Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к полевым МОП-схемам, экспоненциальным схемам и системам связи CDMA.
Предшествующий уровень техники
Системы связи CDMA обычно содержат одну или более базовых станций для обмена данными с различными абонентскими терминалами, такими как мобильные сотовые телефоны и т.п. Каждая базовая станция принимает сигнал от нескольких абонентских терминалов одновременно.
Чтобы минимизировать взаимные помехи между этими сигналами, уровень мощности передаваемого сигнала от каждого абонентского терминала часто регулируется таким образом, чтобы интенсивность принятого сигнала была примерно равна интенсивности других сигналов в той же базовой станции. Это регулирование обычно выполняется часто, поскольку интенсивность принятого сигнала изменяется по мере того, как изменяется расстояние между абонентским терминалом и базовой станцией.
Для этого базовая станция измеряет уровень принятой мощности, сравнивает его с требуемым уровнем мощности и доставляет сигнал абонентскому терминалу, указывая необходимый уровень мощности. Абонентский терминал принимает сигнал и регулирует уровень своей выходной мощности надлежащим образом.
Усилитель с переменным коэффициентом усиления часто используется в абонентском терминале, чтобы реализовывать необходимое регулирование уровня выходной мощности. Часто желательно, чтобы уровень выходной мощности абонентского терминала настраивался экспоненциально или, как известно в данной области техники, "линейно по дБ". Как следствие, сигнал усиления, который линейно регулирует уровень выходной мощности или коэффициент усиления по мощности усилителя с переменным коэффициентом усиления, должен варьироваться согласно экспоненте сигнала уровня мощности, доставляемого из базовой станции.
Экспоненциальные расчеты могут быть реализованы в цифровой области. Один подход заключается в том, чтобы создавать и ссылаться на таблицу в памяти, которая привязывает набор сигналов уровня мощности к требуемому сигналу усиления для каждого из них. Эта привязка, тем не менее, требует значительной области памяти.
Вместо этого может быть использован алгоритм в цифровой области. Этот алгоритм, тем менее, потребует программирования, памяти для программы и ее работы и времени процессора.
Независимо от того, используется ли привязка или алгоритм, дополнительная проблема с выполнением вычислений в цифровой области заключается в том, что цифроаналоговый преобразователь (DAC) часто необходим, чтобы преобразовывать цифровой выход в аналоговый сигнал, чтобы управлять усилителем с переменным коэффициентом усиления. Экспоненциальное отношение между сигналом уровня мощности и требуемым коэффициентом усиления усилителя часто требует одинакового инкрементного изменения в сигнале уровня мощности, чтобы генерировать постепенно все меньшие инкрементные изменения в уровне выходной мощности на более низких уровнях сигнала уровня мощности. Чтобы гарантировать, что эти очень небольшие инкрементные изменения точны, часто требуется DAC с высоким разрешением, который может быть дорогим.
МОП-транзисторы также известны, чтобы предоставлять экспоненциальную функцию, когда работают в подпороговом режиме (также известном как режим "слабой инверсии"). Работа в подпороговом режиме означает, что диапазон напряжений, доставляемых в затвор МОП-транзистора, ниже порогового напряжения МОП-транзистора, необходимого, чтобы полностью включать МОП-транзистор. Тем не менее, известно, что эта экспоненциальная функция значительно изменяется как функция температуры МОП-транзистора и как функция структурных изменений, которые происходят при производстве МОП-транзисторов. В результате МОП-транзисторы не могут быть оптимальными кандидатами на точное выполнение экспоненциальной функции в абонентском терминале CDMA.
Краткое изложение сущности изобретения
Технической задачей настоящего изобретения является создание усилителя, который содержит схему управления усилением, имеющую вход и первый МОП-транзистор, предназначенный для работы в подпороговом режиме и для формирования сигнала управления усилением, который является экспоненциальной функцией сигнала, подаваемого на указанный вход.
На работу первого МОП-транзистора может оказать влияние изменение его температуры или физической структуры.
Усилитель также может включать в себя усилитель с переменным коэффициентом усиления, который управляется сигналом управления усилением.
Усилитель также может включать в себя схему коррекции, имеющую второй МОП-транзистор, предназначенный для работаы в подпороговом режиме и для компенсации (корректирования) влияния на первый МОП-транзистор изменения температуры или физической структуры.
Другим аспектом изобретения является создание усилителя, содержащего средство, имеющее вход и первый МОП-транзистор, для работы в подпороговом режиме и для формирования сигнала управления усилением, который является экспоненциальной функцией сигнала, подаваемого на вход.
На работу первого МОП-транзистора может оказывать влияние изменение его температуры или физической структуры.
Усилитель также может включать в себя средство формирования коэффициента усиления, который управляется сигналом управления усилением.
