×
10.12.2014
216.013.0eb3

Результат интеллектуальной деятельности: ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ АТТЕНЮАТОР С РАСШИРЕННЫМ ДИАПАЗОНОМ РАБОЧИХ ЧАСТОТ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к устройству дифференциального аттенюатора. Техническим результатом является повышение быстродействия устройства при работе с импульсными противофазными сигналами большой амплитуды. Устройство содержит первый (1) вход, первый (2) выход, первый (3) резистор, второй (4) резистор, общую шину (5), первый (6) конденсатор нагрузки, второй (4) резистор, первый (7) корректирующий конденсатор, второй (8) противофазный вход, второй (9) противофазный выход, третий (10) резистор, четвертый (11) резистор, второй (12) конденсатор нагрузки, второй (13) корректирующий конденсатор. В устройстве его первый (2) выход связан со входом (14) первого (15) дополнительного неинвертирующего усилителя тока через первый (7) корректирующий конденсатор, токовый выход первого (15) дополнительного неинвертирующего усилителя тока соединен с первым (2) выходом устройства, второй (9) противофазный выход устройства связан со входом (16) второго (17) дополнительного неинвертирующего усилителя тока через второй (13) корректирующий конденсатор, токовый выход второго (17) дополнительного неинвертирующего усилителя тока соединен со вторым (9) противофазным выходом устройства. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники, электротехники, радиотехники, связи и может использоваться в структуре различных интерфейсов, радиоизмерительных приборах, быстродействующих аналого-цифровых преобразователях (АЦП) и т.п.

Известно, что дифференциальные структуры имеют ряд преимуществ в сравнении с недифференциальными устройствами обработки сигналов. В этой связи в информационно-измерительной технике, связи, автоматике и радиотехнике находят применение дифференциальные резистивные делители двух противофазных (uвх и ) входных напряжений - аттенюаторы (AT), обеспечивающие заданное деление (ослабление) входных противофазных сигналов (uвх.1, ) [1-4]. В переменных аттенюаторах с повышением частоты uвх.1=uвх.2 возникают существенные погрешности передачи, обусловленные влиянием паразитных конденсаторов С0 дифференциальной цепи нагрузки, которая образуется, например, в параллельных АЦП входными емкостями компараторов. Снижение этих погрешностей - одна из проблем современной информационно-измерительной техники, которая решается сегодня как за счет схемотехники AT, так и за счет конструктивных особенностей входных цепей (например, специальных «щупов» СВЧ-вольтметров, осциллографов, антенных систем радиоприемников и т.п.).

В связи с достаточно широким применением резистивных аттенюаторов в различных областях техники они присутствуют в различных классах МПК (H03H 7/24, A61B, G01R 31/02, H01P 1/22, H03K 5/08, H03L 5/00, G01R 27/00, G05F 3/00, H01H 47/00, H03G 3/20).

Предлагаемое схемотехническое решение относится к подклассу аттенюаторов, в которых коэффициент передачи может изменяться в широких пределах за счет изменения сопротивлений резисторов, образующих его структуру. Такие задачи характерны при проектировании цифроуправляемых аттенюаторов [патенты US 4.837.530, US 4.839.61 1 fig.2, US 7.477.085, EP 2.337.219 fig. 2] и параллельных АЦП [патенты US 8.076.995 fig. 1, 2, 7.394.420 fig.2, 7.253.700 fig. 1, 5.231.399 fig.2, 6.437.724, патентные заявки US 2007/0176664 fig. 5, 2008/0036536 fig. 43, патенты US 5.307.067 fig.3, 7.248.192 fig.5].

