6.2.1. Зависимость потенциала общего истока дифкаскада от сигнала

Пусть на вход дифференциального ОИТУН подается НЕсимметричный малый входной сигнал .

Запишем выражения для токов во входных транзисторах дифкаскада:

и (6.4)

Имеем очевидное соотношение: . (6.5)

Подставляем сюда из (6.4) выражения для и, и после алгебраических преобразований получаем:(6.6)

Пусть на вход дифференциального ОИТУН подается симметричный малый входной сигнал. При этом для токов во входных транзисторах дифкаскада: и(6.7)

Подставляем (6.7)в (6.4) и получаем (6.8)

Итак, при малом симметричном входном сигнале, т.е. при условии , можно пренебречь изменением потенциала общего истока дифкаскада. Другими словами, вполне корректно потенциал общего истока дифкаскада можно признатьпостоянным, не вызывающим перезарядки паразитной емкости в узле общего истока. Но формально постоянный потенциал узла В означает, что этот узел присоединен к источнику постоянного напряжения , и обе симметричные половины полностью дифференциального ОИТУН необходимо рассматривать каксамостоятельные подсхемы, никаким образом не влияющие друг на друга по трактам дифференциального сигнала (как показано ниже, они связаны лишь общей схемой синфазной обратной связи). Как следствие, каждая из половин по сравнению с несимметричным ОИТУН эффективно имеет вдвое меньшее количество узлов и, соответственно, вдвое меньшее количество неосновных полюсов. Последнее означает практически вдвое более высокую частоту эффективного неосновного полюса и больший запас фазы.

Среди узлов в дифференциальном по входу, но НЕсимметричном по выходу ОИТУНе особо выделяют токовое зеркало, всегда присутствующее в тракте дифференциального сигнала. В нем к выходу диода всегда подключена паразитная емкость двух затворов, и сопутствующий неосновной полюс всегда имеет как минимум в 2 раза меньшую собственную частоту в сравнении с остальными.

В полностью дифференциальных ОИТУН подобное токовое зеркало на пути дифференциального сигнала отсутствует, и, в результате увеличения запаса фазы, они могут иметь практически в 2 раза более высокую частоту единичного усиления.

6.3. Принципиальные недостатки полностью дифференциальных схем

Из принципиальных недостатков отмечают:

(1) Удвоение количества компонентов в схеме обработки сигнала (см рис. 6.1). Если номиналы компонентов на рис. 6.1b – такие же, как в соответствующей НЕсимметричной схеме на Рис. 6.1а, то площадь схемы увеличится практически в 2 раза. Ситуация, однако, облегчается тем, что в симметричной схеме при одинаковом с НЕсимметричным вариантом требуемым уровнем шума номиналы всех конденсаторов (и переключаемых, и интегрирующих) можно делать в 2 раза меньше, поскольку при этом шум переключаемого конденсатора (ПК) уменьшается как раз в раз. Площадь при этом, разумеется, увеличивается, но не более чем на 20 … 30% из-за увеличения вдвое количества компонентов и соединительных проводников, требующих некоторого расстояния между собой и определенного порядка расположения относительно друг друга.

(2) Необходимость введения в состав симметричного ОИТУН специальной схемы синфазной обратной связи (СОС). Речь идет о потенциалах на обоих симметричных выходах, которые, очевидно, должны быть симметричны друг другу относительно аналоговой «земли», т.е. половины питания, а при отсутствии дифференциального сигнала на входе потенциалы на обоих выходах должны быть равны половине питания (разумеется, с точностью, определяемой смещением нуля).

Вообще говоря, схема СОС является схемой автоматического регулировании, и ее проектирование является нетривиальной задачей, поскольку она должна отвечать следующим условиям:

– обеспечивать синфазную обратную связь с требуемой точностью во всем диапазоне выходного сигнала;

– иметь быстродействие, т.е. частоту единичного усиления в режиме малого сигнала и скорость изменения выходного напряжения в режиме большого сигнала во многих случаях не худшие, чем для дифференциального сигнала;

– обеспечивать минимальную дополнительную емкостную нагрузку на выходные узлы.