Усилитель также может включать в себя средство, имеющее второй МОП-транзистор для работы в подпороговом режиме и коррекции влияния на первый МОП-транзистор изменения его температуры или физической структуры.
Другим аспектом изобретения является создание экспоненциальной схемы с коррекцией, которая содержит схему, имеющую вход и первый МОП-транзистор, предназначенный для работы в подпороговом режиме и для формирования сигнала управления усилением, который является экспоненциальной функцией сигнала, подаваемого на указанный вход.
На работу первого МОП-транзистора может оказывать влияние изменение его температуры или физической структуры.
Схема также может включать в себя схему коррекции, имеющую второй МОП-транзистор, предназначенный для работы в подпороговом режиме и для компенсации влияния на первый МОП-транзистор изменения температуры или физической структуры.
Второй МОП-транзистор может иметь рабочие характеристики, которые согласованы с характеристиками первого МОП-транзистора, и может быть размещен на той же подложке, что и первый МОП-транзистор.
Другим аспектом изобретения является создание схемы МОП-транзистора с коррекцией, которая может включать в себя первую схему, имеющую первый МОП-транзистор, предназначенный для работы в подпороговом режиме, вход и выход.
Схема также может включать в себя схему коррекции, имеющую второй МОП-транзистор, предназначенный для работы в подпороговом режиме и для компенсации влияния на первый МОП-транзистор изменения его температуры или физической структуры.
Другим аспектом изобретения является создание схемы МОП-транзистора с коррекцией, которая содержит первый, второй и третий МОП-транзистор.
Все три МОП-транзистора имеют согласованные рабочие характеристики, совместно размещены на одной подложке и предназначены для работы в подпороговом режиме.
Схема также может включать в себя первый переменный резистор, предназначенный для обмена данными с затвором первого МОП-транзистора, и имеющий управляющий вход, предназначенный для обмена данными со вторым МОП-транзистором.
Схема также может включать в себя второй переменный резистор, предназначенный для обмена данными со вторым и третьим МОП-транзистором, и имеющий управляющий вход, предназначенный для обмена данными со вторым МОП-транзистором.
Схема также может включать в себя схему токового зеркала для обмена данными со вторым и третьим МОП-транзистором.
Другим аспектом изобретения является создание схемы МОП-транзистора с коррекцией, которая содержит первый и второй МОП-транзистор.
Оба транзистора имеют согласованные рабочие характеристики, совместно размещены на одной подложке и предназначены для работы в подпороговом режиме.
Схема также может включать в себя резистор, предназначенный для обмена данными с затвором первого МОП-транзистора и стоком второго МОП-транзистора.
Схема также может включать в себя схему постоянного тока для обмена данными с затвором и стоком второго МОП-транзистора.
Предпочтительно усилитель содержит
a) первый МОП-транзистор, предназначенный для работы в подпороговом режиме и обеспечивающий усиление сигнала, при этом на работу первого МОП-транзистора влияют изменения его температуры или физической структуры,
b) схему коррекции, имеющую второй, третий и четвертый МОП-транзисторы, каждый из которых предназначен для работы в подпороговом режиме, имеет рабочие характеристики, согласованные с характеристиками первого МОП-транзистора, и размещены максимально близко к первому МОП-транзистору, причем второй МОП-транзистор предназначен для формирования части схемы компенсирующего напряжения, которая подсоединена к первому МОП-транзистору, а упомянутые третий и четвертый МОП-транзисторы подсоединены к токовому зеркалу и к первому МОП-транзистору.
Следует понимать, что существует множество других и различных вариантов осуществления, допускающие модификацию в различных других отношениях, не отступающие от существа изобретения.
Краткое описание чертежей
Варианты осуществления изобретения поясняются последующим подробным описанием со ссылками на сопровождающие чертежи.
Фиг.1 изображает блок-схему усилителя для генерирования усиленного информационного сигнала в соответствии с сигналом уровня мощности согласно изобретению;
фиг.2 - электрическую схему, которая обеспечивает формирование экспоненциальной функции согласно изобретению;
фиг.3 - электрическую схему, которая обеспечивает формирование экспоненциальной функции, подключенную к схеме, которая обеспечивает коррекцию изменений тока насыщения МОП-транзистора согласно изобретению;
фиг.4 - электрическую схему, которая обеспечивает коррекцию изменений коэффициента, зависимого от технологического процесса, и теплового напряжения, согласно изобретению;
фиг.5 - электрическую схему, которая обеспечивает экспоненциальную функцию, подключенную к схемам, которые обеспечивают коррекцию изменений тока насыщения, коэффициента, зависимого от технологического процесса, и теплового напряжения согласно изобретению.
Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения
Подробное описание изобретения включает описания иллюстративных вариантов осуществления. Термин "иллюстративный", используемый в данном описании, означает "служащий в качестве примера, отдельного случая или иллюстрации" и не должен обязательно быть истолкован как предпочтительный вариант осуществления. В некоторых случаях хорошо известные структуры и устройства показаны на блок-схеме, чтобы лучше проиллюстрировать определенные понятия.
На фиг.1 представлена блок-схема усилителя для генерирования усиленного информационного сигнала в соответствии с сигналом уровня мощности.
Информационный сигнал может быть направлен в усилитель 1 с переменным коэффициентом усиления посредством линии 3 связи. Коэффициент усиления усилителя 1 с переменным коэффициентом усиления может управляться сигналом усиления, доставляемым на вход 5 усиления усилителя с переменным коэффициентом усиления от схемы 7 управления усилением. Усилитель с переменным коэффициентом усиления может включать в себя выход 9, который доставляет усиленный информационный сигнал в соответствии с сигналом усиления, принятым на входе 5 усиления. Усиленный информационный сигнал может быть пропорционален информационному сигналу, умноженному на уровень сигнала усиления.
Информационным сигналом, который может быть обработан усилителем 1 с переменным коэффициентом усиления, может быть модулирующий сигнал, содержащий аудио-, видеоданные, другие типы информации или сочетание этих типов информации. Информационный сигнал может быть в цифровом формате или любом другом формате. Он может быть информацией, которую абонентский терминал, например сотовый телефон, хочет передать, или информацией из другого источника, например вычислительной машины.
Усиленный информационный сигнал, который доставлен усилителем 1 с переменным коэффициентом усиления, может не иметь требуемого уровня мощности. Он также может не иметь требуемого формата. В любом случае может быть предусмотрено дополнительное схемное решение, например модулятор или усилитель мощности.
Схема 7 управления усилением может преобразовывать сигнал уровня мощности на входе 11 в сигнал усиления, который поступает в усилитель 1 с переменным коэффициентом усиления посредством того, что выход линии 5 связи представляют в виде экспоненты сигнала на входе 11 линии связи. Как хорошо известно в данной области техники, экспоненциальная функция может иметь недостаток определенной степени точности вследствие того, что часто электронные и вычислительные системы не могут выполнять точные расчеты и преобразования.
Суммарный эффект от включения схемы 7 управления усилением в систему, показанную на фиг.1, может заключаться в том, чтобы гарантировать, что уровень мощности усиленного информационного сигнала, который выходит из усилителя 1 с переменным коэффициентом усиления по линии 9 связи, удовлетворяет требованию сигнала уровня мощности, который поступает в схему 7 управления усилением по линии 11 связи.
Экспоненциальная функция, которая может быть реализована схемой 7 управления усилением, может варьироваться в отношении точности и безошибочности по множеству причин, включая изменения температуры, при которой работает схема 7 управления усилением. Изменения физической структуры элементов, которые используются в схеме 7 управления усилением, которые вызваны изменением в процессе производства, также могут вносить вклад в эти неточности.
Усилитель может содержать схему 13 коррекции, которая обеспечивает сигнал коррекции в схему 7 управления усилением, чтобы минимизировать эти неточности. Схема 13 коррекции может быть сконфигурирована, чтобы минимизировать только неточности, вызванные изменением температуры, изменениями технологического процесса или другими факторами. Схема 13 коррекции может обеспечивать коррекцию этих изменений, а также любое их сочетание. Хотя показана связь схемы 13 со схемой 7 управления усилением по линии 15 связи, следует понимать, что схема 13 коррекции может, вместо этого или кроме этого, быть связана с усилителем 1 с переменным коэффициентом усиления и/или любым другим элементом в системе, в котором используется блок-схема, показанная на фиг.1, при этом обеспечивать функцию коррекции.
На фиг.2 представлена электрическая схема, которая обеспечивает формирование экспоненциальной функции, т.е. это один пример выполнения схемы 7 управления усилением, показанной на фиг.1.
МОП-транзистор 21 имеет затвор 23, на который поступает сигнал IPL уровня мощности, который представляется током, который пропорционален требуемому уровню мощности. На резистор 25 также поступает сигнал уровня мощности, резистор 25 заземлен. Исток МОП-транзистора 21 также подключен к земле, а сток 29 МОП-транзистора 21 регулирует требуемый сигнал усиления, представленный как IG, т.е. сигнал усиления - это ток, который пропорционален требуемому усилению.
