Быстродействующий драйвер дифференциальной линии связи

Авторы патента:

Бугакова Анна Витальевна (RU)

Бутырлагин Николай Владимирович (RU)

Прокопенко Николай Николаевич (RU)

Пахомов Илья Викторович (RU)

H03F3/34 - усилители постоянного тока, в которых все каскады связаны по постоянному току (H03F 3/45 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2515543:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") (RU)

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления и преобразования аналоговых сигналов, в структуре «систем на кристалле» и «систем в корпусе» различного функционального назначения (например, операционных усилителей, работающих на емкостную нагрузку). Технический результат заключается в повышении быстродействия драйвера при работе на емкостную нагрузку за счет исключения влияния на переходный процесс первого и второго конденсаторов цепи нагрузки. Технический результат достигается за счет быстродействующего драйвера дифференциальной линии связи, который содержит первый и второй источники входных противофазных напряжений, связанных с соответствующими входами первого и второго выходных каскадов, первый и второй конденсаторы нагрузки, подключенные к соответствующим выходам первого и второго выходных каскадов, выход первого выходного каскада, вход первого неинвертирующего повторителя напряжения, токовый выход первого инвертирующего повторителя тока, первый дополнительный конденсатор, второй дополнительный конденсатор. 5 ил.

Известны схемы драйверов линий связи, построенных на основе операционных усилителей с отрицательной обратной связью, которые стали основой многих серийных микросхем первого и второго поколения [1-7].

Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является драйвер дифференциальной линии связи, описанный в патентной заявке US 2006/0202753, содержащий первый 1 и второй 2 источники входных противофазных напряжений, связанных с соответствующими входами первого 3 и второго 4 выходных каскадов, первый 5 и второй 6 конденсаторы нагрузки, подключенные к соответствующим выходам 7 и 8 первого 3 и второго 4 выходных каскадов. Конденсаторы 5 и 6 моделируют емкостную составляющую цепи нагрузки, например емкости дифференциальной линии связи.

Существенный недостаток известного драйвера состоит в том, что он характеризуется сравнительно низким быстродействием из-за влияния на переходный процесс первого 5 и второго 6 конденсаторов цепи нагрузки.

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в повышении быстродействия драйвера при работе на емкостную нагрузку, расширении диапазона его рабочих частот.

Поставленная задача достигается тем, что в драйвере дифференциальной линии связи (фиг.1), содержащем первый 1 и второй 2 источники входных противофазных напряжений, связанных с соответствующими входами первого 3 и второго 4 выходных каскадов, первый 5 и второй 6 конденсаторы нагрузки, подключенные к соответствующим выходам 7 и 8 первого 3 и второго 4 выходных каскадов, предусмотрены новые элементы и связи - выход 7 первого 3 выходного каскада соединен с входом первого 9 неинвертирующего повторителя напряжения и токовым выходом первого 10 инвертирующего повторителя тока, выход 8 второго 4 выходного каскада соединен с входом второго 11 неинвертирующего повторителя напряжения и токовым выходом второго 12 инвертирующего повторителя тока, причем между выходом первого 9 неинвертирующего повторителя напряжения и входом второго 12 инвертирующего повторителя тока включен первый 13 дополнительный конденсатор, а между выходом второго 11 неинвертирующего повторителя напряжения и входом первого 10 инвертирующего повторителя тока включен второй 14 дополнительный конденсатор.

На фиг.1 приведена схема драйвера-прототипа.

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

На фиг.3 представлена компьютерная модель схемы заявляемого устройства фиг.2 в среде PSpice, на которой, в соответствии со спецификой интерфейса PSpice, приняты следующие обозначения элементов, соответствующие фиг.2: R1=R_вых.3 (16), R2=R_вых.4 (18), C_п1=C5, C_п2=C6, C_к1=C13, C_к2=С14, F2 - усилитель тока 12, F3 - усилитель тока 10. Неинвертирующие повторители напряжения, обозначенные символом «1», соответствуют неинвертирующим повторителям 9 и 11 схемы фиг.2.

