Реализация СВЧ ОУ в ограниченном БиКМОП базисе
DESCRIPTION
Реализация СВЧ ОУ в ограниченном БиКМОП базисе. Крутчинский С.Г. Жебрун Е.А. МНТЦ " МикАн ", Таганрогский технологический институт Южного Федерального Университета [email protected]. Исходные предпосылки. – крутизна биполярного транзистора;. – проводимость сток-исток полевого транзистора;. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: Реализация СВЧ ОУ в ограниченном БиКМОП базисе](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062308/56813127550346895d979bc9/html5/thumbnails/1.jpg)
Реализация СВЧ ОУ в ограниченном БиКМОП базисе
Крутчинский С.Г.Крутчинский С.Г.Жебрун Е.А.Жебрун Е.А.
МНТЦ "МикАн", Таганрогский технологический МНТЦ "МикАн", Таганрогский технологический институт Южного Федерального Университетаинститут Южного Федерального Университета
[email protected]@mail.ru
![Page 2: Реализация СВЧ ОУ в ограниченном БиКМОП базисе](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062308/56813127550346895d979bc9/html5/thumbnails/2.jpg)
• Полевые транзисторы значительно уступают биполярным по выходному сопротивлению
• Для увеличения коэффициента усиления ОУ и уменьшения «электрической» длины во входных дифференциальных каскада, как правило, применяются динамические нагрузки на базе транзисторов с противоположным типом электронной проводимости
• Увеличение крутизны биполярного транзистора за счет увеличения потребляемого тока приводит к увеличению коэффициента усиления.
• Динамические нагрузки на полевых транзисторах уменьшают диапазон рабочих частот
Исходные предпосылки
Зависимость выходного сопротивления транзисторов от режима работы
оэiн hgg
SK
220
обhS 11/
ig
оэоб hh 2211 ,
íg
– крутизна биполярного транзистора;
– проводимость сток-исток полевого транзистора;
– входное сопротивление и выходная проводимость биполярного транзистора;
– проводимость нагрузки каскада.
вpK
KpK
00
1)(
Sccc dgdscbв /)(
dgdscb ccc ,,
- эквивалентная постоянная времени;
- межэлементные ёмкости транзисторов.
![Page 3: Реализация СВЧ ОУ в ограниченном БиКМОП базисе](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062308/56813127550346895d979bc9/html5/thumbnails/3.jpg)
Структуры динамических нагрузок на полевых транзисторах
VT1
VT2
VT4
VT5
+
VT3
VT6
Узел А Узел В
Узел C
Динамическая нагрузка "тройной каскод"
VT1VT2
VT3
+
Узел А Узел В
Узел C
Динамическая нагрузка с дополнительным компенсирующим
усилителем
VT1VT2
VT3
+
Узел А Узел В
VT4
VT5
Узел C
Динамическая нагрузка с компенсацией Ri и
дополнительным истоковым повторителем
43 / ii gg
S
gKSSS iK
SKg
Kg ii
4
3443
654 / ii gg
65
4
65465
Sg
K
SSSSS
i
KS
KS
Kg
Kg
Kg iii
312 / ii gg
31
2
31312
Sg
K
SSSSS
i
KS
KS
Kg
Kg
Kg iii
)(1
)(1
4334434
CCS
gCgCSS iiв
)(1
5665
CCSв
)(1
2331
CCSв
VT1
VT2
VT3
VT4
+
Узел А Узел В
Узел C
Динамическая нагрузка "двойной каскод"
)(1
2331
CCSв
31
2
31312
Sg
K
SSSSS
i
KS
KS
Kg
Kg
Kg iii
312 / ii gg
1
1
1
1)(
43
33
34224
4
SCp
gCp
gSghg
SpK i
iнi
![Page 4: Реализация СВЧ ОУ в ограниченном БиКМОП базисе](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062308/56813127550346895d979bc9/html5/thumbnails/4.jpg)
Взаимная компенсация
+
-
Cк
CП К01
К02 К03
Взаимная компенсация влияния Сп и Ск на частотные характеристики усилителя
введение Ск при выполнении 10302 ККСС Пкисключает влияние Ск и
СП .
