Архитектура и схемотехника аналоговых микросхем с собственной и взаимной компенсацией импедансов

• Автор: Ковбасюк, Николай Васильевич
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Шахты
• Количество страниц: 261 с.

ВВЕДЕНИЕ
1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОБСТВЕННОЙ И ВЗАИМНОЙ КОМПЕНСАЦИИ ИМПЕДАНСОВ В АНАЛОГОВЫХ МИКРОСХЕМАХ.

1.1 Основные положения общей теориисобственной и взаимной компенсации

1.2 Схемотехнический метод собственной компенсации входных импедансов активных многополюсников
1.3 Метод взаимной компенсации импеданса многополюсника на основе использования его изолированной модели.
1.4 Метод взаимной компенсации входной проводимости многополюсника и его заземленной модели
1.5 Параллельнобалансный способ компенсации входной проводимости усилителя на основе его каскодной модели.

1.6 Мостовой способ компенсации входного импеданса многополюсника.

1.7 Собственная и взаимная компенсация входной проводимости

в дифференциальных структурах.

1.7.1 Мостовой способ компенсации в симметричных дифференциальных усилителях

1.7.2 Способ взаимной компенсации входной проводимости несимметричных ДУ
1.7.3 Способ компенсации входной проводимости ДУ, основанный на преобразовании его выходных токов.
1.7.4 Мостовой способ компенсации в несимметричных по входу параллельнобалансных структурах
1.8 Способ многоканальной компенсации
1.9 Мостовой способ компенсации в каскодных усилителях.
1. Мостовой способ компенсации входной проводимости эмиггерных повторителей
1. Способ нейтрализации паразитных импедансов компенсирующих усилителей.
Выводы.
2 АРХИТЕКТУРА И СХЕМОТЕХНИКА ВХОДНЫХ ЦЕПЕЙ АНАЛОГОВЫХ МИКРОСХЕМ С СОБСТВЕННОЙ И ВЗАИМНОЙ КОМПЕНСАЦИЕЙ ПАРАЗИТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНЗИСТОРОВ.
2.1 Составные транзисторы с эффектом компенсации емкостей коллекторбаза входного и выходного транзисторов
2.2 Составные транзисторы с цепями компенсации
проводимости нагрузки
2.3 Основные составляющие входной проводимости транзисторных каскадов с общим эмиттером и обобщенные методы их компенсации
2.4 Компенсация входной проводимости в гибридных транзисторных каскадах.
2.5 Каскодные усилители
2.5.1 Схемы с компенсацией емкости Скб выходного транзистора.
2.5.2 Схемы компенсации входной проводимости каскодных ДУ
2.6 Широкополосные усилители
2.6.1 Схемы на основе симметричных дифференциальных каскадов.
2.6.2 Схемы на основе несимметричных дифференциальных каскадов.
2.6.3 Эмиттерные повторители.
2.7 Транзисторные каскады с цепями компенсации емкости
на подложку
2.7.1 Метод собственной компенсации емкости на подложку рпр транзисторов в промежуточных каскадах
2.7.2 Метод взаимной компенсации емкости на подложку
прп транзистов
3 СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ УСИЛЕНИЯ ПО НАПРЯЖЕНИЮ ТРАНЗИСТОРНЫХ КАСКАДОВ АНАЛОГОВЫХ МИКРОСХЕМ
3.1 Классические дифференциальные усилители с активными нагрузками
3.1.1 Предельный коэффициент усиления
3.1.2 Способ компенсации выходной проводимости активной нагрузки.
3.2 Способы повышения коэффициента усиления дифференциальных усилителей с каналом взаимной компенсации входных импедансов подсхемы нагрузки
3.2.1 Архитектура ДУ с каскодной нагрузкой.
3.2.2 Архитектура ДУ с дифференциальной нагрузкой
3.2.3 Архитектура каскодных дифференциальных усилителей КДУ с цепью компенсации выходной проводимости токового зеркала
3.2.4 Примеры построения практических схем.
3.3 Дифференциальные усилители на основе перегнутых
каско дов
3.3.1 Архитектура КДУ с каналом взаимной компенсации
проводимости выходного источника опорного тока
3.3.2 Архитектура КДУ с каналом собственной компенсации проводимости нагрузки.
3.3.3 Перегнутый каскодный дифференциальный усилитель с каналом взаимной компенсации выходных проводимостей транзисторов активной нагрузки
3.3.4 Архитектура КДУ с каналом собственной компенсации входной проводимости буферного усилителя
3.4 Дифференциальные усилители со взаимной компенсацией
выходной проводимости токовых зеркал
3.5 Промежуточные каскады с повышенным коэффициентом усиления.
3.5.1 Двухтактные каскодные усилители.
3.5.2 Двухтактные промежуточные каскады на основе повторителей тока.
3.5.3 Повышение качества передачи цепи согласования потенциалов.
3.5.4 Компенсация входной проводимости в промежуточных каскадах
3.6 Способы повышения Ку каскадов с общей базой
Выводы.
4 РЕЗУЛЬТАТЫ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УЗЛОВ АНАЛОГОВЫХ МИКРОСХЕМ С ЦЕПЯМИ СОБСТВЕННОЙ И ВЗАИМНОЙ КОМПЕНСАЦИИ ИМПЕДАНСОВ.
4.1 Широкополосные усилители.
4.2 Дифференциальные усилители на основе преобразователей
напряжениеток с повышенной крутизной преобразования
4.3 Дифференциальные усилители с компенсацией входной
проводимости промежуточных каскадов.
4.4 Комплементарные каскодные ДУ с повышенным коэффициентом усиления
4.5 Комплементарный ДУ с компенсацией выходной проводимости
4.6. Дифференциальные усилители на основе перегнутых каскодов
4.6.1 ДУ с взаимной компенсацией импеданса активной нагрузки
4.6.2 ДУ с каналом взаимной компенсации проводимостей выходного источника опорного тока
4.6.3 ДУ с собственной компенсацией проводимости нагрузки
4.6.4 ДУ с цепями компенсации входной проводимости симметричного промежуточного каскада.
4.7. Архитектура СВЧ операционных усилителей и аналоговых 1Рмодулей на базе технологии БЮе.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.
ПРИЛОЖЕНИЯ.
ВВЕДЕНИЕ


