Научная статья на тему 'Быстродействующий аттенюатор для входных цепей аналого-цифровых интерфейсов'

Быстродействующий аттенюатор для входных цепей аналого-цифровых интерфейсов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
254
49
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АТТЕНЮАТОР / РЕЗИСТИВНЫЙ ДЕЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ / ПАРАЗИТНАЯ ЕМКОСТЬ НАГРУЗКИ / КОРРЕКТИРУЮЩИЙ КОНДЕНСАТОР / БЫСТРОДЕЙСТВИЕ / ИМПУЛЬСНЫЙ СИГНАЛ БОЛЬШОЙ АМПЛИТУДЫ / ЭФФЕКТ КОМПЕНСАЦИИ / ВЕРХНЯЯ ГРАНИЧНАЯ ЧАСТОТА / ШИРОКОПОЛОСНОСТЬ / АНАЛОГОВО-ЦИФРОВЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ / ATTENUATOR / A RESISTIVE VOLTAGE DIVIDER / THE PARASITIC CAPACITANCE LOAD CORRECTION CAPACITOR / SPEED / LARGE-AMPLITUDE PULSE SIGNAL / THE COMPENSATION EFFECT / THE UPPER FREQUENCY LIMIT / BROADBAND / ANALOG-TO-DIGITAL INTERFACES

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Прокопенко Николай Николаевич, Суворов Вячеслав Вячеславович

В данной статье рассматриваются перспективные варианты построения резистивных делителей напряжения (аттенюаторов), обеспечивающих уменьшение в заданное число раз входного напряжения в широком диапазоне рабочих частот. Для устранения частотной погрешности АТ в паразитной емкости нагрузки предлагается модифицированная схема аттенюатора со специальной частотной коррекцией, которая позволяет на один-два порядка расширить диапазон рабочих частот АТ и повысить его быстродействие. Приводятся результаты компьютерного моделирования

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Прокопенко Николай Николаевич, Суворов Вячеслав Вячеславович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Attenuator for high-speed input circuit analog-digital interfaces

This article addresses options for building advanced of resistive voltage dividers (attenuator), providing a reduction in a given number of once input voltage in a wide range of operating frequencies. To correct the frequency error in the AT parasitic capacitance the load is proposed modified scheme with the special frequency attenuator correction, which allows for one to two orders extend the range of working frequencies the AT and increase performance. Results of computer modeling.

Текст научной работы на тему «Быстродействующий аттенюатор для входных цепей аналого-цифровых интерфейсов»

Быстродействующий аттенюатор для входных цепей аналого-цифровых интерфейсов

Н.Н. Прокопенко, В.В. Суворов, И.В. Пахомов

В устройствах информационно-измерительной техники, связи, автоматики и радиотехники широкое применение находят резистивные делители напряжения - аттенюаторы (АТ) (рис. 1а), обеспечивающие деление (ослабление) входного напряжения (ивх). С повышением частоты ивх в таких АТ возникают существенные погрешности передачи сигнала, обусловленные влиянием паразитного конденсатора цепи нагрузки С0. Снижение этих погрешностей - одна из проблем современной информационно-измерительной техники, которая решается сегодня как за счет схемотехники АТ, так и за счет конструктивных особенностей входных цепей (например, специальных «щупов» СВЧ-вольтметров, осциллографов, антенных систем радиоприемников и т.п.). В СВЧ устройствах [1, 2, 3], параллельных аналого-цифровых преобразователях [4, 5], управляемых активных фильтрах [6,7,8], именно аттенюаторы и входные делители напряжения определяют предельный диапазон частот.

Кроме этого, при импульсном изменении входного напряжения, например, на 2 В, время установления переходного процесса в АТ рис. 1а недопустимо велико, что ограничивает быстродействие аналоговых и аналого-цифровых интерфейсов на его основе [9,10].

а)

б)

Рис. 1. Схемы классического а) и предлагаемого б) аттенюаторов

Рассматриваемое схемотехническое решение аттенюатора рис. 1 б относится к подклассу АТ - устройств, в которых входное сопротивление (Явх) с увеличением частоты не уменьшается до нуля, а принимает значение, определяемое входным резистором Я1, а также емкостью коллектор-база входных транзисторов УТ1, УТ2 (Скб=0,2^0,3 пФ для БЮе транзисторов). Данное ограничение весьма существенно для многих применений АТ в электро-радиотехнических устройствах и системах связи, где уменьшение на высоких частотах Явх недопустимо.

Можно показать, что коэффициент передачи по напряжению аттенюатора рис. 1б не уменьшается с повышением частоты, если

С1+С2=С3=С0. (1)

Это обусловлено эффектом компенсации корректирующими конденсаторами С1=С2 влияния емкости паразитного конденсатора С0=С3 цепи нагрузки на амплитудно-частотную характеристику АТ.

При работе с импульсными сигналами также должно выполняться условие (1). За счет применения разнотипных транзисторов VT1 (р-п-р) и VT2 ( п-р-п) обеспечивается повышение быстродействия при импульсных входных напряжениях разных полярностей.

На рис. 3 представлена схема аттенюатора в среде компьютерного моделирования РБріее на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар» при конденсаторе цепи нагрузки С0=2 пф и Я1=10 кОм, Я2=10 кОм.