На фиг.4 приведена зависимость времени установления напряжения (t_уст) на выходе 7 первого 3 выходного каскада драйвера от значения емкости дополнительных конденсаторов 13 и 14 (C_к1=C13, C_к2=C14).

На фиг.5 показана зависимость времени установления напряжения на выходе 8 второго 4 выходного каскада драйвера от значения емкости дополнительных конденсаторов 13 и 14 (C_к1=C13, C_к2=C14).

Из графиков фиг.4, фиг.5 видно, что при введении первого 13 и второго 14 дополнительных конденсаторов время установления выходных импульсов драйвера уменьшается более чем 20 раз. Чем ближе значение емкости C_к=C13=C14 к емкости C_н=C6=C5, тем меньше t_уст.

Быстродействующий драйвер дифференциальной линии связи содержит первый 1 и второй 2 источники входных противофазных напряжений, связанных с соответствующими входами первого 3 и второго 4 выходных каскадов, первый 5 и второй 6 конденсаторы нагрузки, подключенные к соответствующим выходам 7 и 8 первого 3 и второго 4 выходных каскадов. Выход 7 первого 3 выходного каскада соединен с входом первого 9 неинвертирующего повторителя напряжения и токовым выходом первого 10 инвертирующего повторителя тока, выход 8 второго 4 выходного каскада соединен с входом второго 11 неинвертирующего повторителя напряжения и токовым выходом второго 12 инвертирующего повторителя тока, причем между выходом первого 9 неинвертирующего повторителя напряжения и входом второго 12 инвертирующего повторителя тока включен первый 13 дополнительный конденсатор, а между выходом второго 11 неинвертирующего повторителя напряжения и входом первого 10 инвертирующего повторителя тока включен второй 14 дополнительный конденсатор.

Рассмотрим работу известного (фиг.1) и предлагаемого (фиг.2) устройств.

При скачкообразном положительном изменении входного напряжения на входе первого 3 выходного каскада фиг.1 и отрицательном изменении входного напряжения на входе второго 4 выходного каскада начинается процесс заряда первого 5 конденсатора цепи нагрузки (С5) и разряда второго 6 конденсатора цепи нагрузки (С6). При этом постоянные времени цепи заряда и разряда определяются выходными сопротивлениями первого 3 выходного каскада (R_вых.3) и емкостью первого 5 конденсатора нагрузки (C5), а также выходным сопротивлением второго 4 выходного каскада (R_вых.4) и емкостью второго 6 конденсатора нагрузки (С6). В конечном итоге эти постоянные времени оказывают отрицательное влияние на быстродействие драйвера-прототипа, у которого время установления переходного процесса для многих практических случаев оказывается недопустимо большим.

В заявляемой схеме фиг.2 напряжение на первом 5 конденсаторе нагрузки С5 передается на выход неинвертирующего усилителя напряжения 9, что создает ток через первый 13 дополнительный конденсатор. В результате на выходе инвертирующего усилителя тока 12 формируется корректирующий импульс тока, способствующий более быстрому разряду конденсатора 6 (С6). Об этом свидетельствуют графики фиг.5, когда при C_к≈С13=19,9 пф время установления переходного процесса уменьшается с 30 нс до 1,3 нс, т.е. более чем в 20 раз.

Аналогично, уменьшение напряжения на втором 6 конденсаторе нагрузки (C6) передается на выход неинвертирующего усилителя напряжения 11, что создает ток через второй 14 дополнительный конденсатор. В результате на выходе инвертирующего усилителя тока 10 формируется корректирующий импульс тока, способствующий более быстрому заряду конденсатора 5. Об этом свидетельствуют графики фиг.5, когда при C_к≈С13=19,9 пф время установления переходного процесса уменьшается с 30 нс до 1,3 нс, т.е. более чем в 20 раз.