)1(
1
0302
0322
ККСС
ККСS
Пк
ПC
в
П
)1( 0302 ККСС
СS
Пк
кC
в
к
Выбор оптимальной Ск
![Page 5: Реализация СВЧ ОУ в ограниченном БиКМОП базисе](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062308/56813127550346895d979bc9/html5/thumbnails/5.jpg)
СВЧ ОУ на компонентах техпроцесса SGB25VD
In2In1
OUT
+2,5V
-2,5V
VT1
VT2
VT3
VT4
VT5 VT6
CкVT7
VT9VT10
VT8
I0
RэV11 VT12
Принципиальная схема простейшего однокаскадного СВЧ ОУ
ФЧХ простейшего ОУ
АЧХ простейшего ОУ
Диапазон выходных напряжения ОУ
![Page 6: Реализация СВЧ ОУ в ограниченном БиКМОП базисе](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062308/56813127550346895d979bc9/html5/thumbnails/6.jpg)
Временная характеристика СВЧ ОУ
![Page 7: Реализация СВЧ ОУ в ограниченном БиКМОП базисе](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062308/56813127550346895d979bc9/html5/thumbnails/7.jpg)
Результаты моделирования СВЧ ОУ с различными нагрузками в режиме малых токов
параметрсхема ОУ с динами-ческой нагрузкой
Kоссн
дБ
fгр_оссн
МГц
Кд
дБ
fгр
МГц
f1
ГГц
υфронта+
кВ/мкс
υфронта-
кВ/мкс
Uвых.max+
В
Uвых.min-
В
Eсм
мВ
Iк
мА
"двойной каскод" 96 135.8 60 13.28 5.66 6.24 1.51 2.1 -2.23 0.5 0.2
"тройной каскод" 86 3357 66 7.42 5.17 11.2 1.79 1.67 -2.14 -0.23 0.2
с доп. компенс. усилителем
82 2957 61 12.38 5.68 18 1.87 1.5 -2.23 -0.13 0.2
с компенс. Ri и доп.
истоковым повторителем108 50.42 58 17.96 4.07 13.01 1.87 1.54 -2.23 3.89 0.2
идеальная нагрузка 51 - 63 12.4 6.86 4.87 1.27 3 -2.23 -0.34 0.2
Аналог IHP 58 29.5 30 88.91 3 1.7 0.7 1.6 -1.2 4.1 0.2
Результаты моделирования при оптимальных токах биполярных транзисторов параметрсхема ОУ с динами-ческой нагрузкой
Kоссн
дБ
fгр_оссн
МГц
Кд
дБ
fгр
МГц
f1
ГГц
υфронта+
кВ/мкс
υфронта-
кВ/мкс
Uвых.max+
В
Uвых.min-
В
Eсм
мВ
Iк
мА
"двойной каскод" 95 0.53 58 83.7 18.8 18.7 5.99 1.77 -2.23 -0.014 1
"тройной каскод" 82 0.6 60 56.41 15.84 14.7 7.5 1 -2.23 -0.9 1
с доп. компенс. усилителем
99 146.4 59 77.21 18.4 41.6 8.68 1 -2.23 1.49 1
с компенс. Ri и доп.
истоковым повторителем
101 593.7 56 107.8 14.2 29.45 8.87 1.16 -2.23 2.97 1
идеальная нагрузка 58 - 56 121.7 25.02 25.1 6.07 3 -2.23 2.84 1
Аналог IHP 57 3359 36 247.5 17.5 7.97 5.15 1.6 -1.6 18.4 1
Сравнение СВЧ ОУ с различными нагрузками
![Page 8: Реализация СВЧ ОУ в ограниченном БиКМОП базисе](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062308/56813127550346895d979bc9/html5/thumbnails/8.jpg)
Инструментальный усилитель на основе СВЧ ОУ
Инструментальный усилитель с двухканальной структурой на базе трех ОУ
АЧХ инструментального усилителя Коэффициент подавления синфазного сигнала инструментального усилителя
02 1 3( ) 2
2äð ñì ñì ñì
KU E E E
min 0 2 1 3( )ñí î ññí î ññí î ññíK K K K K
0 1 2 /K R r
Кд
дБfгр_д
МГцКсн
дБfгр_сф
КГцUдр
мВ26 767 -108 219 -1,85
![Page 9: Реализация СВЧ ОУ в ограниченном БиКМОП базисе](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062308/56813127550346895d979bc9/html5/thumbnails/9.jpg)
Основные выводы
Полученные результаты позволяют сделать ряд важных выводов:
Цепи собственной компенсации малосигнальных параметров транзисторов увеличивают достижимый коэффициент усиления ОУ при низкой параметрической чувствительности и сохранении неизменной граничной частоты
Цепь взаимной компенсации влияния паразитных емкостей активных элементов не только расширяет диапазон рабочих частот ОУ, но и позволяет сохранить необходимый запас устойчивости по фазе ;
Равенство вкладов биполярных транзисторов с гетеропереходом и МОП транзисторов в достижимые ОУ параметры позволяет существенно расширить область применения компонентно-ограниченного БиКМОП базиса в сложно-функциональных блоках современных микропроцессорных систем
При создании масштабных или инструментальных усилителей, когда требуемая глубина обратной связи оказывается неизменной, можно за счет увеличения корректирующей емкости в несколько раз увеличить граничную частоту ОУ при сохранении необходимого запаса устойчивости по фазе ;