Применение биополярного БМК для аналоговых ИС

О. Дворников, В. Чеховский, Д. Драчев

Применение биополярного БМК для аналоговых ИС Часть 3. Быстродействующий компаратор напряжения

    Специализированный биполярный БМК создан в Национальном научно-учебном центре физики частиц и высоких энергий (НЦФЧВЭ, г. Минск) для проектирования широкого класса аналоговых ИС [13]. В настоящей статье рассматривается проектирование на БМК быстродействующего компаратора напряжения.

    Компараторы напряжения являются одним из наиболее распространенных аналоговых блоков. Они не только обеспечивают связь аналоговых и цифровых схем, но и позволяют реализовать ряд необходимых в ра-диоэлектронной аппаратуре (РЭА) функций. Схемотехника компараторов напряжения очень близка к операционным усилителям, однако специфические требования к компараторам работа без элементов отрицательной обратной связи в ключевом режиме, необходимость получения малых задержек и длительностей фронтов выходного сигнала придают проектированию компараторов некоторые особенно-сти [4,5]. Разработанный БМК имеет высокочастотные n-p-n транзисторы с граничной частотой усиления более 3 ГГц, поэтому особый интерес представляет проектирование быстродействующего компаратора, в полной мере использующего возможности элементной базы.

Рис. 1. Схема электрическая принципиальная компаратора напряжения на БМК

    Компаратор построен на ячейках Джильберта (GCхх) (рис. 1), представляющих собой два n-p-n транзистора с объединенными коллекторами. В неиспользуемых транзисторах выводы закорочены [1]. Все резисторы выбраны из ряда, доступного для проектирования на БМК, их значения приведены в табл. 1.
Таблица 1. Величина резисторов комаратора напряжения R5, R6 R2, R4, R9, R10, R11 R16, R17, R19 R7 R8, R15 R1, R14 R18 R3, R12, R13 R20 2,2 кОм 5 кОм 2,75 кОм 15 кОм 1,65 кОм 10 кОм 1,1 кОм 3,3 кОм 275 Ом

    Компаратор содержит два дифференциальных каскада с резистивной нагрузкой (GC6, GC7 и GC14, GC15) и выходной дифференциальный каскад с "открытым" коллектором (GC20-21 и GC22-23). Для подавления эффекта Миллера в двух первых каскадах используется каскодное включение транзисторов. Транзисторы GC4, GC5, GC12 и GC13 включены по схеме с общей базой, причем их базовый потенциал определяет внутренний источник опорного напряжения (GC9-GC11, R9-R11). Для обеспечения необходимого сдвига постоянного уровня между каскадами включены эмиттерные повторители (GC1, GC17) и стабилитроны, выполненные на обратносмещенных эмиттерных переходах ячеек GC2 и GC18. Рабочий режим по постоянному току транзисторов первых двух каскадов компаратора задается токовым зеркалом (GC3, GC8, GC11 и GC16). С его помощью (GC19, GC24-25) производится установка тока выходного каскада. Для увеличения нагрузочной способности транзисторы выходного дифференциального каскада и его генератора стабильного тока сформированы каждый из 2 параллельно соединенных ячеек Джильберта.

Рис. 2. Форма выходного сигнала компаратора Vout1 при сопротивлении нагрузки:
"2" - 100 Ом, "3" - 200 Ом, "4" - 500 Ом, "5" - 1 кОм.
На вход INP1 подан нарастающий от -25 до 25 мВ импульс напряжения с длительностью переднего и заднего фронта 0,1 нс - кривая 1 (VINP2 = 0 B)

Рис. 3. Зависимость задержек распространения при переключении из высокого уровня в низкий - tD10, из низкого уровня в высокий - tD001 и соответствующих длительностей фронтов выходного сигнала tF10 и tF01 от величины превышения порога V = V(inp1) - V(inp2). Сопротивление нагрузки компаратора - 200 Ом

    Результаты моделирования выходных сигналов, полученные с использованием Pspice параметров, приведенных в [1], показаны на рис. 24 и в табл. 2: на рис. 2 приведена форма выходного сигнала компаратора; на рис. 3 приведена зависимость задержки распространения и длительности фронта выходного сигнала при переключении из высокого уровня в низкий и наоборот; рис. 4 иллюстрирует максимально допустимую частоту входных импульсов напряжения.

Рис. 4. Форма выходного сигнала компаратора V(out1) при сопротивлении нагрузки 200 Ом. На вход INP1 подан нарастающий от -25 до 25 мВ импульс напряжения длительностью 3 нс с периодом 6нс (V(inp2) = 0 В)

    Предлагаемый компаратор имеет параметры, близкие к одному из лучших зарубежных аналогов MVL 407 фирмы LeCroy [6]. Малый ток потребления, открытый коллектор в выходном каскаде и возможность регулировки выходного тока предоставляют широкие возможности для использования разработанного компаратора в многоканальных полузаказных ИС.
Таблица 2. Основные параметры быстродействующего компаратора Наименование параметра Обозначение Величина Входной ток смещения, мкА Ib < 6 Ток потребления от положительного источника питания, мА Icc < 7* Ток потребления от отрицательного источника питания, мА Iee < 8* Задержка распространения на 200-Ом нагрузке при Vinp1 - Vinp2 = 100 мВ, 01/10, нс ¿d 4,12/4,68 Длительность фронта на 200-Ом нагрузке при Vinp1 - Vinp2 = 100 мВ, 01/10, нс ¿1 2,22/1,41 Минимально возможная длительность между входными импульсами, нс ¿ 3

*) При отключенном выходном каскаде

Литература Дворников О.В., Чеховский В.А. Аналоговый биполярный БМК с расширенными функциональными возможностями // Chip News. 1999. ╧ 2. С. 2124. Дворников О.В., Чеховский В.А. Применение биполярного БМК для проектирования аналоговых ИС. Часть 1. Микромощные малошумящие зарядочувствительные усилители // Chip News. 1999. ╧ 5. С. 1720. Дворников О.В., Чеховский В.А. Применение биполярного БМК для проектирования аналоговых ИС. Часть 2. Быстродействующий зарядочувствительный усилитель-формирователь // Chip News. 1999. ╧ 6. С. 1215. Алексеев В.Ф., Дворников О.В., Чеховский В.А., Солин А.В. Схемотехника монолитных компараторов напряжения. БГУИР. Мн.: Деп. в БелИСА, 26.02.98. N Д199815. 1998. 32 с. Алексеев В.Ф., Дворников О.В., Чеховский В.А., Солин А.В. Монолитные дискриминаторы быстрых сигналов. БГУИР. Мн.: Деп. в БелИСА, 26.02.98. N Д199817. 1998. 17 с. Research Instrumentation Catalog. LeCroy Corporation Research Systems Division, 1996.

Национальный научно-учебный центр
физики частиц и высоких энергий при БГУ, Минск
Тел. (017) 231-4679
E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2018 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.