Двойной каскодный усилитель с расширенным диапазоном рабочих частот



Двойной каскодный усилитель с расширенным диапазоном рабочих частот
Двойной каскодный усилитель с расширенным диапазоном рабочих частот
Двойной каскодный усилитель с расширенным диапазоном рабочих частот
Двойной каскодный усилитель с расширенным диапазоном рабочих частот
Двойной каскодный усилитель с расширенным диапазоном рабочих частот
Двойной каскодный усилитель с расширенным диапазоном рабочих частот

 


Владельцы патента RU 2572375:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) (RU)

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения. Техническим результатом является расширение диапазона рабочих частот без ухудшения коэффициента усиления по напряжению в диапазоне средних частот. Двойной каскодный усилитель содержит: входной транзистор, исток которого связан с первой шиной источника питания, а затвор через разделительный конденсатор соединен со входом устройства и через вспомогательный двухполюсник связан с первым источником напряжения смещения, первый выходной транзистор, сток которого соединен с выходом устройства и через двухполюсник нагрузки подключен ко второй шине источника питания, а затвор через вспомогательный резистор связан со вторым источником напряжения смещения, второй выходной транзистор, сток которого соединен с истоком первого выходного транзистора, исток подключен к стоку входного транзистора, а затвор связан с третьим источником напряжения смещения, причем между затвором первого выходного транзистора и стоком входного транзистора включен корректирующий конденсатор. 6 ил.

 

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, широкополосных и избирательных усилителях ВЧ- и СВЧ-диапазонов, реализуемых по новым и перспективным технологиям).

В современной микроэлектронике находят широкое применение классические каскодные усилители (КУ) с резистивной (или резистивно-индуктивной) нагрузкой, включенной в коллекторную (стоковую) цепь выходного транзистора [1-20]. Для некоторого повышения верхней граничной частоты в таких КУ используются двойные каскоды [21-25].

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является КУ, представленный в патентной заявке US 2014/0043102, фиг. 3. Он содержит (фиг. 1) входной транзистор 1, исток которого связан с первой 2 шиной источника питания, а затвор через разделительный конденсатор 3 соединен со входом устройства 4 и через вспомогательный двухполюсник 5 связан с первым 6 источником напряжения смещения, первый 7 выходной транзистор, сток которого соединен с выходом устройства 8 и через двухполюсник нагрузки 9 подключен ко второй 10 шине источника питания, а затвор через вспомогательный резистор 11 связан со вторым 12 источником напряжения смещения, второй 13 выходной транзистор, сток которого соединен с истоком первого 7 выходного транзистора, исток подключен к стоку входного транзистора 1, а затвор связан с третьим 14 источником напряжения смещения.

Существенный недостаток известного КУ, фиг. 1, архитектура которого присутствует также в других КУ [21-25], состоит в том, что он имеет недостаточно высокие значения верхней граничной частоты (fв). Это обусловлено отрицательным влиянием на fв паразитной емкости затвор-сток (Сзс) его выходного транзистора. Численные значения Сзс для технологических процессов, имеющих, например, повышенную радиационную стойкость, или устройств с повышенной выходной мощностью являются одним из главных факторов, определяющих частотный диапазон широкополосных усилителей на основе КУ, фиг. 1.

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в расширении диапазона рабочих частот КУ (повышении его fв) без ухудшения его коэффициента усиления по напряжению в диапазоне средних частот.

Поставленная задача решается тем, что в каскодном усилителе, фиг. 1, содержащем входной транзистор 1, исток которого связан с первой 2 шиной источника питания, а затвор через разделительный конденсатор 3 соединен со входом устройства 4 и через вспомогательный двухполюсник 5 связан с первым 6 источником напряжения смещения, первый 7 выходной транзистор, сток которого соединен с выходом устройства 8 и через двухполюсник нагрузки 9 подключен ко второй 10 шине источника питания, а затвор через вспомогательный резистор 11 связан со вторым 12 источником напряжения смещения, второй 13 выходной транзистор, сток которого соединен с истоком первого 7 выходного транзистора, исток подключен к стоку входного транзистора 1, а затвор связан с третьим 14 источником напряжения смещения, предусмотрены новые элементы и связи: между затвором первого 7 выходного транзистора и стоком входного транзистора 1 включен корректирующий конденсатор 15.

Схема усилителя-прототипа показана на фиг. 1.

На фиг. 2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с формулой изобретения.

На фиг. 3 представлена схема заявляемого устройства фиг. 2 в среде Cadence на моделях интегральных транзисторов XFab.

На фиг. 4 представлена амплитудно-частотная характеристика коэффициента усиления по напряжению КУ фиг. 3 с корректирующим конденсатором 15 (заявляемое устройство) и без корректирующего конденсатора 15 (прототип). Из данных графиков следует, что верхняя граничная частота заявляемого устройства расширяется в 1,6 раза.

На фиг. 5 показана схема заявляемого устройства фиг. 2 в среде Cadence на моделях интегральных SiGe интегральных транзисторов.

