СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ БЫСТРОДЕЙСТВИЯ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ «ПЕРЕГНУТОГО» КАСКОДА

19. Korsunskiy V.A. Perspektivy razvitiya voennykh mobil'nykh robototekhnicheskikh kompleksov nazemnogo bazirovaniya v Rossii [Prospects for the development of military mobile robotic complexes of ground-based in Russia]. Moscow: MGTU im. Baumana, 2013, 379 p.

20. Skiba V.A. i dr. Robototekhnicheskie kompleksy voennogo naznacheniya: ucheb. posobie [Robotic complexes for military purposes: studies. stipend]. Balashikha: VA RVSN im. Petra Velikogo, 2021, 168 p.

21. Lopota A.V.Nazemnye robototekhnicheskie kompleksy voennogo i spetsial'nogo naznacheniya [Ground-based robotic complexes for military and special purposes]. St. Petersburg: TSNII robototekhniki i tekhnicheskoy kibernetiki, 2016, 29 p.

22. Lapshov V.S., Noskov V.P., Rubtsov I.V.Opyt sozdaniya avtonomnykh mobil'nykh robototekhnicheskikh kompleksov spetsial'nogo naznacheniya [Experience in creating autonomous mobile robotic-technical complexes for special purposes], Vestnik MGTU im. N.E. Baumana. «Spetsial'naya robototekhnika i mekhatronika» [Bulletin of the Bauman Moscow State Technical University. "Special robotics and mechatronics"], 2011, pp. 7-24.

23. Rubtsov I.V. Voprosy sostoyaniya i perspektivy razvitiya otechestvennoy nazemnoy robototekhniki voennogo i spetsial'nogo naznacheniya [Issues of the state and prospects of development of domestic ground-based robotics for military and special purposesy, Izbrannye Trudy Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii «Perspektivnye sistemy i zadachi upravleniya» [Selected Works of the All-Russian Scientific and Practical Conference "Perspective systems and management tasks"], 2015, Vol. II, pp. 64-70.

Статью рекомендовал к опубликованию д.т.н. профессор Ю.А. Пушкарев.

Пискулин Игорь Викторович - Филиал Военной академии РВСН имени Петра Великого;

e-mail: pikselzte@gmail.com; г. Серпухов, Россия; тел.: 89257250636; преподаватель.

Piskulin Igor Viktorovich - Branch of the Military Academy of the Peter the Great Strategic

Missile Forces; e-mail: pikselzte@gmail.com; Serpukhov, Russia; phone: +79257250636; lecturer.

УДК 621.375.9 DOI 10.18522/2311-3103-2023-2-148-156

Н.Н. Прокопенко, Д.В. Клейменкин, М.А. Сергеенко

СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ БЫСТРОДЕЙСТВИЯ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ «ПЕРЕГНУТОГО»

КАСКОДА*

Предлагаются три схемотехнических приема, обеспечивающих (при одновременном использовании) повышение более чем на два порядка максимальной скорости нарастания выходного напряжения (БК) микроэлектронных операционных усилителей (ОУ) на биполярных транзисторах с классической архитектурой, предназначенных для работы в системах автоматического управления, радиотехники и связи, например, в качестве драйверов сверхбыстродействующих аналого-цифровых преобразователей (ЕУЮАБ150, ЕУЮАБ350, Л09208, Л09691, 1273ПВ14 и др.). Рассматриваемые ОУ содержат каскодный входной каскад с нелинейной коррекцией проходной характеристики и цепью следящей связи, повышающей коэффициент ослабления входных синфазных сигналов и коэффициент подавления помех по шинам питания, а также промежуточный каскад на основе «перегнутого» кас-кода. Применение «перегнутого» каскода позволяет повысить эффективность использования напряжений источников питания, а также увеличить частоту единичного усиления скорректированного ОУ. Однако, такой промежуточный каскад является существенным нелинейным звеном, ограничивающим максимальные выходные токи, перезаряжающие корректирующий конденсатор ОУ. Приводятся результаты компьютерного моделирования двух модификаций ОУ АтрБК1, АтрБК2, отличающихся друг от друга структурой нелинейного параллельного канала, устраняющего динамическую перегрузку «перегнутого»

*

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 22-29-00637). 148

каскода. Актуальность выполненных исследований связана с проблемами импортозамеще-ния в классе быстродействующих ОУ и отсутствием у дизайнеров аналоговых схем новых и перспективных идей повышения SR ОУ, базирующихся на одновременном использовании нелинейных и дифференцирующих цепей коррекции переходного процесса в режиме большого сигнала. Рассмотренные схемотехнические приемы эффективны и при использовании CMOS технологических процессов.

