СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №6/2015

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 36 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2015 (см. рис. 4) это не сделано, поэтому для минимизации её шума источни- ки тока на M 2 , M 5 на рисунке 5 заме- нены внешними резисторами. При таком включении уровень шума уси- лителя определяется, главным обра- зом, входным транзистором. 4. Усилитель, показанный на рисун- ке 6, является модернизацией схе- мы (см. рис. 3), оптимизированной для её применения в качестве ЗЧУ: источник тока на J 6 (см. рис. 3) заме- нён каскодным источником J 6 , J 7 , вме- сто резистора R применена активная нагрузка J 4 , J 5 . Все p-ПТП, за исключе- нием J 4 , J 11 , имеют L = 1,2 мкм. Тран- зисторы J 4 , J 11 являются источниками стабильного тока, выходное сопро- тивление которых повышено за счёт увеличенной до 4,8 мкм длины затво- ра. Соединение затвора J 5 с истоком J 8 приводит к тому, что активная нагруз- ка J 4 , J 5 охвачена следящей ОС, зна- чительно увеличивающей малосиг- нальное сопротивление активной нагрузки. Диодное соединение J 4 обе- спечивает стабильный ток в «голов- ном» транзисторе J 1 и постоянное напряжение затвор-исток J 5 , а диод- ное соединение J 6 является источ- ником стабильного тока для второ- го каскада. Каскодный транзистор J 7 значительно увеличивает малосиг- нальное сопротивление нагрузки в истоковой цепи J 8 для увеличения эффективности следящейОС. Источ- ник тока на J 11 может быть соединён параллельно источнику тока на J 4 для удвоения тока во входной цепи усилителя. 5. Чаще всего ПТП обладают боль- шим технологическим разбросом параметров (напряжения отсечки, максимального тока стока), поэто- му использование источников тока в виде диодного включения ПТП при- водит к разбросу тока стока «головно- го» транзистора и разбросу параме- тров ЗЧУ в целом. В схемах, показан- ных на рисунках 7 и 8, предусмотрена установка тока стока «головного» транзистора с помощью источника I REF (в простейшем случае, резисто- ра и источника напряжения), соеди- нённого с входом каскодного отра- жателя тока на n-МОП-транзисторах. Сдвиг уровня постоянного напряже- ния осуществляется диодным вклю- чениемМОП-транзисторов. Назначе- ние остальных элементов на рисун- ках 7 и 8 рассмотрено ранее. Криогенные малошумящие усили- тели на основе p-ПТП, показанные на рисунках 3–8, были созданы в послед- нее время благодаря появлениютехно- логического маршрута DMILL, обеспе- чивающего формирование на одной полупроводниковой подложке коротко- канальных p-ПТП (L = 1,2 мкм) и МОП- транзисторов. Низкотемпературные ЗЧУ на длинноканальных n-ПТП (L > 5 мкм) были спроектированы и исследованы ранее. Основные схемные решения ЗЧУ на n-ПТПприведенына рисунках 9–16. Схема ЗЧУ типа IPA3 (см. рис. 9) для датчиков с ёмкостьюот 100 до 1000 пФ за исключением буферного каскада идентична схеме на рисунке 6 при заме- не p-ПТПна n-ПТП. Различные модифи- кации IPA3 заключаются в отдельных или объединённых выводах затворов J 2 и J 6 , отдельном выводе стока J 8 или его соединении с шиной положительного питания, небольшом отличии шири- ны затворов транзисторов при сохра- нении одинаковых параметров «голов- ного» ПТП J 1 , для которого C INP ≈ 60 пФ приW/L = 11400/5 мкм [3–5]. Отдельный вывод стока J 8 используется для сумми- рования выходных токовых сигналов нескольких ЗЧУ. При соединении сто- ка J 8 с шиной положительного питания в усилителе реализуется рассмотрен- ный ранее буферный каскад со схемой сдвига постоянного уровня напряжения (см. рис.10). Несмотря на простоту схе- мотехнического решения, коэффици- ент усиления напряжения IPA3 в режи- ме холостого хода превышает 85 дБ [3]. Усилитель IPA4 (см. рис. 11) предна- значен для обработки сигналов датчи- ков с ёмкостью от 10 до 100 пФ и отли- чается от IPA3, прежде всего, меньшими размерами «головного» транзистора J 1 (W/L = 1820/5 мкм) и расширенными возможностями подключения J 3 . Источ- ник тока на диодном включении транзи- стора J 3 обеспечивает ток через «голов- ной» транзистор на уровне 600 мкА для уменьшения рассеиваемой мощности усилителя типа «А». При необходимо- сти увеличения тока стока J 1 рекомен- дуется подключение внешнего рези- стора R BL . Ток стока J 3 определяет ско- рость перезарядки суммарной ёмкости в высокоимпедансном узле A и, следова- тельно, скорость нарастания выходного напряжения. Если необходимо повысить быстродействие, рекомендуется приме- нить ЗЧУ типа «B» с током перезарядки, Рис. 9. Упрощённая схема криогенного ЗЧУ типа IPA3 (C INP = 60 пФ) для датчиков с ёмкостью от 100 до 1000 пФ [3–5] Рис. 10. Типовая схема включения ЗЧУ по схеме (см. рис. 9) Рис. 11. Упрощённая схема криогенного ЗЧУ типа IPA4 (C INP = 10 пФ) для датчиков с ёмкостью от 10 до 100 пФ [6] © СТА-ПРЕСС