Структурный синтез активных фильтров ВЧ и СВЧ диапазонов (стр. 3 из 6)
(34)при условии
. (35)Соотношение (35) является оценочным при
.При аналогичном допущении определяется коэффициент влияния ОУ1 и ОУ2 на собственный шум схемы
. (36)Таким образом, введение компенсирующего контура обратной связи существенно уменьшило влияние ОУ2 на основные качественные показатели схемы звена второго порядка. Для построения и моделирования принципиальных схем разработан, ориентированный на SiGeтехнологию, SGB25VD (IHP) ОУ, базовые параметры которого показаны в табл. 2. Здесь и далее приводятся результаты моделирования принципиальных схем в среде Cadence.
Таблица 2
Основные параметры ОУ для технологии SGB25VD
 ,(дБ) |  ,(Ггц) |  ,(В/мкс) |  ,(В/мкс) |  ,(мВ) |  ,(Ом) |  ,(В) |  ,(мА) |
| 38 | 2 | 900 | 425 | 400 | 50 |  1,5 | 5,5 |
Предварительно отметим, что возможность работать этого ОУ на низкоомную нагрузку и, следовательно, стандартную СВЧ линию позволяет совместить функцию фильтра и драйверного усилителя с заданным коэффициентом передачи. На рис. 2 приведены АЧХ и ФЧХ такого R-фильтра с коэффициентом передачи
=30 дБ и добротностью 
(кривые 1 и 2 соответственно). Здесь же для демонстрации эффективности действия контура компенсирующей обратной связи приведены аналогичные характеристики при 
, когда 
(кривые 3 и 4).Совпадение частоты полюса звена при различных добротностях показывает также недоминирующее влияние вторых полюсов используемых ОУ на параметры ФНЧ. Эффективность использования частотных свойств ОУ видна также из сопоставления АЧХ R-фильтра и АЧХ масштабных усилителей (кривая 5). Анализ временных характеристик ФНЧ (Q=1) при гармоническом входном воздействии различных уровней(рис. 3) показывает, что длительность переходного процесса согласуется с линейной моделью фильтра, а максимальное выходное напряжение (вторая гармоника соответствует максимальному коэффициенту передачи фильтра) не менее 100 мВ.
Рис. 2. Частотные характеристики R-ФНЧ
при разных добротностях полюса и k02=30 дБ
Рис. 3. К определению максимального выходного напряжения
R-ФНЧ с Q=1
Как видно из соотношений (25), увеличение частоты полюса ФНЧ связано с уменьшением его коэффициента передачи в полосе пропускания. Результаты моделирования и сопоставительного исследования схемы (рис. 1) на базе экспериментального ОУ (табл. 1) приведены в табл. 3.
Таблица 3
Результаты моделирования звена R-фильтра
с собственной компенсацией
 ,(дБ) |  ,(%) |  ,(МГц) | , (%) |  |  ,(%) |  ,(мВ) |  , (дБ/дек) |
| 30 | 1,5 | 222 | 25 | 1,22 | 7,4 | 100 | 36 |
| 0 | 0 | 642 | 29,4 | 1,19 | 5 | 100 | 36 |
Примечание.  приращение коэффициента передачи фильтра в полосе пропускания, определяемое добротностью (затуханием) полюса. | |||||||
Более детальное изучение приведенной в табл. 3 погрешности реакции основных параметров ФНЧ позволяет предположить, что указанное отклонение частоты полюса (
), коэффициентов передачи ( ) и ( ) обусловлено эффектом умноженияпаразитной входной емкости дифференциальных каскадов ОУ, а также влиянием второго полюса его ФНЧ.Однако область применения полученного устройства ограничивается уровнем его динамического диапазона, когда, как видно из (32) и (27), необходимость увеличения k02, k2 приводит к практически пропорциональному увеличению как масштабного коэффициента k02min, так и
. Кроме этого, для реализации 
необходимость увеличения k02(k2) при ограниченном пределе 
(27), как видно из (34), значительно увеличивает собственный шум всего устройства.Снятие указанных структурных противоречий требует применения дополнительной общей отрицательной обратной связи и, следовательно, мультидифференциальных ОУ.
4. Синтез структур R-звеньев с дополнительными частотнозависимыми цепями
Как отмечалось выше, увеличение в R-фильтрах максимального уровня выходного напряжения связано с уменьшением коэффициента сдвига частоты полюса bz, что приведет к увеличению собственного шума схемы. Кроме этого, особенность схемотехнических решений ОУ в СВЧ диапазоне не позволяет использовать высокоомные резисторы в цепях местных и общей обратных связей, что существенно увеличивает потребляемый ток. Следует также отметить, что в этом же диапазоне частот подложка, занимаемая RC-цепью первого порядка, не превышает геометрическую площадь ОУ. Таким образом, и это можно показать достаточно строго, повышение многих показателей качества возможно путем использования в качестве частотозадающих цепей не только частотных свойств скорректированных ОУ, но и традиционных RC-цепей.
Предварительно отметим, что базовый вывод о невозможности построения ФВЧ и заграждающих фильтров в этом случае также сохраняется. Таким образом, для построения звеньев как полосового фильтра, так и фильтра нижних частот необходимо использовать один ОУ и RC-цепь первого порядка. Тогда для звена полосового типа:
(37)а для ФНЧ
(38)Принципиальные схемы таких звеньев приведены на рис. 4.
а) б)
Рис. 4. Принципиальные схемы звеньев второго порядка
с дополнительными частотозадающими цепями:
а) ФНЧ; б) ПФ
Анализ схем приводит к следующим результатам:
– для ФНЧ
, (39) 
; (40)