CC BY
56
Серебряков Александр Игоревич Email: [email protected] Тел: 88636 22-20-37
Prokopenko Nicolay Nicolaeich
State educational institution of the higher vocational training «South Russian State University of Economics and Service»
E-mail: [email protected]
147, Shevchenko, Shakhti, 346500, Phone: 88636 22-20-37
Konev Danil Nicolaevich
E-mail: [email protected] Phone: 88636 22-20-37
Serebryakov Alexandr Igorevich
E-mail: [email protected] Phone: 88636 22-20-37
УДК 621.375
H.H. Прокопенко, Д.Н. Конев, АЛ. Серебряков
ШИРОКОПОЛОСНЫЙ АНАЛОГОВЫЙ ПЕРЕМНОЖИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЙ НА БАЗЕ ТОКОВЫХ ЗЕРКАЛ
Рассматривается архитектура широкополосного (0 + 6 ГГц) аналогового перемножителя потенциальных сигналов с малым (1,5 В) напряжением питания,. являющаяся альтернативой широко распространенной ячейке Джильбер-.
Перемножитель; квадратор; удвоитель частот; система на кристалле.
N.N. Prokopenko, D.N. Konev, A.I. Serebryakov
BROADBAND ANALOG MULTIPLIERS OF VOLTAGE BASED ON CURRENT MIRRORS
A multiplier architecture of the potential signal with a reduced voltage to a level less than 1.5V is shown. The proposed technical solution is an alternative to multiply Gilbert cell.
Cell; multiplier; architecture.
B цифровых интегральных микросхемах и их приложениях в области систем управления энергетическими комплексами результатом увеличения скорости обработки информации стали тенденции постоянного уменьшения напряже. -ми качественными параметрами. При технологических нормах 350 нм (напряжение питания 3,3 В) по-прежнему достаточно схемотехнических возможностей для создания аналоговых микросхем (AM), хотя наличие 5 В питания было бы предпочтительнее. При нормах 180 нм (1,8 В) процесс проектирования усложняется и некоторые характеристики AM деградируют. При 90^130 нм необходимо развитие новых подходов к проектированию AM, ориентированных на обеспечение работоспособности при низковольтном питании (Еп=1 ^ 1,5 В).
S6
Классическая схема аналогового перемножителя напряжений (АПН) [1] обеспечивает возможность работы при Еп>2,1 ^ 2,3 В. При более низких напряжениях питания, например, 1,5 В, данный АПН неработоспособен.
Рассматриваемый ниже АПН (рис.1) [2] является альтернативой широко распространенной перемножающей ячейки Джильберта.
а
Рис.1. Архитектура АПН на основе ч-рех токовых зеркал (а) и пример его построения (б)
,
АПН рис. 1,6. Величина минимального напряжения источника однополярного питания Еп зависит от статического падения напряжения на элементах схемы:
Еп = U14 + U13 + U10 (1)
Еп = U14 + U16 + U12 (2)
En = U14 + U5, En = U14 + U6, (3)
S7
где и14 « 0,7В - напряжение на входах токовых зеркал 1 и 3; И13 - статическое напряжение коллектор-база транзистора 13 - токового зеркала 3; И16 - статиче-
- 16 - 1; и10, и12 -
10 12; и5, и6 -
5 6.
Из уравнений (1)-(3) следует, что схема АПН рис. 1,6 может работать при Еп = 1,5В, если И5 = И6 = И13 = И10 = И16 = И12 = 0,8В.
Условие И5 = И6 реализуется при типовых вариантах построения управ-
5 6. И13 = И10 И16 = И12
ограничения на диапазон изменения выходного напряжения перемножителя. Если выбрать И13=И10=И16=И12=0,4 В, то ивых.1 и ивых.2 могут изменяться от статического уровня 1,1 В на ±0,4 В, что вполне удовлетворяет многим приме.
Еп = 1,5 В составляют:
ивых.шах = ивых.1 — ивых.2 = 0,8 ®.
Таким образом, АПН рис. 1,6 может иметь приемлемый для большинства применений диапазон изменения выходного напряжения при Еп = 1,5 В.
Если в схеме рис. 1,6 используется токовый выход, т.е. сопротивление цепей нагрузки 10 и 12 мало, то в этом случае возможно дальнейшее уменьшение напряжения питания. Предельные Еотт будут определяться схемотехникой
5 6.