Ближайшим прототипом заявляемого устройства является резистивный делитель напряжения (аттенюатор) фиг.1, представленный в патенте US 7.162.375 fig. 1. Он имеет первый 1 вход и первый 2 выход устройства, между которыми включен первый 3 резистор, второй 4 резистор, включенный по переменному току между первым 2 выходом устройства и общей шиной 5, первый 6 конденсатор нагрузки, включенный параллельно второму 4 резистору, первый 7 корректирующий конденсатор, второй 8 противофазный вход и второй 9 противофазный выход, между которыми включен третий 10 резистор, четвертый 11 резистор, включенный по переменному току между вторым 9 противофазным выходом и общей шиной 5, второй 12 конденсатор нагрузки, включенный параллельно четвертому 11 резистору, второй 13 корректирующий конденсатор.

Существенный недостаток аттенюатора-прототипа (фиг.1) состоит в том, что при переменных коэффициентах передачи AT (K01, К02) с повышением частоты входного сигнала его дифференциальный коэффициент передачи существенно уменьшается из-за шунтирующего влияния эквивалентной емкости первого 6 и второго 12 конденсаторов цепи нагрузки. Это объясняется разбалансировкой условий классической частотной коррекции AT, которая сводится к строгому обеспечению равенств C7R3=C6R4, C13R10=C12R11, где Cij, Rkm - соответствующие емкости и сопротивления резисторов схемы фиг.1.

На практике изменение K01, K02 осуществляется использованием, например, вместо резисторов 4 и 11 управляемых по затвору идентичных полевых транзисторов или других цифроуправляемых импедансов.

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в расширении диапазона рабочих частот устройства и повышении его быстродействия при работе с импульсными противофазными сигналами большой амплитуды. Причем достижение данных качественных показателей обеспечивается в широком диапазоне изменения коэффициентов передачи секций AT (K0), которые определяются отношениями сопротивлений резисторов К01=R4/(R4+R3), К02=R11/(R11+R10).

Поставленная задача достигается тем, что в аттенюаторе фиг.1, содержащем первый 1 вход и первый 2 выход устройства, между которыми включен первый 3 резистор, второй 4 резистор, включенный по переменному току между первым 2 выходом устройства и общей шиной 5, первый 6 конденсатор нагрузки, включенный параллельно второму 4 резистору, первый 7 корректирующий конденсатор, второй 8 противофазный вход и второй 9 противофазный выход, между которыми включен третий 10 резистор, четвертый 11 резистор, включенный по переменному току между вторым 9 противофазным выходом и общей шиной 5, второй 12 конденсатор нагрузки, включенный параллельно четвертому 11 резистору, второй 13 корректирующий конденсатор, предусмотрены новые элементы и связи - первый 2 выход устройства связан со входом 14 первого 15 дополнительного неинвертирующего усилителя тока через первый 7 корректирующий конденсатор, причем токовый выход первого 15 дополнительного неинвертирующего усилителя тока соединен с первым 2 выходом устройства, а второй 9 противофазный выход устройства связан со входом 16 второго 17 дополнительного неинвертирующего усилителя тока через второй 13 корректирующий конденсатор, причем токовый выход второго 17 дополнительного неинвертирующего усилителя тока соединен со вторым 9 противофазным выходом устройства.

На чертеже фиг.1 приведена схема аттенюатора - прототипа.

На чертеже фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с формулой изобретения.

На чертеже фиг.3 приведена схема аттенюатора фиг.2 в структуре АЦП в среде Cadence на моделях SiGe транзисторов (транзисторы SiGe: npn 200-n; техпроцесса SG25H1, IHP, Ik.max=4 мА. A high-performance 0.25 µm technology with npn-HBTs up to fТ/fmax=180/220 GHz).

На чертеже фиг.4 показана логарифмическая амплитудно-частотная характеристика коэффициента передачи аттенюатора фиг.3.