Таким образом, заявляемый драйвер обеспечивает при емкостной нагрузке более высокое быстродействие.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Патент US 3769605, fig.2.

2. Патент US 7863977, fig.1.

3. Патент US 5345471, fig.1B.

4. Патент US 7327189, fig.7.

5. Патентная заявка US 2001/0050333, fig.3.

6. Патентная заявка US 2003/0137345, fig.2.

7. Патент US 6222416.

8. Патент US 5557238, fig.1.

9. Патентная заявка US 2011/0158435, fig.1.

10. Патентная заявка US 2010/0259323, fig.2.

11. Патент US 6741132, fig.4.

12. Патентная заявка US 2011/0227652, fig.2.

13. Патентная заявка US 2009/0045876, fig.1a.

Быстродействующий драйвер дифференциальной линии связи, содержащий первый (1) и второй (2) источники входных противофазных напряжений, связанных с соответствующими входами первого (3) и второго (4) выходных каскадов, первый (5) и второй (6) конденсаторы нагрузки, подключенные к соответствующим выходам (7) и (8) первого (3) и второго (4) выходных каскадов, отличающийся тем, что выход (7) первого (3) выходного каскада соединен с входом первого (9) неинвертирующего повторителя напряжения и токовым выходом первого (10) инвертирующего повторителя тока, выход (8) второго (4) выходного каскада соединен с входом второго (11) неинвертирующего повторителя напряжения и токовым выходом второго (12) инвертирующего повторителя тока, причем между выходом первого (9) неинвертирующего повторителя напряжения и входом второго (12) инвертирующего повторителя тока включен первый (13) дополнительный конденсатор, а между выходом второго (11) неинвертирующего повторителя напряжения и входом первого (10) инвертирующего повторителя тока включен второй (14) дополнительный конденсатор.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения.

Комплементарный входной каскад быстродействующего операционного усилителя // 2510570

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является расширение диапазона активной работы входного каскада ОУ для дифференциального сигнала, а также получение граничных напряжений его проходной характеристики iвых=f(uвх) на уровне Uгр=1÷2 В, что приводит к повышению быстродействия ОУ более чем на порядок.

Входной каскад быстродействующего операционного усилителя // 2509406

Изобретение относится к устройствам усиления аналоговых сигналов. Техническим результатом является расширение диапазона активной работы входного каскада операционного усилителя (ОУ) для дифференциального сигнала.

Входной каскад быстродействующего операционного усилителя // 2504896

Устройство для компенсации статических и динамических входных токов дифференциальных каскадов на биполярных транзисторах // 2487467

Изобретение относится к области радиотехники и связи. .

Дифференциальный операционный усилитель с парафазным выходом // 2481698

Изобретение относится к устройствам усиления аналоговых сигналов. .

Широкополосный дифференциальный усилитель с парафазным выходом // 2479113

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов. .

Широкополосный дифференциальный усилитель // 2475942

Изобретение относится к области радиотехники и связи. .

Дифференциальный усилитель с комплементарным входным каскадом // 2475941

Изобретение относится к области радиотехники и связи. .

Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель // 2475940

Изобретение относится к области радиотехники и связи. .

Быстродействующий драйвер емкостной нагрузки // 2522042

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления и преобразования аналоговых и цифровых импульсных сигналов в устройствах различного функционального назначения, работающих на емкостную нагрузку. Достигаемый технический результат - повышение быстродействия драйвера при работе на емкостную нагрузку, расширение диапазона его рабочих частот. Быстродействующий драйвер емкостной нагрузки содержит выходной каскад, вход которого соединен с источником входного сигнала, а выход подключен к конденсатору цепи нагрузки, преобразователь «напряжение-ток», потенциальный вход которого соединен с выходом выходного каскада, потенциальный выход соединен с цепью коррекции, первый токовый выход подключен ко входу первого токового зеркала, согласованного с первой шиной источника питания, второй токовый выход подключен ко входу второго токового зеркала, согласованного со второй шиной источника питания, токовые выходы первого и второго токовых зеркал связаны с выходом выходного каскада, причем приращение токов первого и второго токовых выходов преобразователя «напряжение-ток» для соответствующих полярностей выходных напряжений пропорциональны проводимости цепи коррекции. 1 н. и 1 з.п. ф-лы.,9 ил.

