Усилитель-ограничитель с корректировкой разбаланса в схемах идентификации уровня сигнала Российский патент 2023 года по МПК G06F17/00 G06F17/18 G06G7/25 H03F3/45 

Область техники

Изобретение относится к электронной технике и может использоваться при разработке микросхем приемных трактов. В связи с ростом динамического диапазона приемных трактов и увеличением значения цифровой обработки сигнала возросла потребность в схемах индикации уровня сигнала на входе приемного устройства (Received Signal Strength Indication - RSSI). Данные о величине входного сигнала позволяют избежать перегрузки и используются для цифрового управления всем устройством, что позволяет обеспечивать требуемый диапазон величин входных сигналов.

В качестве примера применения подобных устройств можно привести работу сотовых телефонов на разном расстоянии от базовой станции сотовой связи. При приближении к базовой станции необходимо уменьшать усиление во входных каскадах, во избежание «забития» приемного тракта и, наоборот, требуется максимальное усиление при значительном удалении от базовой станции. Аналогичная ситуация возникает и в радиолокационных устройствах, а также везде, где приходится иметь дело с сигналами широкого динамического диапазона. Предлагаемое изобретение имеет своей целью уменьшение влияния технологических разбросов при интегральном выполнении трактов RSSI и обеспечение требуемых параметров усилителя-ограничителя.

Предшествующий уровень техники

Из уровня техники известны технические решения, обеспечивающие построение трактов RSSI. Ряд зарубежных фирм серийно выпускает подобные устройства, построенные на основе логарифмирующих трактов по методу последовательного детектирования, наилучшие результаты достигнуты фирмой Analog Devices, США. За последние десятилетия этой фирмой разработан целый ряд подобных устройств, имеющих близкую структуру и отличающихся частотным и динамическим диапазонами (AD640 и последующие) [1], которые выполнены большей частью по биполярной технологии, в последние годы по SiGe-процессу.

Основой данного класса схем является тракт логарифмирующей обработки сигнала. Упрощенная блок-схема логарифмирующего тракта по методу последовательного детектирования, представлена на ФИГ. 1. Следует отметить, что современные тракты в интегральном исполнении выполняются на основе дифференциальных каскадов.

Основой тракта является последовательное соединение нескольких звеньев, состоящих из усилителя-ограничителя (УО) и детектора на перекошенном дифференциальном каскаде. Сигнал со всех детекторов суммируется на общей нагрузке и, при правильно выбранном коэффициенте передачи и пороге УО, обеспечивает логарифмическую зависимость между уровнем мощности входного сигнала и выходным напряжением.

Важным вопросом при работе тракта является влияние разбаланса УО по постоянному току, вследствие технологических разбросов на значение выходного сигнала. При выполнении логарифмического тракта на кристалле в случае использования разделительных конденсаторов между отдельными каскадами усилителей-ограничителей для обеспечения работы в нижнем диапазоне частот от 200 кГц потребуются достаточно высокие значения емкостей этих конденсаторов, что приводит к излишней занимаемой площади и значительному усложнению, и удорожанию изделия. Для устранения этого используется гальваническое соединение каскадов. Однако, учитывая высокий коэффициент усиления тракта и гальваническое соединение отдельных звеньев, незначительный перекос в первых каскадах может дать неприемлемое значение перекоса последнего каскада.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является уменьшение влияния разбаланса УО по постоянному току вследствие технологических разбросов.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является обеспечение возможности интегрального исполнения трактов логарифмического усиления с гальванической связью и повышение точности определения уровня входных сигналов тракта в широком динамическом диапазоне за счет обеспечения стабильного значения коэффициента усиления усилителя-ограничителя.

Описание способа достижения результата

Сущность изобретения поясняется на ФИГ. 2.

Указанный технический результат достигается тем, что в качестве корректирующего устройства разбаланса основного дифференциального каскада УО, обозначенного цифрой 1, используется такой же дифференциальный каскад, выполненный на том же кристалле, обозначенный цифрой 2. Для максимальной идентичности каскадов они выполняются методом «common centroid». Входной сигнал совместно со смещением по постоянному току поступает на входы InN и InP усилителя 1. Следует отметить, что на вход каскада 2 не поступает сигнал, а только напряжение смещения, аналогичное напряжению смещения каскада 1, что позволяет влиять только на смещение по постоянному току, не влияя на величину переменного сигнала. Разбаланс каскада 2, аналогичный разбалансу каскада 1, через повторители 3 поступает на усилитель на PMOS транзисторов 4 и далее на усилители 5.

С выводов OutP1 и OutN1, соединенных с выходом усилителя 2, замыкается цепь отрицательной обратной связи по постоянному току. Тот же управляющий сигнал, соответствующий разбалансу по постоянному току, поступает и на усилитель 1. При идентичности каскадов 1 и 2 разбаланс значительно уменьшается без существенного влияния на коэффициент усиления по переменному сигналу на выходах OutN и OutP. Величина уменьшения разбаланса основного УО определяется коэффициентом усиления в цепи корректирующих усилителей 4 и 5.

Источники информации:

1. Datasheet Analog Devices AD640; Datasheet Analog Devices AD641; Datasheet Analog Devices AD8306; Datasheet Analog Devices AD8307; Datasheet Analog Devices AD8309; Datasheet Analog Devices AD8318

Изобретение относится к электронной технике и может использоваться при разработке микросхем приемных трактов. Технический результат - повышение точности определения уровня входных сигналов тракта в широком динамическом диапазоне. Технический результат достигается тем, что предложен усилитель-ограничитель, включающий основной усилитель, выполненный в виде дифференциального каскада 1, на входы которого InN и InP подаются постоянное напряжение смещения и переменный сигнал, а выходы OutN2 и OutP2 соединены через истоковый повторитель с выходом устройства OutN, OutP и корректирующий усилитель 2, на вход которого подается только постоянное напряжение смещения без подачи сигнала, а выход соединен через повторитель 3 и дополнительный усилитель 4 с усилителем 5, имеющим две пары дифференциальных выходов: OutP1, OutN1, OutP2, OutN2, отличающийся тем, что основной усилитель, выполненный в виде дифференциального каскада 1, и корректирующий усилитель 2 выполнены на одном кристалле одинаковыми, а одна пара выходов усилителя 5 соединена с выходом корректирующего усилителя 2, образуя петлю отрицательной обратной связи, а другая пара выходов соединена с выходом дифференциального каскада 1. 2 ил.

Усилитель-ограничитель, включающий основной усилитель, выполненный в виде дифференциального каскада 1, на входы которого InN и InP подаются постоянное напряжение смещения и переменный сигнал, а выходы OutN2 и OutP2 соединены через истоковый повторитель с выходом устройства OutN, OutP и корректирующий усилитель 2, на вход которого подается только постоянное напряжение смещения без подачи сигнала, а выход соединен через повторитель 3 и дополнительный усилитель 4 с усилителем 5, имеющим две пары дифференциальных выходов: OutP1, OutN1, OutP2, OutN2, отличающийся тем, что основной усилитель, выполненный в виде дифференциального каскада 1, и корректирующий усилитель 2 выполнены на одном кристалле одинаковыми, а одна пара выходов усилителя 5 соединена с выходом корректирующего усилителя 2, образуя петлю отрицательной обратной связи, а другая пара выходов соединена с выходом дифференциального каскада 1.