Синтез электронных схем на компонентном уровне и компенсация влияния паразитных емкостей полупро (стр. 5 из 9)
Эффективность использования настоящего принципа собственной компенсации в практических разработках зависит от соотношения качественных показателей основных и дополнительных транзисторов. Развитие этого подхода обсуждается в других работах автора и его коллег, однако всегда удается получить расширение диапазона рабочих частот устройства в несколько раз либо существенно уменьшить величину потребляемого тока.
5. Структурная оптимизация дифференциальных каскадов
Для получения фундаментальных соотношений и качественных выводов в этом классе задач рассмотрим основные свойства обобщенной структуры (рис. 2), которая поглощает любые электронные устройства, построенные на полевых и(или) биполярных транзисторах.
В этом случае диагональные матрицы
и 
состоят из компонентов 
; 
, (48)которые являются коэффициентами усиления i-го каскада по инвертирующему (
) и неинвертирующему ( 
) входам, где 
– эквивалентная крутизна усиления i-го активного элемента; 
– эквивалентное сопротивление нагрузки в цепи коллектора или стока i-го транзистора, 
– эквивалентное сопротивление в цепи эмиттера или истока (в режиме эмиттерного или истокового повторителя). Учитывая, что 
; 
, (49)где
– коэффициент передачи эмиттерного или истокового повторителя. Решение системы (6) позволяет получить передаточную функцию обобщенной структуры 
(50)При подаче на i-й и j-й входы активных элементов синфазного сигнала (
) структура векторов, входящих в функции (50), имеет следующий вид 
(51) 
(52)В случае использования дифференциального сигнала на тех же входах (
) знак j-й компоненты этих векторов изменится на противоположный
(53) 
. (54)Таким образом, решение поставленной задачи сводится к поиску компонентов матриц
, 
, обеспечивающих минимизацию функций 
(55) 
(56)при выполнении ограничений на дифференциальный коэффициент усиления
(57) 
. (58)С точки зрения развития схемотехники анализируемых узлов решение задачи (55) и (56) в базисе функциональных компонент матриц
и 
целесообразно сосредоточить на поиске структурных признаков дифференциальных каскадов, которые в последующем ранжируются по критериям достижимого дифференциального коэффициента усиления и параметрической чувствительности.Для дифференциальных каскадов приведенные выше соотношения можно конкретизировать при N=2, тогда из (55) для
коэффициент передачи для синфазного напряжения на выходе первого канала 
, (59)а для
на выходе второго канала 
, (60) 
(61) 
Аналогично из (57) вытекает выражение для дифференциальных коэффициентов усиления
(62) 
(63)Соотношения (59), (62), а также (60), (63) достаточны для решения задачи минимизации коэффициента передачи синфазного сигнала при физически осуществимых ограничениях на дифференциальный коэффициент усиления как для симметричного, так и для несимметричного выходов.
Рассмотрим вариант построения дифференциального каскада без дополнительных местных обратных связей, когда
(64)В этом случае
, (65) 
, (66) 
, (67) 
, (68)где
.Учитывая полную симметричность выражений (65), (66) и (67), (68), связанную с индексами локальных передач базисных структур и элементов связи между ними, дальнейший анализ вариантов решения задачи можно рассматривать только для дифференциального каскада с одним выходом. Так, из (65) и (67) следует, что минимизация
и максимизация 
возможны при 
( 
), поэтому 
, (69) 
. (70)Для выполнения параметрического условия
(71)задача имеет однозначное решение
, (72)а при
осуществляется также и максимизация 
(73)Таким образом, наличие связи выхода 2 каскада с инвертирующим входом 1 каскада (
) обеспечивают минимизацию коэффициента ослабления синфазного сигнала на его выходе. Указанная функциональная связь эквивалентна связи ( 
) выхода повторителя первого каскада с неинвертирующим входом второго каскада. 
Рис. 18. Классический дифференциальный каскад.
Действительно,
(74)с учетом соотношений (49) и (71)
. (75)Условие (75) хорошо известно. Например, при использовании одного источника тока (
) в общей цепи эмиттера (истока) 1 и 2 транзисторов следует