Операционный усилитель; максимальная скорость нарастания выходного напряжения; «перегнутый» каскод; нелинейная коррекция; нелинейные параллельные каналы; дифференцирующие цепи коррекции.

N.N. Prokopenko, D.V. Kleimenkin, M.A. Sergeenko

CIRCUITRY METHODS FOR INCREASING THE SPEED OF OPERATIONAL AMPLIFIERS BASED ON A "FOLDED" CASCODE

Three circuit techniques are proposed that provide (with simultaneous use) an increase by more than two orders of magnitude of the maximum output voltage slew rate (SR) of microelectronic operational amplifiers (op-amps) based on bipolar transistors with a classical architecture, designed to operate in automatic control systems, radio engineering and communications, for example, as drivers for ultra-high-speed analog-to-digital converters (EVIOAS150, EVIOAS350, AD9208, AD9691, 1273PV14, etc.). The considered op-amps contain a cascode input stage with a non-linear correction of the pass-through characteristic and a tracking circuit that increases the attenuation coefficient of the input common-mode signals and the noise suppression coefficient on the power buses, as well as an intermediate stage based on a "folded" cascode. The use of a "folded" cascode makes it possible to increase the efficiency of using power supply voltages, as well as to increase the unity gain frequency of the corrected op-amp. However, such an intermediate stage is an essential non-linear link that limits the maximum output currents that recharge the op-amp correction capacitor. The results of computer simulation of two modifications of the AmpSR1, AmpSR2 op amps, which differ from each other in the structure of a nonlinear parallel channel, which eliminates the dynamic overload of a "folded" cascode, are presented. The relevance of the research performed is related to the problems of import substitution in the class of high-speed op-amps and the lack of new and promising ideas for increasing the SR of the op-amp based on the simultaneous use of non-linear and differentiating transient correction circuits in the large signal mode among analog circuit designers. The considered circuit techniques are also effective when using CMOS technological processes.

Operational amplifier; maximum output voltage slew rate; "folded" cascade; nonlinear correction; nonlinear parallel channels; differentiating correction circuits.

Введение. В системах автоматического управления (САУ) радиотехники и связи различного функционального назначения широко применяются операционные усилители (ОУ), динамические параметры которых в режиме большого сигнала оказывают существенное влияние на параметры САУ [1]. В этой связи методам повышения быстродействия микроэлектронных ОУ всегда уделялось существенное внимание [2-14]. При этом использовались как схемотехнические [2-14], так и технологические [15] приемы.

Цель и новизна настоящей статьи состоит в рассмотрении новых схемотехнических методов повышения быстродействия достаточно распространенного подкласса ОУ, которые используют «перегнутые» каскоды в качестве промежуточного каскада [16, 17]. Такой «перегнутый» каскод является существенным нелинейным звеном в структуре ОУ и оказывает отрицательное влияние на максимальную скорость нарастания выходного напряжения (SR) в режиме большого сигнала.

1. Многоканальный операционный усилитель AmpSR1 с квазилинейным входным каскадом и дифференцирующими цепями коррекции переходного процесса. На рис. 1 приведена схема предлагаемого ОУ AmpSR1 [18], который содержит каскодный входной дифференциальный каскад VT1, VT2, VT3, VT4 с цепью

нелинейной коррекции на транзисторах УГ8, УТ9 [11, 12]. Промежуточный каскад (УТ5,УГ6, ПТ4) обеспечивает эффективное использование напряжений питания ОУ, а также способствует повышению частоты его единичного усиления.

Рис. 1. Быстродействующий ОУ на основе «перегнутого» каскода

AmpSR1

Интегрирующий корректирующий конденсатор Ск формирует амплитудно-частотную характеристику ОУ и заданный запас устойчивости по фазе. В схеме на рис. 1 используются, в частном случае, биполярные транзисторы, хотя данные схемотехнические решения успешно работают и с CMOS транзисторами. Для повышения коэффициента ослабления входного синфазного сигнала в ОУ на рис. 1 используется каскодный дифференциальный усилитель (ДУ) с цепью следящей связи по синфазному сигналу [10, 11, 19], которая реализована на эмиттерном повторителе VT7 и цепи смещения потенциалов VD.

Для получения предельного быстродействия в рассматриваемой схеме ОУ во входной каскад введен дифференцирующий конденсатор Ск1 [18], который форсирует переходные процессы в ОУ при положительном импульсном сигнале на входе Вх.1, соизмеримым с напряжением питания.

Следует отметить, что при отсутствии VT8, VT9, ПТ1, ПТ2 и ПТ3 максимальная скорость нарастания выходного напряжения такого ОУ крайне мала и имеет следующие значения: SR(+)=62,3 В/мкс, а SR(-)=84,2 В/мкс.

В схеме на рис. 2 используется три классических повторителя напряжения ПТ1, ПТ2 и ПТ3 [1], которые обеспечивают передачу во время фронта переходного процесса выходных токов входного ДУ (VT1-VT4, VT8, VT9) в интегрирующую емкость коррекции Ск. При этом промежуточный каскад (VT5, VT6) входит в режим ограничения выходных токов.

Особенность предлагаемого метода построения ОУ заключается в том, что в режиме малого сигнала транзисторы VT8, VT9 могут находиться в выключенном состоянии и практически не влияют на малосигнальную АЧХ схемы [13]. Их основное назначение - форсировать (совместно с ПТ1, ПТ2 и ПТ3) процесс перезаряда интегрирующего конденсатора Ск в режиме большого сигнала, что существенно повышает SR.

в.^-Г Ч-

На рис. 2 приведен статический режим ОУ в среде LTSpice на моделях транзисторов базовых матричных кристаллов MH2XA031_25.01.21 [20] при 27°С, резисторах R1=R2=100 Ом, R3=R4=5 кОм, источниках опорного тока 11=400мкА, 12=100мкА, источнике опорного напряжения V6=3В.

Рис. 2. Статический режим схемы ОУ на рис. 1 в среде LTSpice

На рис. 3 показаны результаты моделирования логарифмической амплитудно-частотной характеристики (ЛАЧХ) ОУ на рис. 2.

Ку.е 5 дБ

(в = 52 2 К1. /

Ку.е .,.,.=82 5 дБ

Ку .,,.=-45/ 1 мкдБ

104 105 106 Частота, Гц

Рис. 3. ЛАЧХ коэффициента усиления ОУ на рис. 2

Передний и зданий фронты переходного процесса в ОУ на рис. 2 при разных значениях емкости дифференцирующего конденсатора Ск1 показаны на рисунках 4 и 5 соответственно.

1т- 500 26нс. \

V . - 2 /В |/С

К"

-1 -Г -495

т - 500 38нс.

ч Т = 500.0041

Vout = 0В

т^т

= 525.36нс;

Vout = 3В

V. -

V т ф •

V ' I:. ... |Ф *

513 519

Время, нс

Рис. 4. Передний фронт переходного процесса в ОУ на Рис. 2 при разных значениях емкости дифференцирующего конденсатора

100

80

60

40

20

10

10

10

0

0

10

4

2

V -- 2.7В

Т - 500 09нс.

V,,»- 0

В

I 0

нс.

501

507

525

531

537

a

x 2

-1 т -

2.495

Г

t - 2 5003мкс; V t - 0 3В '

t - 2 50009.W«; ' V •-2 7В

l-'

- 2 5004мкс; V • - 0 3В

tf-

2.504 Время, мкс

V,n

Vout пр. с К1-0Ф

Vout пр. ск

Vout пр. ск 1-10ПФ

4

3

5 1

0

2.498

2.501

Рис. 5. Задний фронт переходного процесса в ОУ на Рис. 2 при Ск1=0^10 пФ

При отсутствии дифференцирующего конденсатора Ск1 переходным процессам на рис. 4 и 5 соответствуют следующие значения SR: для переднего фронта 115 В/мкс, для заднего фронта SR(")= 6153 В/мкс. Таким образом, при Ск1=0 операционный усилитель имеет существенно отличающиеся значения SR(+) и SR("). Этот эффект объясняется задержкой сигнала в цепи следящей связи из-за влияния паразитной емкости Ср в цепях базы транзисторов УГ3, УГ4 [18].

Введение дифференцирующего конденсатора Ск1=10 пФ обеспечивает повышение предельных значений максимальной скорости нарастания выходного напряжения до уровней: SR(+)= 14117,0 В/мкс, SR(")= 11428,0 В/мкс. Данные значения SR получены при идеальных токовых зеркалах ПТ1, ПТ3 и буферном усилителе БУ. В качестве этих функциональных узлов могут применяться сотни известных схемотехнических решений [1], что позволяет за счет оптимизации схем приблизить практические значения SR к предельным значениям $Ктах«11,5-14,1 тыс. В/мкс.

2. Быстродействующий операционный усилитель AmpSR2 с модифицированным нелинейным параллельным каналом. Отличие схемы ОУ AmpSR2 на рис. 6 состоит в использовании транзисторов УГ8, УГ9 для управления токовыми зеркалами ПТ1 и ПТ2 и передачи больших импульсных токов во время переходного процесса в интегрирующую корректирующую емкость Ск. При этом малосигнальная ЛАЧХ ОУ определяется каскодным входным каскадом УТ1, УГ4 и промежуточным «перегнутым» каскодом УГ5, УТ6.

Рис. 6. Быстродействующий операционный усилитель AmpSR2 с модифицированным нелинейным параллельным каналом

На рис. 7 приведен статический режим ОУ на рис. 6 в среде LTSpice на моделях транзисторов MH2XA031_25.01.21 [20] при 27°С, резисторах R1=R2=100 Ом, R3=R4=5 кОм, источниках опорного тока П=!2=400мкА, конденсаторах С1=4пФ, Ск1=0Ф, Ср=1пФ напряжениях питания V1=V2=±5В.

Рис. 7. Статический режим схемы ОУ рис. 6 в среде LTSpice

На рис. 8 показаны результаты моделирования логарифмической амплитудно-частотной характеристики (ЛАЧХ) схемы ОУ (рис. 6).

^ бе. О

85.5 дБ

(в - 52.2 КГц; / Ку . .-82.5 дБ

Ку . ---457.1 мкдБ

Частота, Гц

Рис. 8. ЛАЧХ коэффициента усиления схемы ОУ на рис. 7

Передний и зданий фронты переходного процесса в ОУ на рис. 7 показаны на рис. 9 и 10 соответственно.

- 500.26нс; \

к"

-1 -Т -495

Т - 500 38нс.

Т - 500 09нс. " V . - 0 3В

ч Т - 500 004нс. Vout - 0В

т - 525 V т 36нс. 3В

V ' - V .

V ' - 1 ---

513 519

Время, нс

Рис. 9. Передний фронт переходного процесса ОУ на рис. 7 при разных значениях емкости дифференцирующего конденсатора Ск1 = 0 + 10 пФ

100

80

I 60

40

20

0

10

10

10

10

10

10

10

10

10

4 1т

5 2

V •- 2.7В

I 0

501

507

525

531

537

. 2 5003,vk<. V .. 0 3В

: 2 50009мк<. V .. 2 7В

I

. 2 5004мк> . V .. 0 3В

ГГ-

V .. .и ,. :

2.504 Время, мкс

Рис. 7 & Задний фронт переходного процесса рис. 7

4

3 -

V

? 1

1 -т -

2.495

2.498

2.50.

Переходным процессам на рис. 9 и 10, полученным при Ск=10 пФ, соответствуют следующие предельные значения SR: SRmax(+)= 14176.0 В/мкс, SRmax(-)=11428,0 В/мкс. При этом дифференцирующий конденсатор уменьшает динамическую асимметрию в переходных процессах, обеспечивая равенство SRmax(+)«SRmax(-).

Заключение. Рассмотрены схемотехнические приемы повышения максимальной скорости нарастания выходного напряжения в классических операционных усилителях на биполярных транзисторах, содержащих в своей структуре «перегнутые» каскоды. Существенное повышение SR обеспечивается за счет использования во входном каскодном дифференциальном усилителе цепи нелинейной коррекции и дифференцирующей цепи коррекции переходного процесса, а также введения параллельного канала на трех токовых зеркалах для передачи больших импульсных токов входного каскада в интегрирующую емкость коррекции.

Предлагаемые схемотехнические приемы повышения SR могут использоваться не только в ОУ на биполярных транзисторах, но и в схемах, реализуемых по CMOS технологиям, в т.ч на широкозонных полупроводниках.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Carter B., Mancini R. Op Amps for Everyone. - 5th ed. - Newnes, 2017. - 484 p.

2. Прокопенко Н.Н., Будяков А.С. Архитектура и схемотехника быстродействующих операционных усилителей: монография. - Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2006. - 231 с.

3. Prokopenko N.N., Dvornikov O.V., Zhuk A.A. High-Speed Operational Amplifier with Differentiating Transient Correction Circuits // 2022 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON), Tomsk, Russian Federation, 2022. - P. 1-4. - DOI: 10.1109/SIBC0N56144.2022.10002969.

4. Johnson Jeffrey David. Slew rate enhancement circuit / US Patent 6831515 (B2), 2004. 1-11.

5. SauerDon R. Rail to rail operational amplifier input stage / US Patent 5414388 (A), 1995. 1-7.

6. Rajesh A. Thakkerv, Mayank Shrivastava, Maryam Shojaei Baghini, Dinesh Kumar Sharma, Ramgopal V. Rao, Mahesh B. Patil. Operational amplifier having improved slew rate / US Patent 8089314 (B2), 2012. 1-11.

7. Steven Obed Smith. Enhanced slew rate in amplifier circuits / US Patent 6456161(B2), 2002. 1-9.

8. FrankMurden, Carl WMoreland. n-bit analog-to-digital converter with n-1 magnitude amplifiers and n comparators / US Patent 5684419 (A), 1997. 1-23.

9. Yasuo Yamada, Kenji Yokoyama. Operational Amplifier / US Patent Appl. 2007069815, Mar. 29, 2007.

10. Рысин В.С., Ткаченко В.А. Операционный усилитель, А. св. СССР 970638, 30.10.1982.

11. Патент № 2282303 Российская Федерация, МПК8 H03F 3/45. Дифференциальный усилитель с нелинейным параллельным каналом: № 2005102144; заявл. 28.01.2005; опубл. 20.08.2006, Бюл. № 23 / Прокопенко Н.Н., Крюков В.В., Сергеенко А.И.; заявитель ЮРГУЭС.

12. Прокопенко Н.Н. Дифференциальный усилитель с повышенным быстродействием // Приборы и техника эксперимента. - 1978. - № 2. - С. 153-154.

13. Анисимов В.И., КапитоновМ.В., Прокопенко Н.Н., Соколов Ю.М. Операционные усилители с непосредственной связью каскадов: монография. - Л.: Энергия, 1979. - 148 с.

14. Полонников Д.Е. Операционные усилители. Принципы построения, теория, схемотехника: монография. - М.: Изд-во «Энергоатомиздат», 1983. - 216 с.

15. Close J. High speed op amps: Performance, process and topologies // IEEE Bipolar/BiCMOS Circuits and Technology Meeting (BCTM), Portland, OR, USA, 2012. - P. 1-8. - DOI: 10.1109/BCTM.2012.6352648.

16. Prokopenko N. N., Bugakova A.V., Titov A.E., Budyakov P.S. Features of Increasing the Fast Response of Differential Operational Amplifiers on the Basis of a "Folded" Cascode // 14th IEEE International Conference on Solid-State and Integrated Circuit Technology (ICSICT), 1978. - P. 1-3. - DOI: 10.1109/ICSICT.2018.8565782.

17. Prokopenko N.N., Pakhomov I. V., Bugakova A. V., Butyrlagin N. V. The method of speeding of the operational amplifiers based on the folded cascade // 2016 IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS), Yerevan, Armenia, 2016. - P. 1-4. - DOI: 10.1109/EWDTS.2016.7807722.

18. Прокопенко Н.Н., Чумаков В.Е., Клейменкин Д.В., Сергеенко М.А. Каскодный входной каскад быстродействующего операционного усилителя с нелинейной коррекцией переходного процесса: заявка на патент РФ № 2023104265; заявл. 27.02.23.

19. Patent US 4151483, 1979-04-24, Radiation-hardened transistor amplifiers / Thomas JRobe. fig. 3.

20. Прокопенко Н.Н., Дворников О.В., Бугакова А.В. Проектирование низкотемпературных и радиационно-стойких аналоговых микросхем для обработки сигналов датчиков: монография, серия «Библиотека студента». - М.: СОЛОН-Пресс, 2021. - 200 с.

REFERENCES

1. Carter B., Mancini R. Op Amps for Everyone. 5th ed. Newnes, 2017, 484 p.

2. Prokopenko N.N., Budyakov A.S. Arkhitektura i skhemotekhnika bystrodeystvuyushchikh operatsionnykh usiliteley: monografiya [Architecture and circuitry of high-speed operational amplifiers: monograph]. Shakhty: Izd-vo YuRGUES, 2006, 231 p.

3. Prokopenko N.N., Dvornikov O.V., Zhuk A.A. High-Speed Operational Amplifier with Differentiating Transient Correction Circuits, 2022 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON), Tomsk, Russian Federation, 2022, pp. 1-4. DOI: 10.1109/SIBCON56144.2022.10002969.

4. Johnson Jeffrey David. Slew rate enhancement circuit, US Patent 6831515 (B2), 2004. 1-11.

5. SauerDon R. Rail to rail operational amplifier input stage, US Patent 5414388 (A), 1995. 1-7.

6. Rajesh A. Thakkerv, Mayank Shrivastava, Maryam Shojaei Baghini, Dinesh Kumar Sharma, Ramgopal V. Rao, Mahesh B. Patil. Operational amplifier having improved slew rate, US Patent 8089314 (B2), 2012. 1-11.

7. Steven Obed Smith. Enhanced slew rate in amplifier circuits, US Patent 6456161(B2), 2002. 1-9.

8. FrankMurden, Carl WMoreland. n-bit analog-to-digital converter with n-1 magnitude amplifiers and n comparators, US Patent 5684419 (A), 1997. 1-23.

9. Yasuo Yamada, Kenji Yokoyama. Operational Amplifier, US Patent Appl. 2007069815, Mar. 29, 2007.

10. Rysin V.S., Tkachenko V.A. Operatsionnyy usilitel', A. sv. SSSR 970638, 30.10.1982 [Operational amplifier, A. St. USSR 970638, 30.10.1982].

11. Prokopenko N.N., Kryukov V.V., Sergeenko A.I. Patent № 2282303 Rossiyskaya Federatsiya, MPK8 H03F 3/45. Differentsial'nyy usilitel' s nelineynym parallel'nym kanalom: № 2005102144 [Patent No. 2282303 Russian Federation, MPK8 H03F 3/45. Differential amplifier with non-linear parallel channel: No. 2005102144]; dec. 01/28/2005; publ. 20.08.2006, Bull. No. 23; applicant SRSUEaS.

12. Prokopenko N.N. Differentsial'nyy usilitel' s povyshennym bystrodeystviem [Differential amplifier with increased speed], Pribory i tekhnika eksperimenta [Instruments and experimental technique], 1978, No. 2, pp. 153-154.

13. Anisimov V.I., Kapitonov M.V., Prokopenko N.N., Sokolov Yu.M. Operatsionnye usiliteli s neposredstvennoy svyaz'yu kaskadov: monografiya [Operational amplifiers with direct connection of cascades: monograph]. Leningrad: Energiya, 1979, 148 p.

14. Polonnikov D.E. Operatsionnye usiliteli. Printsipy postroeniya, teoriya, skhemotekhnika: monografiya [Operational amplifiers. Construction principles, theory, circuitry: monograph]. Moscow: Izd-vo «Energoatomizdat», 1983, 216 p.

15. Close J. High speed op amps: Performance, process and topologies, IEEE Bipolar/BiCMOS Circuits and Technology Meeting (BCTM), Portland, OR, USA, 2012, pp. 1-8. DOI: 10.1109/BCTM.2012.6352648.

16. Prokopenko N. N., Bugakova A.V., Titov A.E., Budyakov P.S. Features of Increasing the Fast Response of Differential Operational Amplifiers on the Basis of a "Folded" Cascode, 14th IEEE International Conference on Solid-State and Integrated Circuit Technology (ICSICT), 1978, pp. 1-3. DOI: 10.1109/ICSICT.2018.8565782.

17. Prokopenko N.N., Pakhomov I. V., Bugakova A. V., Butyrlagin N. V. The method of speeding of the operational amplifiers based on the folded cascade, 2016 IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS), Yerevan, Armenia, 2016, pp. 1-4. DOI: 10.1109/EWDTS.2016.7807722.

18. Prokopenko N.N., Chumakov V.E., Kleymenkin D.V., Sergeenko M.A. Kaskodnyy vkhodnoy kaskad bystrodeystvuyushchego operatsionnogo usilitelya s nelineynoy korrektsiey perekhodnogo protsessa: zayavka na patent RF № 2023104265; zayavl. 27.02.23 [Cascode input stage of a high-speed operational amplifier with non-linear transient correction: RF patent application No. 2023104265; dec. 27.02.23].

19. Thomas J Robe. Patent US 4151483, 1979-04-24, Radiation-hardened transistor amplifiers, fig. 3.

20. Prokopenko N.N., Dvornikov O.V., Bugakova A.V. Proektirovanie nizkotemperaturnykh i radiatsionno-stoykikh analogovykh mikroskhem dlya obrabotki signalov datchikov: monografiya, seriya «Biblioteka studenta» [Design of low-temperature and radiation-resistant analog microcircuits for processing sensor signals: monograph, series "Student's Library"]. Moscow: SOLON-Press, 2021, 200 p.

Статью рекомендовал к опубликованию д.т.н., профессор Б.Г. Коноплев.

Прокопенко Николай Николаевич - Донской государственный технический университет; e-mail: prokopenko@sssu.ru; г. Ростов-на-Дону, Россия; тел.: +79281201984; д.т.н.; профессор; зав. кафедрой информационных систем и радиотехники.

Клейменкин Дмитрий Владимирович - e-mail: k-dima-01@mail.ru; тел.: +79281970049; магистрант.

Сергеенко Марсель Алексеевич - e-mail: mars1327el@gmail.com; тел.: +79185704519; студент.

Prokopenko Nikolay Nikolayevich - Don State Technical University; e-mail: prokopenko@sssu.ru; Rostov-on-Don, Russia; phone: +79281201984; dr. of eng. sc.; professor; head of the department of information systems and radio engineering.

Kleimenkin Dmitriy Vladimirovich - e-mail: k-dima-01@mail.ru; phone: +79281970049; master's student.

Sergeenko Marsel Alexeyevich - e-mail: mars1327el@gmail.com; phone: +79185704519; student.

УДК 621.38 DOI 10.18522/2311-3103-2023-2-156-165

В.В. Бахчевников, В.А. Деркачев, А.Н. Бакуменко

РЕАЛИЗАЦИЯ СОГЛАСОВАННОГО ФИЛЬТРА В ЧАСТОТНОЙ ОБЛАСТИ НА ПЛИС

Применение фильтров, согласованных с радиосигналами, достаточно распространено в радиолокации, что способствует улучшению разрешающей способности по дальности, а также в системах связи и многих других радиотехнических системах, позволяя увеличить выходного отношение сигнал-шум (ОСШ) по сравнению с входным. Проектирование цифровых устройств на программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС) типа FPGA (Field Programmable Gate Array) позволяет достаточно гибко их конфигурировать и создавать прототипы радиотехнических систем для дальнейшей реализации алгоритмов ЦОС на интегральных схемах специального назначения (Application-Specific Integrated Circuit, ASIC), GPU, CPU и т.д. Цифровые устройства на ПЛИС находят широкое применение в мобильных системах низкой мощности, в то время как ASIC показывают наибольшую производительность, имея недостаток в виде высокой стоимости разработки. В работе особое внимание уделено проектированию и реализации фильтра, согласованного с комплексным ЛЧМ-сигналом, в частотной области на ПЛИС с помощью библиотеки для Matlab /Simulink Xilinx