Дифференциальный аттенюатор с расширенным диапазоном рабочих частот фиг.2 содержит первый 1 вход и первый 2 выход устройства, между которыми включен первый 3 резистор, второй 4 резистор, включенный по переменному току между первым 2 выходом устройства и общей шиной 5, первый 6 конденсатор нагрузки, включенный параллельно второму 4 резистору, первый 7 корректирующий конденсатор, второй 8 противофазный вход и второй 9 противофазный выход, между которыми включен третий 10 резистор, четвертый 11 резистор, включенный по переменному току между вторым 9 противофазным выходом и общей шиной 5, второй 12 конденсатор нагрузки, включенный параллельно четвертому 11 резистору, второй 13 корректирующий конденсатор. Первый 2 выход устройства связан со входом 14 первого 15 дополнительного неинвертирующего усилителя тока через первый 7 корректирующий конденсатор, причем токовый выход первого 15 дополнительного неинвертирующего усилителя тока соединен с первым 2 выходом устройства, а второй 9 противофазный выход устройства связан со входом 16 второго 17 дополнительного неинвертирующего усилителя тока через второй 13 корректирующий конденсатор, причем токовый выход второго 17 дополнительного неинвертирующего усилителя тока соединен со вторым 9 противофазным выходом устройства.

Дополнительные усилители тока 15 и 17 согласованы в частном случае с отрицательным источником питания 18. Выходные сигналы AT (фиг.2) поступают для дальнейшей обработки на разностный усилитель 19.

На чертеже фиг.2, в соответствии с п.2 формулы изобретения, первый 15 и второй 17 дополнительные неинвертирующие усилители тока имеют коэффициенты передачи по току больше единицы, низкое входное и высокое выходное сопротивления, а емкости конденсаторов 6, 12, 7 и 13 удовлетворяют условиям

где Ki15=Ki17 - коэффициенты передачи по току первого 15 и второго 17 дополнительных неинвертирующих усилителей тока.

Рассмотрим работу устройства (фиг.2).

Комплексный коэффициент передачи AT (фиг.2) в комплексной форме для первого 2 выхода определяется уравнением

где R3.4=R3R4/(R3+R4);

K01=R4/(R4+R3);

C6, C7 - емкости конденсаторов 6 и 7;

Ki15 - коэффициент передачи по току дополнительного усилителя тока 15.

Из уравнения (1) можно найти, что при выполнении условия

коэффициент передачи AT (1) не зависит от частоты входного сигнала. Аналогичными свойствами обладает и коэффициент передачи AT для второго 9 выхода.

Таким образом, заявляемая схема AT характеризуется более широким диапазоном рабочих частот, который при выполнении равенства (2) и C7=C13, C6=C12 не зависит от сопротивлений резисторов 4 и 11. Данное свойство AT (фиг.2) позволяет использовать вместо резисторов 4 и 11, например, полевые транзисторы с управляемым по затвору их сопротивлением сток-исток.

Из графиков фиг.4 в частности следует, что диапазон рабочих частот предлагаемого аттенюатора расширяется до 13,6 ГГц, в то время как верхняя граничная частота классического аттенюатора, когда Ck=C7=C13=0 (по уровню - 3дБ), имеет значение 1,9 ГГц.

Моделирование показывает, что при изменении сопротивления резисторов 4 (R4) и 11 (R11) в 10 раз верхняя граничная частота коэффициента передачи заявляемого аттенюатора практически не изменяется.

Выполненный выше анализ, а также результаты компьютерного моделирования показывают, что в схеме фиг.2 решена одна из проблем современной аналоговой микросхемотехники - расширение частотного диапазона и повышение быстродействия дифференциальных аттенюаторов сигналов, являющихся базовым узлом аналоговых и аналого-цифровых преобразователей.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Патент US 5.043.675, fig. 3.

2. Патентная заявка US 2008/0024222.

3. Патент EP 2273677, fig. 4.

4. Патент US 7.162.375, fig. 1.


ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ АТТЕНЮАТОР С РАСШИРЕННЫМ ДИАПАЗОНОМ РАБОЧИХ ЧАСТОТ
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ АТТЕНЮАТОР С РАСШИРЕННЫМ ДИАПАЗОНОМ РАБОЧИХ ЧАСТОТ
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ АТТЕНЮАТОР С РАСШИРЕННЫМ ДИАПАЗОНОМ РАБОЧИХ ЧАСТОТ
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ АТТЕНЮАТОР С РАСШИРЕННЫМ ДИАПАЗОНОМ РАБОЧИХ ЧАСТОТ
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ АТТЕНЮАТОР С РАСШИРЕННЫМ ДИАПАЗОНОМ РАБОЧИХ ЧАСТОТ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 101-110 of 226 items.
27.07.2014
№216.012.e330

Цифро-аналоговый преобразователь

Изобретение относится к области измерительной и вычислительной техники, радиотехники, связи и может использоваться в структуре различных устройств обработки информации, измерительных приборах, системах телекоммуникаций. Техническим результатом является уменьшение времени установления выходного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523950
Дата охранного документа: 27.07.2014
27.07.2014
№216.012.e331

Широкополосный дифференциальный аттенюатор

Изобретение относится к области измерительной техники. Технический результат: расширение диапазона рабочих частот устройства и повышение его быстродействия при работе с импульсными противофазными сигналами большой амплитуды. Для этого предложен широкополосный дифференциальный аттенюатор,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523951
Дата охранного документа: 27.07.2014
27.07.2014
№216.012.e333

Измерительный усилитель с резонансной амплитудно-частотной характеристикой

Изобретение относится к области измерительной техники, радиотехники и связи. Техническим результатом является - увеличение затухания выходного сигнала в диапазоне низких частот при повышенной и достаточно стабильной добротности Q амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) ИУ и большом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523953
Дата охранного документа: 27.07.2014
27.07.2014
№216.012.e33a

Сверхбыстродействующий параллельный аналого-цифровой преобразователь с дифференциальным входом

Изобретение относится к области измерительной и вычислительной техники, радиотехники, связи. Технический результатом является расширение в несколько раз предельного частотного диапазона обрабатываемых сигналов АЦП за счет снижения погрешности передачи входных дифференциальных напряжений ко...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523960
Дата охранного документа: 27.07.2014
27.07.2014
№216.012.e35c

Стиральная машина барабанного типа

Изобретение относится к стиральным машинам барабанного типа с технологией отжима стираемых изделий после стирки. Предложена стиральная машина, включающая бак для моющего раствора, барабан, закрепленный в баке с возможностью вращения, систему подвески бака стиральной машины в корпусе, опоры...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523994
Дата охранного документа: 27.07.2014
10.08.2014
№216.012.e781

Способ определения технического состояния компрессионного бытового холодильного прибора

Изобретение относится к холодильной технике. Способ определения технического состояния бытового компрессионного холодильного прибора заключается в том, что для нормативных условий испытаний перед началом эксплуатации бытового холодильного прибора измеряются одна или несколько характеристик,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525058
Дата охранного документа: 10.08.2014
20.08.2014
№216.012.ea20

Избирательный усилитель с расширенным частотным диапазоном

Изобретение относится к области радиотехники, а конкретно к управляемым избирательным усилителям. Технический результат заключается в расширение частотного диапазона избирательного усилителя. Избирательный усилитель содержит основной операционный усилитель, между выходом и инвертирующим входом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525744
Дата охранного документа: 20.08.2014
20.08.2014
№216.012.ea21

Источник опорного напряжения

Устройство относится к области электротехники и может использоваться при проектировании стабилизаторов напряжения, аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей и других устройств автоматики. Техническим результатом является повышение стабильности выходного напряжения при изменении тока...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525745
Дата охранного документа: 20.08.2014
27.08.2014
№216.012.efc7

Широкополосный усилитель мощности

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является уменьшение уровня нелинейных искажений и шумов различного происхождения в цепи нагрузки ШНУ с неинвертирующим выходным каскадом. Широкополосный усилитель мощности содержит неинвертирующий выходной каскад (1),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002527202
Дата охранного документа: 27.08.2014
20.09.2014
№216.012.f4a4