Рассмотренный схемотехнический прием известен в литературе как следящая связь по напряжению питания 1, , , , 0. Второй практически не рассмотренный в технической литературе способ компенсации Ш состоит в следующем , , 9. С помощью специального усилителя тока УТ1 рис. К,1, осуществляется прецизионное измерение тока через резистор Ш и его передача во входную цепь узел 1. В результате суммирования в узле 1 двух близких по величине, но противоположных по направлению токов и 0С1кК происходит их компенсация. УК. В тех случаях, когда 1, величина Уэф0. Если в схемах рис. К.вх. КВх. Евых. Еыхуг сопротивления усилителей УН1 и УТ1, то можно получить следующие, более общие соотношения, дополняющие формулы 1. Эф. Н 1 р V т вх. ГЧвых. У у . Я У вых. Из формул 1. Уэф для схемы рис. Увых. Уэф. Анализ формул 1. К1, К, то выходное сопротивление усилителя напряжения УН1 и входное сопротивление усилителя тока УТ1 практически не влияют на эффективность компенсации импеданса двухполюсника Ш. При этом численные значения эффективной проводимости определяются входным выходным сопротивлением УН1 УТ1 и не зависят от Ш. Если К К, отличается от единицы, то на эффективность компенсации Я1 начинает влиять отношение КвькунЯ, Квчт К, . Ки1 показаны на рис. Рис. Зависимость эффективности компенсации импеданса двухполюсника Ш от коэффициента ,5 при Ки0. Рассмотренные дуальные способы компенсации сопротивления двухполюсников работают и в том случае, если вместо II1 включается конденсатор С1 или индуктивность Ь. Однако эффективность такой нейтрализации Я1 С 1, Ь0 в широком диапазоне частот зависит от инерционности подсхем УН1 УТ1 и частотной зависимости соответствующего коэффициента усиления Ки К. УэфГсо для обеих схем рис. УН1 тока УТ1. Ш падает рис. Рис. УэфУ 1. При этом со2 лК . Уэф У,1 К0 т. Последнее соотношение позволяет более точно определить на любой заданной частоте выигрыш, который дает применение рассмотренных способов компенсации импедансом двухполюсников в практических схемах
Тв1 Тв
зф
1к0Ц
1. Для исследования выражения 1. После замены переменных сотВ1Х и сотВХ1Х. Переменная X имеет смысл относительной частоты, а Ктх1 представляет собой отношение ПОСТОЯННЫХ Времени Т2 и ТВ1. Графики, иллюстрирующие эффективность компенсации проводимости У1 при различных коэффициентах передачи канала компенсации Ко и соотношениях постоянных времени, приведены на рис. Их анализ показывает, что наихудший случай возникает при равенстве постоянных времени тВ2 и т1 канала компенсации Мх 1. При этом возможна ситуация, что на некоторой частоте модуль эквивалентной проводимости Уэф становится больше компенсируемой проводимости Уь Величина проигрыша зависит от коэффициента передачи канала компенсации К0, и тем больше, чем он ближе к единице , . У, 1 0. Рис. Зависимость модуля нормированной эквивалентной проводимости от относительной частоты при 1 1 и Ко 0. Рис. Зависимость модуля нормированной эквивалентной проводимости от относительной частоты при ГТ 0. К0 0. Рис. Зависимость модуля нормированной эквивалентной проводимости от относительной частоты при К0 0. Ых 0. С увеличением отношения постоянных времени хц2 и тП1 зависимость модуля эквивалентной проводимости становится схожей со случаем, когда передаточная функция канала компенсации имеет первый порядок рис. Граничная частота со2 рис. У1 отсутствует, может быть определена из выражения 1. Л . Рассмотрим случай, когда компенсируемая проводимость носит комплексный характер и представляет собой параллельное соединение сопротивления Я и емкости С. Это наиболее часто нуждающийся в компенсации элемент РЭУ, например, сопротивление перехода коллекторбаза транзистора. Г тс. Я активная часть компенсируемой проводимости тс ЯС постоянная времени компенсируемой цепи. СО тв
По аналогии с предыдущим случаем произведем нормирование по частоте сотсХ, отвНТ2Хи после замены соответствующих переменных в 1. Как и для случая активной проводи
мости, максимальный выигрыш здесь достигается на постоянном токе. Однако для расширения полосы частот, в которой существует компенсация, необходимо обеспечить значения К0 как можно ближе к единице рис.