Уровень сигнала IPL уровня мощности может быть задан таким образом, чтобы даже на максимуме он не создавал напряжения МОП-транзистора 21, которое превышает то, что известно как пороговое напряжение МОП-транзистора 21, а именно напряжение, при котором МОП-транзистор 21 включается в режиме "сильной инверсии". При работе в таком режиме, т.е. когда входное напряжение МОП-структуры поддерживается ниже порогового напряжения, считается, что МОП-транзистор находится в подпороговом режиме, также известном как режим "слабой инверсии". В этом режиме, как хорошо известно, выходной ток IG главным образом определяется следующим уравнением:
где Io представляет ток насыщения МОП-транзистора 21, что означает ток, идущий из стока через исток, когда напряжение затвор-исток равно нулю. Io обычно пропорционален размеру МОП-транзистора; R - значение резистора 25; n - эмпирически определяемый зависимый от технологического процесса коэффициент; VT - тепловое напряжение, обычно равное kT/q, где k - постоянная Больцмана (1,38×10-23 JK-1), T - температура в градусах Кельвина, а q - заряд электрона (1,602×l0-19 C).
Хотя сигнал уровня мощности и сигнал усиления проиллюстрированы на фиг.2 как представленные током, разумеется, следует понимать, что эти сигналы могут быть представлены напряжением или посредством любого другого типа подхода. Могут потребоваться надлежащие корректировки в схемном решении, которые быстро предоставляются высококвалифицированными специалистами в данной области техники. Также следует понимать, что схемное решение на фиг.2 приведено только для иллюстрации, и также может быть использовано широкое многообразие других схемных решений, чтобы предоставлять экспоненциальную функцию.
Хотя переменные Io, n и VT, как считается, являются константами, они часто изменяются, например могут отклоняться вместе с температурой. Значения Io и n также связаны с изменениями физической структуры МОП-транзистора 21, которые вызваны изменением технологических процессов, используемых при производстве МОП-транзистор 21.
Эти изменения, в свою очередь, часто приводят к снижению точности экспоненциальной функции, предоставляемой схемным решением на фиг.2. Фактически, ожидаемые изменения были настолько значительными, что, как считалось, никто до этого не предлагал использования схемного решения экспоненцирования МОП-транзистора, чтобы управлять усилителем с переменным коэффициентом усиления в абонентском терминале CDMA.
На фиг.3 представлена электрическая схема, которая обеспечивает формирование экспоненциальной функции, подключенной к схеме, которая предоставляет коррекцию изменений тока насыщения Io, т.е. это один пример схемы 7 управления усилением и схемы 13 коррекции на фиг.1.
МОП-транзистор 21 и резистор 25, которые проиллюстрированы на фиг.2, также представлены на фиг.3. Сигнал IPL уровня мощности и сигнал IG усиления также подаются соответственно на затвор 23 и сток 29 МОП-транзистора 21. Устройство содержит также схему 31 коррекции, которая предназначена для корректирования изменений в линейном члене вышеприведенного уравнения (1), в данном случае токе Io насыщения.
Один элемент схемы 31 коррекции - это МОП-транзистор 33, который является диодом с затвором 35, подсоединенным к стоку 37. Исток 39 постоянного тока также подсоединен к стоку 37 МОП-транзистора 33. Как хорошо известно, исток постоянного тока - это ток, который предоставляет собой в основном постоянный ток. В одном варианте осуществления исток 39 постоянного тока - это межпороговая зона тока с постоянным выходом межпорогового тока. Постоянный ток, который течет из истока 39 постоянного тока, отмечен на фиг.3 как IC.
Уровень истока 39 постоянного тока может быть задан таким образом, чтобы напряжение в затворе 35 МОП-транзистора 33 не превышало порогового напряжения МОП-транзистора 33 и соответственно, чтобы МОП-транзистор 33 работал в подпороговом режиме или режиме слабой инверсии.
Выход МОП-транзистора 33 также может поступать на инвертирующий вход 41 усилителя 43 с высоким коэффициентом усиления. Выход усилителя 43 может поступать в МОП-транзистор 45, который подключен к нижней стороне резистора 25. Неинвертирующий вход 47 усилителя 43 с высоким коэффициентом усиления может быть подключен к стоку 49 МОП-структуры.
Специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что со стока 49 МОП-транзистора 45 поступает напряжение VREF, которое тщательно отслеживает напряжение в стоке 37 МОП-транзистора 33.
Суммарный эффект схемы 31 коррекции заключается в том, чтобы сформировать компенсирующее напряжение VREF, которое корректирует изменение тока Io насыщения МОП-транзистора 21. Ниже приведен математический анализ, который продемонстрирует этот случай.
Ток, который проходит через сток 37 МОП-транзистора 33, существенно эквивалентен IC, поскольку очень небольшая часть IC проходит через затвор 35 МОП-транзистора 33 или инвертирующего входа 41 к усилителю 43. При условии, что с МОП-транзистором 33 осуществляются действия в подпороговом режиме, следующая аппроксимация является достоверной:
где Io, n, VT имеют те же значения, что указано выше, т.е. Io - ток насыщения МОП-транзистора 33; n - эмпирически определяемый зависимый от технологического процесса коэффициент МОП-транзистора 33; VT - тепловое напряжение.