Применение дополнительных токовых зеркал на р-п-р- транзисторах (рис. 2) позволит при Еп = 1,5 В получить диапазон изменения дифференциального выходного напряжения, близкий к 1,5 В, что характерно для схем с гаПЧо-гаЛ -выходом.
В схеме рис. 3 за счет введения повторителей напряжения на р-п-р-транзисторах обеспечивается преобразование «привязанных» к общей шине ис-
точников питания сигналов иу и иу во входные токи токовых зеркал 1 и 3, 2 и
4. В частном случае в схеме рис. 3 коллекторы транзисторов 30 и 35 могут подключаться к общей шине, что не потребует отрицательных источников питания.
Рис. 3. Вариант построения управляемых источников тока АПН [2]
Особенность схемы рис. 4 состоит в том, что повторители напряжений 37 и 38 не влияют на статические токи токовых зеркал 1-4, которые устанавливают-
5 6.
. 5 41 43 -
щается решение задачи преобразования напряжений иу и иу во входные токи 1 3, 2 4.
Рис 5. Практическая схема АПН с буферными усилителями [2]
Это объясняется тем, что при иу = иу = 0 токи через резисторы 46 и 49
близки к нулю и данные резисторы непосредственно определяют крутизну преобразования этих напряжений во входные токи токовых зеркал:
и
46
У
и
,149
У
(4)
^46 ^49
41 43
от сигнала по каналу «У».
Применение АПН в качестве управляемого усилителя показывает, что в таком включении обеспечивается достаточно линейная характеристика управления Ки = ДИуаг), где Иуаг = иу - напряжение на входе «У».
На рис. 6 приведена схема АПН рис. 5 в среде компьютерного моделирования Р8р1се на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».
. 6 ( . 7)
, -тельную для многих применений погрешность выполнения данной математиче-.
Рис 6. Схема АПН в среде компьютерного моделирования PSpice
1.2
Управляющее напряжение иу, мВ
Рис 7. Результаты компьютерного моделирования АПН в среде PSpice
Данные графики показывают, что предлагаемый АПН является четырех.
быть достаточно малыми [2].
Возможный вариант построения АПН с экстремально низким напряжени-. 8, 5 6 -
ны в базисе В1РЕТ-транзисторов [2].
,
базе токовых зеркал [2] имеет более низкие значения напряжений питания, что позволяет использовать для ее построения высокочастотные 8Юе - транзисторы и расширить при этом диапазон рабочих частот систем на кристалле.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Патент США № 5.329.189.
2. Аналоговый перемножитель напряжений [Текст] : заявка на патент Российской Федерации, МПК8 H03F 3/45. / Прокопенко Н.Н., Конев Д.Н., Серебряков А .И.; № 2008147666/09; заявл. 02.12.2008.
Прокопенко Николай Николаевич
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса»
E-mail: [email protected]
346500, Шевченко, 147, Шахты. Тел: 88636 22-20-37
Конев Даниил Николаевич Email: [email protected] Тел: 88636 22-20-37
Серебряков Александр Игоревич Email: [email protected] Тел: 88636 22-20-37
Prokopenko Nicolay Nicolaeich
State educational institution of the higher vocational training «South Russian State University of Economics and Service»
E-mail: [email protected]
147, Shevchenko, Shakhti, 346500, Phone: 88636 22-20-37
Konev Danil Nicolaevich
E-mail: [email protected] Phone: 88636 22-20-37
Serebryakov Alexandr Igorevich
E-mail: [email protected] Phone: 88636 22-20-37
.621.391
. . , . .
СГЛАЖИВАНИЕ СИГНАЛОВ НА ОСНОВЕ ОБЪЕДИНЕННОГО КРИТЕРИЯ СРЕДНЕГО КВАДРАТА КОНЕЧНОЙ РАЗНОСТИ ВТОРОГО ПОРЯДКА И МИНИМУМА СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОГО ОТКЛОНЕНИЯ
В работе представлен метод сглаживания сигналов, представленный единственной реализацией случайного процесса конечной длинны, в условиях ограниченного объёма априорной информации о функции сигнала и статистических характеристиках шума. Представлен подход к возможности использования полученного метода для сглаживания сигналов по мере поступления данных и произведён расчёт элементов необходимых для построения сглаживающего фильтра на основе полученных выражений.
; ; .
