8.4. Умножители частоты на дифференциальных каскадах
Дифференциальные каскады более просто реализуемы технологически, однако их применение целесообразно при симметричном выходе устройства и при работе на достаточно высокомноую нагрузку.
При выборе АЭ как входной, так и выходной согласующих цепей транзисторы должны иметь большой запас по частоте в 5 - 10 раз. В этом случае инерционность транзисторов практически не проявляется, что обеспечивает как большое усиление в заданном диапазоне рабочих частот, так и малый уровень побочных гармоник на выходе устройства.
При выполнении умножителя частоты входную согласующую цепь необходимо выполнить в виде усилительного каскада с малым выходных сопротивлением, чтобы обеспечить больший коэффициент передачи для частоты 2ω. Этому требованию удовлетворяет каскад с общим коллектором при использовании биполярных транзисторов или каскад с общим стоком при использовании полевых транзисторов. Выходную согласующую цепь необходимо выполнить на основе дифференциального каскада, имеющего два противофазных входа, или операционного усилителя, которые реализуются в интегральном исполнении по субмикронной технологии и обеспечивают усиление сигнала с частотой 2 ω, согласование с внешней нагрузкой и подавление составляющей частоты ω с заданными требованиями.
При реализации ячейки удвоителя частоты на полевых транзисторах сигнал частоты 2ω снимается непосредственно с общей нагрузки двух транзисторов, что обеспечивает простоту и технологичность устройства. Однако для уменьшения влияния внешней нагрузки на работу ячейки УЧ на ее выходе необходимо поставить буферный каскад.
Вариант базовой принципиальной схемы двухтактного транзисторного УЧ, выполненного на полевых транзисторах по схеме с общим затвором, обеспечивающего более низкий уровень побочных гармоник и работу на более высоких частотах, приведен на рис. 8.3.
Рис. 8.3. Вариант базовой принципиальной схемы двухтактного
ранзисторного УЧ
В это схеме заземление затворов VT1 и VT2 обеспечивается конденсаторами С1 и С5.
В полной принципиальной схеме входную согласующую целесообразно реализовать на дифференциальных каскадах с динамической нагрузкой. Выходную согласующую цепь необходимо реализовать по схеме с общим стоком, работающем в линейном режиме, что обеспечивает низкий уровень побочных колебаний в этой цепи.
Заключение
Разработка новых ИС невозможно без основ знания и понимания принципов работы основных устройств РЭУ. Переход в область миниатюризации, сопровождаемый повышением степени интеграции в область нанотехнологичиского базиса, создает определенные трудности на пути разработчиков и проектировщиков. Это заставляет прибегать к освоению новых схемотехнических основ электроники, что невозможно без надлежащей оснащенности современными средствами САПР. Конечно, в столь сжатом описании охватить все детали процесса проектирования невозможно. Но важным моментам, составляющих основы всей электроники, было уделено отдельное внимание:
знание основ теории автоматизированного проектирования, моделирования и характеризации УБИС топологическими нормами до 90 нм, методологии и маршруты проектирования цифровых, аналоговых схем и устройств смешанного сигнала (проектирование аналоговых УБИС с топологическими нормами до 90 нм.
умение использовать современные программные средства Cadence для моделирования аналоговых и устройств смешанного сигнала, и статистического анализа СБИС с топологическими нормами до 90нм.
Представленный к обучению материал содержит необходимый минимум теоретической информации, достаточный для понимания основных принципов проектирования и разработки технических устройств интегральной схемотехники. В результате пройденного курса слушатели приобрели профессиональные компетенции знания маршрута проектирования базовых технологических библиотек компонентов с топологическими нормами до 90 нм для САПР компании Cadence, знания и умения контроля особенностей маршрута проектирования полузаказных и заказных СБИС по технологическим нормам 90нм на всех этапах маршрута проектирования, а также владение методами физической характеризации и верификации УБИС с топологическими нормами 90 нм.