Рабочие характеристики МОП-транзистора 33 могут практически совпадать с характеристиками МОП-транзистора 21. Аналогично, температура МОП-транзистора 33 может поддерживаться на приблизительно том же уровне, что температура МОП-транзистора 21. Эти совпадения могут быть облегчены посредством изготовления МОП-транзисторов 21 и 33 на одинаковой подложке. Когда эти совпадения сохраняются, значения n и VT для МОП-транзистора 33 в значительной степени аналогичны значениям для МОП-транзистора 21. Кроме этого, последующий анализ упрощается посредством допущения того, что МОП-транзистор 33 и МОП-транзистор 21 имеют одинаковый размер и, следовательно, одинаковое значение Io.
Сигнал IG усиления из МОП-транзистора 21 может быть выражен следующим образом:
В этом уравнении IPL, IG и R аналогичны описанным в связи с фиг.2 и уравнением (1).
С помощью распределенного свойства экспоненцирования уравнение (3) также может быть выражено следующим образом:
В уравнении (4) часть члена справа, который состоит из 
, установлена равной Ic в уравнении (2). Выполнив эту замену, получим следующее отношение:
Как можно видеть из уравнения (5), сигнал IG усиления теперь не зависит от Io. Таким образом, изменения в Io вследствие изменения температуры или технологического процесса больше не влияют в значительной степени на сигнал IG усиления. Влияние этих изменений на линейный член Io скорректировано схемой 31 коррекции.
Следует понимать, что широкое разнообразие изменений схемы 31 коррекции может быть сделано без значительного отступления от ее функции коррекции. Например, МОП-транзистор 33 и МОП-транзистор 21 могут иметь различные размеры, и уравнение (5) в таком случае должно быть модифицировано посредством умножения его на отношение размера между МОП-транзистором 33 и МОП-транзистором 21. Тем не менее, влияние изменений на Io вследствие изменений температуры или технологического процесса по-прежнему будет корректироваться.
На фиг.4 представлена электрическая схема, которая обеспечивает коррекцию изменений зависимого от технологического процесса коэффициента n и теплового напряжения VT, т.е. еще один пример схемы 13 коррекции на фиг.1.
Как станет ясно из описания ниже, схема обеспечивает сформирование сигнала коррекции, который регулирует значение R резистора 25, показанного на фиг.2 и 3, чтобы скорректировать изменения в зависимом от технологического процесса коэффициенте n и тепловом напряжении VT. Схема включает в себя МОП-транзистор 41 и МОП-транзистор 43, соединенные с соответствующими стоками 46 и 47, подсоединенными к схеме 49 токового зеркала. Хорошо известно, что схема токового зеркала, например схема 49 токового зеркала - это схема, которая формирует и доставляет большей частью совпадающие токи по двум различным токопроводам.
Схема также включает в себя переменный резистор 49. Один конец 51 переменного резистора подключен к опорному напряжению VREF. Опорное напряжение VREF - это то же VREF, которое показано на фиг.3 и описано выше. Опорное напряжение VREF также поступает на затвор 55 МОП-транзистора 41.
На другой конец 57 переменного резистора 49 поступает опорный ток IREF. IREF также поступает на затвор 59 МОП-транзистора 43.
Как хорошо известно, переменный резистор (например, переменный резистор 49) - это устройство или схема, которая формирует напряжение, которое изменяется как функция сигнала управления. В одном варианте осуществления переменный резистор 49 - это МОП-транзистор, работающий в триодной зоне. В случае переменного резистора 49, показанного на фиг.4, сигнал управления 59, который используется, чтобы управлять переменным резистором 49, приходит из стока 47 МОП-транзистора 43. Аналогичный сигнал, который используется, чтобы управлять сопротивлением переменного резистора 49, доставляется из схемы на фиг.4 как необходимый сигнал коррекции. Использование этого сигнала коррекции описано ниже.
Как описано выше, схема на фиг.3 корректирует изменения в токе Io насыщения. При этом остаются изменения в зависимом от технологического процесса в коэффициенте n и тепловом напряжении VT.
Один подход к обеспечению коррекции зависимого от технологического процесса коэффициента n и теплового напряжения VT - сделать значение сопротивления R, показанного на фиг.2 и 3 резистора 25, изменяющимся пропорционально изменениям в n и VT. В этом случае изменения n и VT в R уравновешивают изменения n и VT в знаменателе уравнения (1). Это одна из целей схемы, показанной на фиг.4.
Осуществление этого может быть математически продемонстрировано следующим образом.