Операционный усилитель с парафазным выходом // 2536376

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в повышении стабильности операционного усилителя на постоянном токе. Устройство содержит входной дифференциальный каскад с токовыми выходами, согласованный с первой шиной источника питания, первое и второе токовые зеркала, согласованные со второй шиной источника питания, первый и второй токостабилизирующие двухполюсники, первый и второй токовые выходы входного дифференциального каскада связаны с эмиттером первого, второго, третьего и четвертого дополнительных транзисторов противоположного типа проводимости, базы первого и третьего дополнительных транзисторов объединены и подключены к источнику вспомогательного напряжения, коллектор первого дополнительного транзистора соединен со входом первого токового зеркала, коллектор третьего дополнительного транзистора соединен со входом второго токового зеркала, первый вспомогательный выход устройства связан с объединенными базами второго и четвертого дополнительных транзисторов через первый дополнительный резистор, второй вспомогательный выход устройства связан с объединенными базами второго и четвертого дополнительных транзисторов через второй дополнительный резистор. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Усилитель и устройство обработки сигналов // 2553086

Группа изобретений относится к усилителю устройства обработки сигналов. Технический результат заключается в обеспечении возможности усиления входного сигнала, содержащего низкочастотный компонент. Когда переключатель (SW1) задается выключенным, а переключатель (SW2) задается включенным, напряжение контактного вывода (205) SigOut стабилизируется с помощью опорного напряжения, и напряжение смещения прикладывается к конденсатору (C1). Изменяя переключатель (SW2) из включенного состояния в выключенное при напряжении смещения, сохраненном в конденсаторе (C1), сигнал обнаружения, который вводится через контактный вывод (201) SigIn, усиливается с помощью опорного напряжения в качестве опорного уровня, и усиленный сигнал выводится из контактного вывода (205) SigOut. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 27 ил.

Дифференциальный входной каскад быстродействующего операционного усилителя для кмоп-техпроцессов // 2566963

Изобретение относится к схемам входных каскадов на КМОП-транзисторах. Технический результат: расширение диапазона активной работы дифференциального входного каскада. Исток первого входного транзистора соединен со стоком четвертого входного полевого транзистора через первый дополнительный резистор, исток второго входного транзистора соединен со стоком третьего входного полевого транзистора через второй дополнительный резистор и через дополнительную цепь смещения потенциалов связан с затвором второго выходного транзистора, который подключен ко второй шине источника питания через дополнительный токостабилизирующий двухполюсник. 13 ил.

Операционный усилитель // 2577183

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является увеличение ширины полосы пропускания операционного усилителя (ОУ), а также повышение быстродействия ОУ при импульсных входных сигналах. ОУ содержит два входных транзистора, два последовательно соединенных прямосмещенных р-n-перехода, два токостабилизирующих двухполюсника, две шины источника питания, два промежуточных транзистора, два вспомогательных источника напряжения питания, два токостабилизирующих резистора и два токовых зеркала. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Прецизионный двухкаскадный дифференциальный операционный усилитель // 2615070