Рис. 2. Схема предлагаемого аттенюатора в среде компьютерного моделирования РБрюе

На рис. 3 показана зависимость коэффициента передачи по

напряжению АТ от частоты при линейном масштабе по оси «У». Из данного графика следует, что верхняя граничная частота АТ рис. 2 улучшается более чем в 400 раз.

Рис. 3. Частотная зависимость коэффициента передачи по напряжению АТ при разных значениях емкости корректирующих конденсаторов

С1 С2 Ссот

На рис. 4 а, б приведена зависимость выходного напряжения АТ от времени при разных значениях емкости корректирующих конденсаторов С1=С2=Ссот=С уаг для положительного импульса входного напряжения с амплитудой ивх=100 мВ. Из данных графиков следует, что время установления переходного процесса в схеме рис. 2 улучшается более чем в 200 раз.

а)

Время, НС

б)

Рис. 4. Временная зависимость выходного напряжения АТ при разных значениях емкости корректирующих конденсаторов для положительного импульса входного напряжения в мелком а) и в увеличенном б) масштабах

На рис. 5 а, б приведена зависимость выходного напряжения АТ рис. 2 от времени при разных значениях емкости корректирующего конденсатора С1=С2=ССОт=Суаг для отрицательного входного импульса ивх=-100 мВ.

Увых, мВ Увых, мВ

Время, не

а)

Время, не

Рис. 5. Временная зависимость выходного напряжения АТ при разных значениях емкости корректирующих конденсаторов для отрицательного входного импульса в мелком а) и в увеличенном б) масштабах

Выводы

Полученные результаты компьютерного моделирования позволяют сделать следующие выводы:

1. Для выбранных транзисторов верхняя граничная частота коэффициента передачи предлагаемого аттенюатора увеличивается более чем в 400 раз.

2. Максимальная скорость нарастания выходного напряжения схемы АТ рис. 2 для импульсных сигналов большой амплитуды возрастает более чем в 200 раз.

3. Входное сопротивление предлагаемого АТ не уменьшается в широком диапазоне частот и для выбранных параметров схемы удовлетворяет условию Rbx>R1=10 кОм.

Таким образом, рассмотренный аттенюатор характеризуется существенными преимуществами по быстродействию и широкополосности, что позволяет рекомендовать его для входных цепей быстродействующих аналоговых и аналогово-цифровых интерфейсов различного назначения.

Литература:

1. Пустовалов А.И. Двухканальное приемное устройство СВЧ диапазона

[Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2010 г, №3. - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n2y2010/195 (доступ

свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.

2. David Rodney White, Keith Jones; High accuracy four-terminal standard resistor for use in electrical metrology: patent USA №5.867.018, Industrial Research Limited, Inc. Filing: Nov 18, 1996, Issue: Feb 2, 1999

3. Masao Arimoto; Attenuator having phase between input and output signals independent of attenuation: patent USA №5.363.070, Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha: Inc. Filing: Dec 8, 1993, Issue: Nov8, 1994

4. Y.Borokhovych. 4-bit, 16 GS/s ADC with new Parallel Reference Network / Y.Borokhovych, H. Gustat, C.Scheytt // COMCAS 2009 - 2009 IEEE

International Conference on Microwaves, Communications, Antennas and Electronic Systems

5. Серебряков А.И. Метод повышения быстродействия параллельных АЦП / А.И.Серебряков, Е.Б. Борохович // Твердотельная электроника. Сложные функциональные блоки РЭА: Материалы научно-технической конференции. - М.: МНТОРЭС им. А.С.Попова, 2012. - С. 150-155

6. П.С.Будяков, С.С.Белич, Е.А.Семенищев, С.В.Федосеев, Д.В.Медведев,

А.И.Серебряков Управляемые избирательные усилители СВЧ диапазона [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2012 г, №4. - Режим доступа: http: //www.ivdon.ru/magazine/archive/n4p 1y2012/1059 (доступ

свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.

7. Krutchinsky S., Prokopenko N. High- Frequency Sections of Active Filters

of Mixed-Signal SoC Based on Current Amplifiers // SRN Electronics. - Volume 2012 (2012), Article ID 319896, 6 pages, doi:10.5402/2012/319896,

http://www.isrn.com/journals/electronics/2012/319896/

8. Прокопенко Н.Н., Крутчинский С.Г., Будяков П.С. [и др.]. Полосовые фильтры СВЧ- и КВЧ-диапазонов // Известия вузов. Северокавказский регион. Технические науки. - 2012. - №5. - С. 35-39.

9. Prokopenko N. N., Budyakov A. S. Architecture of high-speed operational amplifiers with nonlinear correction // 2st IEEE International Conference on Circuits and Systems for Communication. - Moscau, Russia, June, 2004.

10. Budyakov A., Schmalz K., Scheytt C., Prokopenko N., Ostrovskyy P. Design of Bipolar Differential OpAmps with Unity Gain Bandwidth up to 23 GHz // Proceeding of the 4-th European Conference on Circuits and Systems for Communications - ECCSC’08 / Politehnica University, Bucharest, Romania: July 10-11, 2008. - рр.50-53

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.