Ток I1, который течет в МОП-транзисторе 41, может быть выражен следующим образом:
где k представляет отношение размера между МОП-транзистором 41 и МОП-транзистором 43; kIo - это ток насыщения МОП-транзистора 41; он в k раз больше, чем Io МОП-транзистора 43, вследствие разницы размеров.
I2, который течет в МОП-транзисторе 43, может быть выражен следующим образом:
С помощью распределенного свойства экспоненцирования уравнение (7) также может быть выражено следующим образом:
Если схема 49 токового зеркала работает надлежащим образом, то I1 должен равняться I2. Это означает, что
Таким образом
Решая это уравнение для R:
Отрицательная обратная связь, предоставляемая схемой, показанной на фиг.4, гарантирует, что предшествующее уравнение всегда истинно посредством изменения значения R, чтобы сделать его истинным, несмотря на изменения температуры или технологического процесса.
Схема на фиг.4 теперь обеспечивает переменному резистору 49 (R) требуемое пропорциональное отношение к nVT.
На фиг.5 представлена электрическая схема, которая обеспечивает формирование экспоненциальной функции, подключенной к схемам, которые предоставляют коррекцию изменений тока насыщения, зависимого от технологического процесса коэффициента и теплового напряжения. Также показана методика использования коррекции, обеспечиваемой схемой на фиг.4, в схеме управления усилением, показанной на фиг.2.
По сути, фиг.5 представляет сочетание схем, показанных на фиг.2-4, и таким образом, является еще одним примером выполнения усилителя. Схема 31 коррекции, показанная на фиг.3, может быть представлена в той же форме на фиг.5.
Схема 51 коррекции может быть в сущности аналогична схеме коррекции, показанной на фиг.4. Тем не менее, токовое зеркало 49 и МОП-транзисторы 41 и 43 на фиг.4 проиллюстрированы на фиг.5 в упрощенном формате усилителя 53 смещения с высоким коэффициентом усиления. Переменный резистор 49 (фиг.4) также может быть использован в конфигурации на фиг.5. Сигнал коррекции на фиг.4 показан на фиг.5, как сигнал, подаваемый в переменный резистор 55. Переменный резистор 55 в сущности аналогичен резистору 25, показанному на фиг.2 и 3, за исключением того, что его значение сопротивления изменяется в зависимости от сигнала, поступающего на вход 57 управления.
Переменные резисторы 49 и 55 могут быть одного типа. МОП-транзисторы 21, 33, 41 и 43 могут быть одного типа, иметь практически совпадающие рабочие характеристики, быть совместно размещены на одной подложке и работать в подпороговом режиме.
IREF может быть задан, чтобы быть приблизительно равным максимальному ожидаемому значению сигнала IPL уровня мощности.
При такой конфигурации сигнал IG усиления становится независимым от изменений Io, n и VT.
Это можно увидеть из следующего математического анализа.
Во-первых, следующее уравнение задает IG, где R - это значения переменных резисторов 49 и 55, и
Уравнение (12) может быть упрощено посредством замены IC для 
, как изложено выше в уравнении (2), что имеет следствием
Значение R из уравнения (11) выше теперь также может быть заменено
Как можно видеть из уравнения (14), IG теперь не зависит от изменений температуры и технологического процесса в Io, n и VT. Величины IC, ln K и IREF в уравнении (14) являются константами. Таким образом, требуемое экспоненциальное отношение между IG и IPL предоставляется вне зависимости от изменений температуры и технологического процесса.
Различные модификации в описанных вариантах осуществления должны быть явными для специалистов в данной области техники, а описанные в данном документе общие принципы могут быть применены к другим вариантам осуществления без отступления от духа и области применения технологии, которая изложена в формуле изобретения ниже.