На фиг. 6 представлена амплитудно-частотная характеристика коэффициента усиления по напряжению КУ фиг. 5 с корректирующим конденсатором 15 (заявляемое устройство) и без корректирующего конденсатора 15 (прототип). Из данных графиков следует, что верхняя граничная частота заявляемого устройства расширяется в 1,6 раза.

Двойной каскодный усилитель с расширенным диапазоном рабочих частот фиг. 2 содержит входной транзистор 1, исток которого связан с первой 2 шиной источника питания, а затвор через разделительный конденсатор 3 соединен со входом устройства 4 и через вспомогательный двухполюсник 5 связан с первым 6 источником напряжения смещения, первый 7 выходной транзистор, сток которого соединен с выходом устройства 8 и через двухполюсник нагрузки 9 подключен ко второй 10 шине источника питания, а затвор через вспомогательный резистор 11 связан со вторым 12 источником напряжения смещения, второй 13 выходной транзистор, сток которого соединен с истоком первого 7 выходного транзистора, исток подключен к стоку входного транзистора 1, а затвор связан с третьим 14 источником напряжения смещения. Между затвором первого 7 выходного транзистора и стоком входного транзистора 1 включен корректирующий конденсатор 15. Паразитный конденсатор 16 моделирует влияние на работу схемы КУ емкости сток-затвор транзистора 7.

Рассмотрим работу КУ фиг. 2.

В области высоких частот, на амплитудно-частотную характеристику КУ, фиг. 2, начинает влиять емкость C16 паразитного конденсатора 16 в цепи стока транзистора 7. При этом для схемы фиг. 2 справедливо следующее уравнение:

где - комплекс тока через паразитный конденсатор 16;

- комплекс напряжения на выходе устройства 8;

- комплексное сопротивление паразитного конденсатора 16 на частоте сигнала ω.

Если выбрать сопротивление вспомогательного резистора 11 значительно больше, чем входное сопротивление транзистора 13 по цепи истока, то ток стока транзистора 7

где αi≈1 - коэффициент усиления по току истока i-го транзистора (7 и 13);

- составляющие тока в разных ветвях схемы фиг. 2.

Таким образом, в выходной цепи устройства 8 обеспечивается взаимная компенсация токов .

В конечном итоге при выполнении условия (2) диапазон рабочих частот КУ фиг. 2 расширяется. Данный вывод подтверждается результатами компьютерного моделирования фиг. 4.

Таким образом, заявляемое схемотехническое решение каскодного усилителя характеризуется более широким диапазоном рабочих частот.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент US 5.502.420.

2. Патент US 5.510.745, fig. 5а, 54, 56, 59, 61, 64, 66.

3. Патент US 6.392.492, fig. 1.

4. Патент US 5.914.640, fig. 2.

5. Патент US 4.342.967, fig. 1.

6. Патент US 6.825.723, fig. 3.

7. Заявка на патент US 2006/0248408.

8. Патент US 7.098.743, fig. 4e.

9. Патент ES 2.079.397, fig. 9.

10. Патент US 7.023.281, fig. 2b.

11. Заявка на патент US 2005/0248408.

12. Заявка на патент US 2005/0225397, fig. 3.

13. Патент US 7.113.043, fig. 2.

14. Патент US 7.098.743, fig. 4.

15. Патент US 6.278.329.

16. Патент US 6.204.728, fig. 4a.

17. Патент US 5.451.906, fig. 2.

18. Патент US 4.151.483, fig. 2.

19. Патент US 4.021.749, fig. 2.

20. Патент GB 1.431.481.

21. Заявка на патент US 2014/0043102, fig. 3, 4.

22. Патент US 3.882.410, fig. 4, 5, 8.

23. Патент US 5.510.745, fig. 32.

24. Заявка на патент US 2006/0119435, fig. 3.

25. Патент US 4.021.749, fig. 6.

Двойной каскодный усилитель с расширенным диапазоном рабочих частот, содержащий входной транзистор (1), исток которого связан с первой (2) шиной источника питания, а затвор через разделительный конденсатор (3) соединен со входом устройства (4) и через вспомогательный двухполюсник (5) связан с первым (6) источником напряжения смещения, первый (7) выходной транзистор, сток которого соединен с выходом устройства (8) и через двухполюсник нагрузки (9) подключен ко второй (10) шине источника питания, а затвор через вспомогательный резистор (11) связан со вторым (12) источником напряжения смещения, второй (13) выходной транзистор, сток которого соединен с истоком первого (7) выходного транзистора, исток подключен к стоку входного транзистора (1), а затвор связан с третьим (14) источником напряжения смещения, отличающийся тем, что между затвором первого (7) выходного транзистора и стоком входного транзистора (1) включен корректирующий конденсатор (15).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в повышении коэффициента ослабления входного синфазного сигнала.

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, широкополосных и избирательных усилителях ВЧ и СВЧ диапазонов, реализуемых по новым и перспективным технологиям).

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве устройства усиления сигналов различных датчиков, в условиях воздействия низких температур и радиации.

Изобретение относится к области усилителей аналоговых сигналов. Техническим результатом является повышение значения верхней граничной частоты без ухудшения коэффициента усиления по напряжению в диапазоне средних частот.