Сотовая система питьевого водоснабжения

Изобретение относится к системам водоснабжения преимущественно малоэтажных поселений, расположенных в районах без вечномерзлых грунтов. Система состоит из кольцевых водопроводов, проложенных по высоким опорам и замкнутых на циркуляционную насосную станцию с пунктом подогрева. Система разделена...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528461
Дата охранного документа: 20.09.2014
Showing 101-110 of 394 items.
20.04.2014
№216.012.ba8e

Широкополосный каскодный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, широкополосных и избирательных усилителях ВЧ и СВЧ диапазонов). Технический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513486
Дата охранного документа: 20.04.2014
20.04.2014
№216.012.ba91

Мутильдифференциальный операционный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления широкополосных сигналов, в структуре аналоговых интерфейсов, аналого-цифровых преобразователях, RC-фильтрах, инструментальных усилителях и т.п. Технический результат заключается в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513489
Дата охранного документа: 20.04.2014
20.04.2014
№216.012.bb74

Быстродействующий аналого-цифровой преобразователь с дифференциальным входом

Изобретение относится к области измерительной и вычислительной техники, радиотехники и связи. Технический результат заключается в расширении в несколько раз предельного частотного диапазона обрабатываемых входных сигналов АЦП за счет снижения погрешности передачи входных дифференциальных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513716
Дата охранного документа: 20.04.2014
20.04.2014
№216.012.bb75

Логический элемент "2-и" с многозначным внутренним представлением сигналов

Изобретение относится к области вычислительной техники, автоматики и может использоваться в различных системах автоматического управления, передачи информации. Техническим результатом является повышение быстродействия и создание элементной базы вычислительных устройств, работающих на принципах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513717
Дата охранного документа: 20.04.2014
10.05.2014
№216.012.bf90

Rs-триггер с многозначным внутренним представлением сигналов

Изобретение относится к области вычислительной техники, автоматики и может использоваться в различных цифровых структурах и системах автоматического управления, передачи информации. Техническим результатом является повышение быстродействия и создание элементной базы вычислительных устройств,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514789
Дата охранного документа: 10.05.2014
10.05.2014
№216.012.c01d

Источник опорного напряжения

Устройство относится к области электротехники и может использоваться при проектировании стабилизаторов напряжения, аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей и других элементов автоматики. Технический результат заключается в упрощении схемы при высокой температурной стабильности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514930
Дата охранного документа: 10.05.2014
10.05.2014
№216.012.c12c

Трансрезистивный усилитель сигналов лавинных фотодиодов

Изобретение относится к области усилителей оптических сигналов. Техническим результатом является расширение допустимого диапазона изменения сопротивления передачи трансрезистивных усилителей. Трансрезистивный усилитель сигналов лавинных фотодиодов содержит входной каскад (1) с первым (2) и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515201
Дата охранного документа: 10.05.2014
10.05.2014
№216.012.c24c

Устройство адаптивной фильтрации видеосигналов

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в системах анализа и обработки видеосигналов, цифровом телевидении. Техническим результатом является выделение двумерной оценки динамического изображения в условиях недостаточной априорной информации о...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515489
Дата охранного документа: 10.05.2014
10.05.2014
№216.012.c27d

Широкополосный усилитель на основе каскада с общей базой (или с общим эмиттером)

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения, например в высокочастотных усилителях, компараторах, преобразователях сигналов и т.п....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515538
Дата охранного документа: 10.05.2014
10.05.2014
№216.012.c282

Быстродействующий драйвер дифференциальной линии связи

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления и преобразования аналоговых сигналов, в структуре «систем на кристалле» и «систем в корпусе» различного функционального назначения (например, операционных усилителей, работающих на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515543
Дата охранного документа: 10.05.2014
+ добавить свой РИД