Например, технология, которая изложена в формуле изобретения ниже, не обязательно ограничена сотовыми телефонными системами CDMA. Также она не обязательно ограничена экспоненциальными схемами. Данная заявка не ограничена вариантами осуществления, которые были показаны и описаны, а должна удовлетворять самой широкой области применения, согласованной с принципами и новыми функциями, которые раскрыты и изложены в формуле изобретения ниже.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| УСИЛИТЕЛЬ ДЛЯ РАДИОТЕЛЕФОНА | 1994 |
|
RU2170488C2 |
| УСТРОЙСТВО ЛИНЕАРИЗАЦИИ ДЛЯ УСИЛИТЕЛЯ С ПЕРЕМЕННЫМ УСИЛЕНИЕМ | 2001 |
|
RU2273949C2 |
| ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СИГНАЛА, ПРОПОРЦИОНАЛЬНОГО АБСОЛЮТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ | 1993 |
|
RU2115099C1 |
| ГЕНЕРАТОР | 2007 |
|
RU2340078C1 |
| СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО ТОКА | 2002 |
|
RU2220438C1 |
| УСИЛИТЕЛЬ С ПЕРЕМЕННЫМ УСИЛЕНИЕМ И ВЫСОКИМ ДИНАМИЧЕСКИМ ДИАПАЗОНОМ | 1997 |
|
RU2209504C2 |
| СПОСОБ И СХЕМА УМЕНЬШЕНИЯ УТЕЧЕК И СТАБИЛИЗАЦИИ ПОРОГОВЫХ НАПРЯЖЕНИЙ МОП ТРАНЗИСТОРОВ В ИС | 2013 |
|
RU2520426C1 |
| ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С УСТРОЙСТВОМ СТАБИЛИЗАЦИИ ТОКА КОЛЛЕКТОРА | 2012 |
|
RU2509407C1 |
| Аналоговое запоминающее устройство | 1976 |
|
SU633073A1 |
| КВАРЦЕВЫЙ ГЕНЕРАТОР | 2002 |
|
RU2231914C2 |
Изобретение относится к полевым МОП-схемам, экспоненциальным схемам и системам связи CDMA. Технический результат заключается в создании устройства для коррекции изменений температуры и технологического процесса МОП-транзистора, работающего в подпороговом режиме. Коррекция может включать в себя схемное решение, содержащее, по меньшей мере, второй МОП-транзистор, который также может работать в подпороговом режиме. Рабочие характеристики второго МОП-транзистора согласованы с характеристиками первого МОП-транзистора и второй МОП-транзистор может быть размещен на той же подложке. 7 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.
1. Усилитель, содержащий
a) схему управления усилением, имеющую вход и первый МОП-транзистор, предназначенный для работы в подпороговом режиме и формирования сигнала управления усилением, который является экспоненциальной функцией сигнала, подаваемого на указанный вход, при этом на работу первого МОП-транзистора влияют изменения его температуры или физической структуры,
b) усилитель с переменным коэффициентом усиления, имеющий коэффициент усиления, который управляется сигналом управления усилением,
c) схему коррекции, имеющую второй МОП-транзистор, предназначенный для работы в подпороговом режиме и корректирования влияния на первый МОП-транзистор изменения его температуры или физической структуры.
2. Усилитель по п.1, отличающийся тем, что рабочие характеристики второго МОП-транзистора согласованы с характеристиками первого МОП-транзистора.
3. Усилитель по п.2, отличающийся тем, что второй МОП-транзистор размещен таким образом, что он подвержен в значительной степени такому же изменению в температуре, как и первый МОП-транзистор.
4. Усилитель по п.3, отличающийся тем, что второй МОП-транзистор размещен на той же подложке, что и первый МОП-транзистор.
5. Усилитель по п.2, отличающийся тем, что содержит компонент, влияющий на работу первого МОП-транзистора вследствие изменений его температуры и физической структуры, характеристики которого изменяются приблизительно линейно с изменением температуры и физической структуры, при этом схема коррекции предназначена для компенсации этого компонента.
6. Усилитель по п.5, отличающийся тем, что компонент, который изменяется линейно, включает в себя ток насыщения первого МОП-транзистора.
7. Усилитель по п.5, отличающийся тем, что схема коррекции включает в себя схему компенсирующего напряжения, которая подсоединена к схеме управления усилением и которая предназначена для формирования компенсирующего напряжения приблизительно в виде линейной функции от изменений температуры или физической структуры первого МОП-транзистора.
8. Усилитель по п.7, отличающийся тем, что схема компенсирующего напряжения содержит источник постоянного опорного тока.
9. Усилитель по п.8, отличающийся тем, что источник постоянного опорного тока содержит межпороговую схему.
10. Усилитель по п.2, отличающийся тем, что содержит компонент, влияющий на работу первого МОП-транзистора вследствие изменений его температуры и физической структуры, характеристики которого изменяются приблизительно экспоненциально с изменением температуры и физической структуры, при этом схема коррекции предназначена для компенсации этого компонента.
11. Усилитель по п.10, отличающийся тем, что компонент, который изменяется экспоненциально, включает в себя тепловое напряжение Vт.
12. Усилитель по п.10, отличающийся тем, что компонент, который изменяется приблизительно экспоненциально, включает в себя эмпирически определяемый зависимый от технологического процесса коэффициент n первого МОП-транзистора.
13. Усилитель по п.10, отличающийся тем, что схема управления усилением содержит переменный резистор, имеющий сопротивление, которое управляется входным сигналом переменного резистора, при этом схема коррекции подсоединена к входу переменного резистора.
14. Усилитель по п.13, отличающийся тем, что схема коррекции содержит третий МОП-транзистор, предназначенный для работы в подпороговом режиме, и переменный резистор, при этом рабочие характеристики третьего МОП-транзистора согласованы с характеристиками первого МОП-транзистора.