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в качестве прецизионного устройства усиления сигналов. Технический результат заключается в повышении коэффициента усиления дифференциального сигнала в разомкнутом состоянии двухкаскадного ОУ до уровня 90÷400 дБ. Прецизионный двухкаскадный дифференциальный операционный усилитель содержит входной дифференциальный каскад (1), общая эмиттерная цепь которого (2) связана с первой (3) шиной источника питания через источник опорного тока (4), первый (5) и второй (6) токовые выходы входного дифференциального каскада (1), первый (7) и второй (8) выходные транзисторы, базы которых подключены к источнику напряжения смещения (9), а эмиттеры через соответствующие первый (10) и второй (11) токостабилизирующие двухполюсники связаны со второй (12) шиной источника питания, токовое зеркало (13), согласованное с первой (3) шиной источника питания, вход которого соединен с коллектором первого (7) выходного транзистора, а выход связан с коллектором второго (8) выходного транзистора и токовым выходом устройства (14). В качестве источника опорного тока (4) применяется управляемый по входу (15) источник опорного тока, причем управляющий вход (15) источника опорного тока (4) соединен с коллекторами первого (16) и второго (17) дополнительных транзисторов. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Каскодный усилитель типа общий сток - общая база // 2617930

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в качестве базового схемного узла в устройствах приемопередачи радиосигналов, в схемах с пониженным электропитанием. Технический результат заключается в создании каскодного усилителя с низким электропитанием и с низкими шумовыми характеристиками. Усилитель содержит n-канальный полевой транзистор с р-n переходом и биполярный транзистор р-n-р типа, эмиттер которого соединен накоротко с истоком полевого транзистора, а коллектор через нагрузку гальванически соединен с минусом питания, причем сток полевого транзистора соединен с общим проводом, причем затвор полевого транзистора через импеданс входной цепи гальванически соединен с минусом питания, а база биполярного транзистора соединена с источником напряжения смещения. Изобретение обеспечивает упрощение каскадирования и управления усилением без необходимости подбора используемых полевых транзисторов.2 ил.

Rlc-избирательный усилитель с малым напряжением питания // 2626665

Изобретение относится к аналоговой микроэлектронике и радиотехнике и может быть использовано в качестве устройства усиления малых сигналов ВЧ и СВЧ диапазонов. Технический результат заключается в повышении качества амплитудно-частотной характеристики устройства без увеличения напряжения питания и потребляемого тока в статическом режиме. Технический результат достигается за счет RLC-избирательного усилителя с малым напряжением питания, который содержит источник входного сигнала, связанный с эмиттером первого входного транзистора, эмиттер которого подключен к первой шине источника питания через первый токостабилизирующий двухполюсник, база соединена с базой вспомогательного транзистора и подключена к источнику напряжения смещения, коллектор через резистор коллекторной нагрузки соединен со второй шиной источника питания и подключен к коллектору вспомогательного транзистора, частотозадающий конденсатор, выход устройства, второй токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером вспомогательного транзистора и первой шиной источника питания, частотозадающий конденсатор, который включен между выходом устройства и объединенными коллекторами первого входного и вспомогательного транзисторов. 3 н.п. ф-лы, 8 ил.

Каскодный дифференциальный операционный усилитель // 2640744

Изобретение относится к прецизионным устройствам усиления сигналов. Технический результат заключается в повышении разомкнутого коэффициента усиления по напряжению операционного усилителя. Каскодный дифференциальный операционный усилитель содержит: входной дифференциальный каскад с общей эмиттерной цепью, согласованной с первой шиной источника питания, первый, второй, третий, четвертый дополнительные транзисторы, базы первого и второго дополнительных транзисторов подключены к первому токовому выходу входного дифференциального каскада, базы третьего и четвертого дополнительных транзисторов подключены ко второму токовому выходу входного дифференциального каскада, объединенные эмиттеры первого и второго дополнительных транзисторов связаны с эмиттером второго выходного транзистора, объединенные эмиттеры третьего и четвертого дополнительных транзисторов соединены с эмиттером первого выходного транзистора, коллекторы второго и третьего дополнительных транзисторов соединены с первым токовым выходом входного дифференциального каскада а коллекторы первого и четвертого дополнительных транзисторов связаны со вторым токовым выходом входного дифференциального каскада. 1 з.п. ф-лы, 11 ил.