Цепи взаимной компенсации влияния проходных емкостей КМОП-транзисторов

Для расширения диапазона рабочих частот дифференциальных каскадов на полевых транзисторах необходимо уменьшать влияние проходных емкостей активных элементов, обеспечивающих основное усиление сигнала. В структуре симметричного каскада к таким транзисторам относятся элементы с высокоимпедансными нагрузками (VТ4, VТ8 и VТ3, VТ7). Решение этой задачи предложено в [16] и связанно с введением дополнительной компенсирующей обратной связи с положительным возвратным отношениям, охватывающей инвертирующий вход активного элемента с его неинвертирующим входом через усилитель тока. В этом случае передаточная функция каскада будет описываться следующим соотношением.

.

где K0 — коэффициент передачи каскада в области низких частот, Cппроходная емкость указанного выше транзистора, — постоянная времени каскада, обуславливается другими паразитными емкостями схемы, Кп — коэффициент передачи по току вводимого усилителя тока.

Как видно из приведенного соотношения, при Кп >1 в схеме наблюдается взаимная компенсация влияния различных паразитных емкостей на эквивалентную постоянную времени и, следовательно, диапазон рабочих частот. С точки зрения физических процессов и способов организации компенсирующих контуров обратной связи рассматриваемый случай является единственным, имеющим прямую аналогию с биполярными транзисторами. Однако в структуре симметричного дифференциального каскада его применение связанно с учетом ряда специфических особенностей. Во-первых, если ведущим выбрать транзистор каскодной динамической нагрузки, то для реализации Кп >1 потребуется или применение транзисторов с высокой (практически нереализуемой) крутизной преобразования или больших компонентных затрат. Во-вторых, использование цепей согласования режимов изменяет фазовые соотношения соседних плеч и уменьшает достигаемый уровень компенсации. Наконец, применение основных транзисторов в качестве ведущих, требует по тем же причинам разделения их истоковых цепей относительно высокоомным резистором. Последний вариант решения задачи является более предпочтительным в силу увеличения граничного напряжения каскада, увеличения его скорости нарастания и создания условий для реализации на базе симметричных каскадов мультидифференциальных парафазных ОУ.

Указанный вариант и положен в основу высокочастотного симметричного дифференциального каскада (рис. 3).

Рис. 3 Симметричный дифференциальный каскад с цепями взаимной компенсации проходных емкостей транзисторов

Численные значения указанных коэффициентов могут учитывать влияние на диапазон рабочих частот любых характерных для технологии паразитных емкостей. В качестве примера на рис. 4 приведена амплитудно-частотная характеристика рассматриваемого каскада для параметрического случая цепей взаимной компенсации, обеспечивающих небольшое перерегулирование. Этот случай характеризуется максимальным расширением диапазона рабочих частот каскада при заданном общей структурой порядке передаточной функции.

Рис. 4 АЧХ каскада рис. 3 с перерегулированием цепью взаимной компенсации