Изобретение относится к устройствам усиления аналоговых сигналов в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, широкополосных и избирательных усилителях ВЧ и СВЧ диапазонов).

Изобретение относится к генераторам управляемым напряжением. Технический результат заключается в расширении диапазона перестройки частоты при сохранении нижнего предела диапазона частот и возможности создания генератора в монолитном исполнении.

Изобретение относится к микросхемам СВЧ-фильтрации радиосигналов систем сотовой связи, спутникового телевидения, радиолокации. Технический результат заключается в повышении добротности резонансной амплитудно-частотной характеристики избирательного усилителя при использовании низкодобротных планарных индуктивностей.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в широкополосных радиопередатчиках. Технический результат заключается в преобразовании энергии высших гармоник в энергию постоянного тока и возвращении этой энергии источнику питания.

Изобретение относится к области электрорадиотехники, а именно к ключевым усилителям высокой частоты, и может быть использовано в радиопередатчиках. Технический результат изобретения заключается в улучшении линейности усиления ключевых усилителей мощности за счет существенного снижения уровня гармоник четных порядков в спектре усиливаемого сигнала.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в передающих и ретранслирующих устройствах для линейного усиления сигнала с амплитудной и фазовой модуляцией.

Изобретение относится к применению симметричных активных нагрузок, обеспечивающих преобразование выходных токов симметричных дифференциальных каскадов и их согласование с промежуточными выходными каскадами. Технический результат заключается в создании радиационно-стойкой и низкотемпературной симметричной активной нагрузки с использованием в структуре полевых транзисторов биполярно-полевого технологического процесса, что позволяет применять их при более низких напряжениях питания или увеличить диапазон изменения выходных напряжений при включении в структуру аналоговых микросхем, например, операционных усилителей. В составе симметричной активной нагрузки в качестве первого (5) и второго (6) выходных транзисторов используются полевые транзисторы с управляющим p-n переходом, причем сток первого (5) выходного полевого транзистора с управляющим p-n переходом соединен с эмиттером первого (13) дополнительного транзистора и через первый (14) дополнительный резистор соединен с первой (9) шиной источника питания, сток второго (6) выходного полевого транзистора с управляющим p-n переходом соединен с эмиттером второго (15) дополнительного транзистора и через второй (16) дополнительный резистор соединен с первой (9) шиной источника питания, причем второй вывод токостабилизирующего двухполюсника (7) подключен ко второй (17) шине источника питания, согласованной с первым (11) и вторым (12) токовыми выходами устройства, коллектор первого (13) дополнительного транзистора соединен с первым (11) токовым выходом устройства, коллектор второго (15) дополнительного транзистора соединен со вторым (12) токовым выходом устройства, а базы первого (13) и второго (14) дополнительных транзисторов связаны с базами первого (2) и второго (4) входных транзисторов. 6 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых ВЧ и СВЧ сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения. Технический результат заключается в расширении диапазона рабочих частот без ухудшения коэффициента усиления по напряжению. Транзисторный усилитель с расширенным частотным диапазоном содержит входной преобразователь напряжение - ток (1), вход которого подключен к источнику сигнала (2), а токовый выход соединен с шиной источника питания (3) через резистор коллекторной нагрузки (4), неинвертирующий усилитель напряжения (5), вход которого соединен с токовым выходом входного преобразователя напряжение - ток (1) и выходом устройства (6). Между выходом устройства (6) и выходом неинвертирующего усилителя напряжения (5) включен корректирующий конденсатор (7). 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в качестве прецизионного устройства усиления сигналов. Технический результат заключается в повышении стабильности статического режима операционного усилителя. Биполярно-полевой операционный усилитель содержит входной дифференциальный каскад (1), первый (6) токовый выход входного дифференциального каскада связан с истоком первого (7) выходного полевого транзистора и первым входом (8) выходного дифференциального каскада (9), второй (10) токовый выход входного дифференциального каскада (1) связан с истоком второго (11) выходного полевого транзистора и вторым (12) входом выходного дифференциального каскада (9). Общая эмиттерная цепь (14) выходного дифференциального каскада (9) подключена ко входу дополнительного инвертирующего усилителя (21), выход которого (22) соединен с объединенными затворами первого (7) и второго (11) выходных полевых транзисторов. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к системе (SA) для усиления сигналов, генерируемых блоком (UGS) для генерации сигналов спутника, содержащей первый тракт (V1), содержащий первый полосовой цифровой фильтр (F1) с конечной импульсной характеристикой и первый цифро-аналоговый преобразователь (CNA1), средство (MTF) транспонирования частоты и усилительное устройство (DA). При этом система дополнительно содержит второй тракт (V2), содержащий второй полосовой цифровой фильтр (F2) с конечной импульсной характеристикой, средство (G) усиления, расположенное на выходе упомянутого второго цифрового фильтра (F2), ведомый генератор (NCO) с числовым управлением с коррекцией фазы, второй цифроаналоговый преобразователь (CNA2) и устройство (S) повторного объединения для суммирования сигналов упомянутых первого и второго трактов (V1, V2). 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх