный усилитель, представленный в патенте US 6.642.794. Он содержит вход 1, который связан с эмиттером первого 2 входного транзистора через первый 3 корректирующий конденсатор, первый токостабилизирующий двухполюсник 4, включенный между эмиттером первого 2 входного транзистора и первой 5 шиной источника питания, второй 6 входной транзистор, база которого соединена с базой первого 2 входного транзистора и подключена к источнику вспомогательного напряжения 7, первый 8 резистор, включенный между второй 9 шиной источника питания и коллектором первого 2 входного транзистора, второй 10 резистор, включенный между второй 9 шиной источника питания и коллектором второго 6 входного транзистора, третий 11 и четвертый 12 резисторы, второй 13 корректирующий конденсатор, выходной транзистор 14 и второй 15 токостабилизирующий двухполюсник.The closest prototype of the claimed device is a selective amplifier, presented in patent US 6.642.794. It contains
Существенный недостаток известного устройства состоит в том, что оно не обеспечивает высокую добротность амплитудно-частотной характеристики и коэффициент усиления по напряжению К0>1 на частоте квазирезонанса (f0).A significant disadvantage of the known device is that it does not provide high quality factor amplitude-frequency characteristics and voltage gain K 0 > 1 at the frequency of quasi-resonance (f 0 ).
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в повышении добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса f0. Это позволяет в ряде случаев уменьшить общее энергопотребление и реализовать высококачественное избирательное устройство СВЧ диапазона с f0=1÷5 ГГц.The main objective of the invention is to increase the quality factor of the frequency response of the amplifier and its voltage gain at the frequency of quasi-resonance f 0 . This allows in some cases to reduce the total power consumption and to implement a high-quality microwave device with f 0 = 1 ÷ 5 GHz.
Поставленная задача решается тем, что в усилителе фиг.1, содержащем вход 1, который связан с эмиттером первого 2 входного транзистора через первый 3 корректирующий конденсатор, первый токостабилизирующий двухполюсник 4, включенный между эмиттером первого 2 входного транзистора и первой 5 шиной источника питания, второй 6 входной транзистор, база которого соединена с базой первого 2 входного транзистора и подключена к источнику вспомогательного напряжения 7, первый 8 резистор, включенный между второй 9 шиной источника питания и коллектором первого 2 входного транзистора, второй 10 резистор, включенный между второй 9 шиной источника питания и коллектором второго 6 входного транзистора, третий 11 и четвертый 12 резисторы, второй 13 корректирующий конденсатор, выходной транзистор 14 и второй 15 токостабилизирующий двухполюсник, предусмотрены новые элементы и связи - между коллектором первого 2 входного транзистора и эмиттером второго 6 входного транзистора включены последовательно соединенные третий 11 резистор и второй 13 корректирующий конденсатор, между коллектором второго 2 входного транзистора и шинами первого 5 и второго 9 источников питания включен по переменному току третий 16 корректирующий конденсатор, база выходного транзистора 14 подключена к коллектору второго 6 входного транзистора, его коллектор связан со второй 9 шиной источника питания, а эмиттер соединен с выходом устройства 17 и через третий 18 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 5 шиной источника питания, причем между выходом устройства 17 и входом устройства 1 включен четвертый 12 резистор.The problem is solved in that in the amplifier of figure 1, containing
Схема усилителя-прототипа показана на чертеже фиг.1. На чертеже фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с формулой изобретения.The amplifier circuit of the prototype is shown in the drawing of figure 1. The drawing of figure 2 presents a diagram of the inventive device in accordance with the claims.
На чертеже фиг.3 приведена схема ИУ фиг.2 в среде Cadence на моделях SiGe транзисторов с входным преобразователем «напряжение-ток» на транзисторе Q17.The drawing of Fig. 3 shows a diagram of the DUT of Fig. 2 in a Cadence environment on SiGe models of transistors with an input voltage-current converter on transistor Q17.
На чертеже фиг.4 показаны логарифмические амплитудно-частотная (ЛАЧХ) и фазо-частотная характеристики ИУ фиг.3 в диапазоне частот от 100 мГц до 10 ГГц, а на чертеже фиг.5 - в диапазоне частот от 100 кГц до 100 ГГц.The drawing of figure 4 shows the logarithmic amplitude-frequency (LAC) and phase-frequency characteristics of the DUT of figure 3 in the frequency range from 100 MHz to 10 GHz, and in the drawing of figure 5 - in the frequency range from 100 kHz to 100 GHz.
Избирательный усилитель фиг.2 содержит вход 1, который связан с эмиттером первого 2 входного транзистора через первый 3 корректирующий конденсатор, первый токостабилизирующий двухполюсник 4, включенный между эмиттером первого 2 входного транзистора и первой 5 шиной источника питания, второй 6 входной транзистор, база которого соединена с базой первого 2 входного транзистора и подключена к источнику вспомогательного напряжения 7, первый 8 резистор, включенный между второй 9 шиной источника питания и коллектором первого 2 входного транзистора, второй 10 резистор, включенный между второй 9 шиной источника питания и коллектором второго 6 входного транзистора, третий 11 и четвертый 12 резисторы, второй 13 корректирующий конденсатор, выходной транзистор 14 и второй 15 токостабилизирующий двухполюсник. Между коллектором первого 2 входного транзистора и эмиттером второго 6 входного транзистора включены последовательно соединенные третий 11 резистор и второй 13 корректирующий конденсатор, между коллектором второго 2 входного транзистора и шинами первого 5 и второго 9 источников питания включен по переменному току третий 16 корректирующий конденсатор, база выходного транзистора 14 подключена к коллектору второго 6 входного транзистора, его коллектор связан со второй 9 шиной источника питания, а эмиттер соединен с выходом устройства 17 и через третий 18 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 5 шиной источника питания, причем между выходом устройства 17 и входом устройства 1 включен четвертый 12 резистор.The selective amplifier of figure 2 contains
Рассмотрим работу ИУ фиг.2.Consider the operation of the DUT figure 2.
Взаимодействие выходной цепи ИУ через последовательное соединение резистора 12 и конденсатора 3 с эмиттером транзистора 2 обеспечивает реализацию контура обратной связи. При этом в силу дифференциальных свойств этой цепи в области нижних частот (f<<f0) эта обратная связь является реактивной, а в силу интегрирующих свойств коллекторной нагрузки транзистора 2 (резистор 8 и конденсатор 16) в области верхних частот (f>>f0) глубина этой обратной связи асимптотически уменьшается. Именно эти свойства эмиттерной и коллекторной цепей транзистора 2 обеспечивают вещественность обратной связи на частоте квазирезонанса f0 ИУ, и поэтому ее действие направлено на увеличение добротности Q и коэффициента усиления К0 устройства при сохранении неизменной указанной частоты f0.The interaction of the output circuit of the DUT through a serial connection of the
Комплексный коэффициент передачи по напряжению Ky(jf) избирательного усилителя фиг.2 определяется соотношением, которое можно получить с помощью методов анализа электронных схем:The complex voltage transfer coefficient K y (jf) of the selective amplifier of FIG. 2 is determined by the ratio that can be obtained using electronic circuit analysis methods:
αi - коэффициент передачи эмиттерного тока i-го транзистора.α i is the transmission coefficient of the emitter current of the i-th transistor.
Важной особенностью схемы фиг.2 является возможность реализации ИУ с различными потребительскими свойствами. Так при выборе условияAn important feature of the scheme of figure 2 is the ability to implement DUT with various consumer properties. So when choosing a condition
за счет выбора параметра γ (как видно из соотношения (3)) можно реализовать дополнительные параметрические условияby choosing the parameter γ (as can be seen from relation (3)), additional parametric conditions can be realized
и обеспечить реализацию добротности, которая определяется следующими аналитическими выражениямиand ensure the implementation of the quality factor, which is determined by the following analytical expressions
Таким образом, в схеме фиг.2 добротность Q непосредственно определяется сопротивлением резистивных элементов схемы. Действительно, даже при R11<<R8 Thus, in the circuit of FIG. 2, the Q factor is directly determined by the resistance of the resistive elements of the circuit. Indeed, even with R 11 << R 8
Следовательно, выбором соотношения между R10 и R12 можно обеспечить требуемое значение Q без изменения условий получения заданной частоты квазирезонанса (2).Therefore, by choosing the ratio between R 10 and R 12, it is possible to provide the required value of Q without changing the conditions for obtaining a given frequency of quasi-resonance (2).
Отметим, что условие (5) потенциально обеспечивает увеличение динамического диапазона схемы ИУ. При этих же условиях в силу γ≤2 (см. соотношения (3) и (8)) коэффициент усиления ИУ К0 практически определяется реализуемой добротностью, что подчеркивает структурные преимущества предложенной схемы. При этом, как это следует из (2), значение частоты квазирезонанса f0 и ее параметрическая чувствительность не изменяются.Note that condition (5) potentially provides an increase in the dynamic range of the DUT circuit. Under the same conditions, due to γ≤2 (see relations (3) and (8)), the gain of the DUT K 0 is practically determined by the realized quality factor, which emphasizes the structural advantages of the proposed scheme. Moreover, as follows from (2), the value of the frequency of quasi-resonance f 0 and its parametric sensitivity do not change.
Данные теоретические выводы подтверждают графики фиг.4, фиг.5.These theoretical conclusions confirm the graphs of figure 4, figure 5.
Таким образом, заявляемое схемотехническое решение характеризуется более высокими значениями коэффициента усиления на частоте квазирезонанса f0 и повышенными величинами добротности Q, характеризующей его избирательные свойства.Thus, the claimed circuit solution is characterized by higher values of the gain at the frequency of the quasi-resonance f 0 and increased values of the quality factor Q, which characterizes its selective properties.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКBIBLIOGRAPHIC LIST
1. Design of Bipolar Differential OpAmps with Unity Gain Bandwidth up to 23 GHz / N.Prokopenko, A.Budyakov, K.Schmalz, C.Scheytt, P.Ostrovskyy // Proceeding of the 4-th European Conference on Circuits and Systems for Communications - ECCSC'08 / - Politehnica University, Bucharest, Romania: July 10-11, 2008. - pp.50-53.1. Design of Bipolar Differential OpAmps with Unity Gain Bandwidth up to 23 GHz / N.Prokopenko, A. Budyakov, K.Schmalz, C.Scheytt, P. Ostrovskyy // Proceeding of the 4-th European Conference on Circuits and Systems for Communications - ECCSC'08 / - Politehnica University, Bucharest, Romania: July 10-11, 2008. - pp. 50-53.
2. СВЧ СФ-блоки систем связи на базе полностью дифференциальных операционных усилителей / Прокопенко Н.Н., Будяков А.С., К.Schmalz, С.Scheytt // Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем- 2010. Сборник трудов/ под общ. ред. академика РАН А.Л.Стемпковского. - М.: ИППМ РАН, 2010. - С.583-586.2. Microwave SF blocks of communication systems based on fully differential operational amplifiers / Prokopenko NN, Budyakov AS, K.Schmalz, S.Scheytt // Problems of developing promising micro- and nanoelectronic systems-2010. Proceedings / under the general. ed. Academician of the Russian Academy of Sciences A.L. Stempkovsky. - M .: IPPM RAS, 2010. - P.583-586.
3. Патент US 6.642.794, fig.4.3. Patent US 6.642.794, fig. 4.
4. Патент US 5.914.639, fig.2.4. Patent US 5.914.639, fig. 2.
5. Патент US 2011/0294446.5. Patent US 2011/0294446.
6. Патент WO/2006/077525.6. Patent WO / 2006/077525.
7. Патентная заявка US 2007/0040604, fig.3.7. Patent application US 2007/0040604, fig. 3.
8. Патентная заявка US 2006/018695, fig.3.8. Patent application US 2006/018695, fig. 3.
9. Патент WO/2003/052925 A1, fig.3.9. Patent WO / 2003/052925 A1, fig. 3.
10. Патентная заявка US 2011/0109388.10. Patent application US 2011/0109388.
11. Патентная заявка US 2010/0201437.11. Patent application US 2010/0201437.
12. Патент US 5.267.518.12. Patent US 5.267.518.
13. Патент US 5.298.802.13. Patent US 5.298.802.
14. Патент US 6.972.624.14. US patent 6.972.624.
15. Патент US 7.538.616.15. Patent US 7.538.616.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012107319/08A RU2485675C1 (en) | 2012-02-28 | 2012-02-28 | Selective amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012107319/08A RU2485675C1 (en) | 2012-02-28 | 2012-02-28 | Selective amplifier |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2485675C1 true RU2485675C1 (en) | 2013-06-20 |
Family
ID=48786538
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012107319/08A RU2485675C1 (en) | 2012-02-28 | 2012-02-28 | Selective amplifier |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2485675C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0387951A1 (en) * | 1989-03-15 | 1990-09-19 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Current amplifier |
WO2009037625A2 (en) * | 2007-09-20 | 2009-03-26 | Nxp B.V. | Tunable rf filter |
RU2421882C1 (en) * | 2010-05-24 | 2011-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Two-cascade hf-amplifier |
-
2012
- 2012-02-28 RU RU2012107319/08A patent/RU2485675C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0387951A1 (en) * | 1989-03-15 | 1990-09-19 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Current amplifier |
WO2009037625A2 (en) * | 2007-09-20 | 2009-03-26 | Nxp B.V. | Tunable rf filter |
RU2421882C1 (en) * | 2010-05-24 | 2011-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Two-cascade hf-amplifier |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2479112C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2467470C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2485675C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2488955C1 (en) | Non-inverting current amplifier-based selective amplifier | |
RU2467469C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2480896C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2480895C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2475943C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2469466C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2515544C2 (en) | LOW CURRENT CONSUMPTION SELECTIVE AMPLIFIER FOR SiGe TECHNOLOGICAL PROCESSES | |
RU2488953C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2479115C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2507675C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2467471C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2474039C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2485673C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2479108C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2479116C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2468506C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2520418C2 (en) | Controlled selective amplifier | |
RU2475944C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2468499C1 (en) | Selective amplifier | |
RU2504073C1 (en) | Selective amplifier with paraphase output | |
RU2479107C1 (en) | Selective amplifier with paraphase output | |
RU2519558C2 (en) | Selective amplifier |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140301 |