15. Усилитель по п.14, отличающийся тем, что второй и третий МОП-транзисторы подсоединены к схеме токового зеркала.
16. Усилитель по п.1, отличающийся тем, что схема коррекции предназначена для компенсации влияния на первый МОП-транзистор изменений его температуры и физической структуры.
17. Усилитель, содержащий
a) средство, имеющее вход и первый МОП-транзистор для работы в подпороговом режиме и формирования сигнала управления усилением, который является экспоненциальной функцией сигнала, подаваемого на указанный вход, при этом на работу первого МОП-транзистора влияют изменения его температуры или физической структуры,
b) средство формирования коэффициента усиления, который управляется сигналом управления усилением,
c) средство, имеющее второй МОП-транзистор для работы в подпороговом режиме и коррекции влияния на первый МОП-транзистор изменений его температуры или физической структуры.
18. Экспоненциальная схема с коррекцией, содержащая
а) схему, имеющую вход и первый МОП-транзистор, предназначенный для работы в подпороговом режиме и формирования сигнала усиления, который является экспоненциальной функцией сигнала, подаваемого на указанный вход, при этом на работу первого МОП-транзистора влияют изменения его температуры или физической структуры;
b) схему коррекции, имеющую второй МОП-транзистор, предназначенный для работы в подпороговом режиме и компенсации влияния на первый МОП-транзистор изменения его температуры или физической структуры, при этом второй МОП-транзистор имеет рабочие характеристики, которые согласованы с характеристиками первого МОП-транзистора, и размещен на той же подложке, что и первый МОП-транзистор.
19. Схема МОП-транзистора с коррекцией, содержащая
a) первую схему, имеющую первый МОП-транзистор, предназначенный для работы в подпороговом режиме, вход и выход,
b) схему коррекции, имеющую второй МОП-транзистор, предназначенный для работы в подпороговом режиме и компенсации влияние на первый МОП-транзистор изменения его температуры или физической структуры.
20. Схема МОП-транзистора с коррекцией, содержащая
a) первый, второй и третий МОП-транзисторы, при этом все три МОП-транзистора имеют согласованные рабочие характеристики, размещены на одной подложке и предназначены для работы в подпороговом режиме,
b) первый переменный резистор, предназначенный для обмена данными с затвором первого МОП-транзистора и имеющий управляющий вход для обмена данными со вторым МОП-транзистором,
c) второй переменный резистор, предназначенный для обмена данными со вторым и третьим МОП-транзистором, и имеющий управляющий вход для обмена данными со вторым МОП-транзистором,
d) схему токового зеркала, предназначенную для обмена данными со вторым и третьим МОП-транзисторами.
21. Схема МОП-транзистора с коррекцией по п.20, отличающаяся тем, что
а) второй переменный резистор, предназначенный для обмена данными с затворами второго и третьего МОП-транзисторов,
b) при этом схема токового зеркала предназначена для обмена данными со стоками второго и третьего МОП-транзисторов,
c) диапазон и уровни управляющего входа второго и третьего переменного резисторов существенно аналогичны.
22. Схема МОП-транзистора с коррекцией, содержащая
a) первый и второй МОП-транзисторы, имеющие согласованные рабочие характеристики, совместно размещенные на одной подложке и предназначенные для работы в подпороговом режиме,
b) резистор для обмена данными с затвором первого МОП-транзистора и стоком второго МОП-транзистора,
c) схему постоянного тока, предназначенную для обмена данными с затвором и стоком второго МОП-транзистора.
23. Схема МОП-транзистора с коррекцией по п.22, отличающаяся тем, что второй МОП-транзистор сконфигурирован как диод.
24. Усилитель, содержащий
a) первый МОП-транзистор, предназначенный для работы в подпороговом режиме и обеспечивающий усиление сигнала, при этом на работу первого МОП-транзистора влияют изменения его температуры или физической структуры,
b) схему коррекции, имеющую второй, третий и четвертый МОП-транзисторы, каждый из которых предназначен для работы в подпороговом режиме, имеет рабочие характеристики, согласованные с характеристиками первого МОП-транзистора, и размещены максимально близко к первому МОП-транзистору, причем второй МОП-транзистор предназначен для формирования части схемы компенсирующего напряжения, которая подсоединена к первому МОП-транзистору, а упомянутые третий и четвертый МОП-транзисторы подсоединены к токовому зеркалу и к первому МОП-транзистору.
| US 4634894, 06.01.1987 | |||
| US 6084474 A, 04.07.2000 | |||
| DE 19710474 A1, 08.01.1998 | |||
| WO 9429953 A1, 22.12.1994 | |||
| УСИЛИТЕЛЬ С РЕГУЛИРУЕМЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ УСИЛЕНИЯ | 1991 |
|
RU2031537C1 |
