БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ДРАЙВЕР ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ
HIGH-SPEED DIFFERENTIAL LINK DRIVER

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления и преобразования аналоговых сигналов, в структуре «систем на кристалле» и «систем в корпусе» различного функционального назначения (например, операционных усилителей, работающих на емкостную нагрузку).
Известны схемы драйверов линий связи, построенных на основе операционных усилителей с отрицательной обратной связью, которые стали основой многих серийных микросхем первого и второго поколения [1-7].
Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является драйвер дифференциальной линии связи, описанный в патентной заявке US 2006/0202753, содержащий первый 1 и второй 2 источники входных противофазных напряжений, связанных с соответствующими входами первого 3 и второго 4 выходных каскадов, первый 5 и второй 6 конденсаторы нагрузки, подключенные к соответствующим выходам 7 и 8 первого 3 и второго 4 выходных каскадов. Конденсаторы 5 и 6 моделируют емкостную составляющую цепи нагрузки, например емкости дифференциальной линии связи.
Существенный недостаток известного драйвера состоит в том, что он характеризуется сравнительно низким быстродействием из-за влияния на переходный процесс первого 5 и второго 6 конденсаторов цепи нагрузки.
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в повышении быстродействия драйвера при работе на емкостную нагрузку, расширении диапазона его рабочих частот.
Поставленная задача достигается тем, что в драйвере дифференциальной линии связи (фиг.1), содержащем первый 1 и второй 2 источники входных противофазных напряжений, связанных с соответствующими входами первого 3 и второго 4 выходных каскадов, первый 5 и второй 6 конденсаторы нагрузки, подключенные к соответствующим выходам 7 и 8 первого 3 и второго 4 выходных каскадов, предусмотрены новые элементы и связи - выход 7 первого 3 выходного каскада соединен с входом первого 9 неинвертирующего повторителя напряжения и токовым выходом первого 10 инвертирующего повторителя тока, выход 8 второго 4 выходного каскада соединен с входом второго 11 неинвертирующего повторителя напряжения и токовым выходом второго 12 инвертирующего повторителя тока, причем между выходом первого 9 неинвертирующего повторителя напряжения и входом второго 12 инвертирующего повторителя тока включен первый 13 дополнительный конденсатор, а между выходом второго 11 неинвертирующего повторителя напряжения и входом первого 10 инвертирующего повторителя тока включен второй 14 дополнительный конденсатор.
На фиг.1 приведена схема драйвера-прототипа.
На фиг.2 показана схема заявляемого устройства в соответствии с формулой изобретения.
вых.3
вых.4
п1
п2
к1
к2
На фиг.3 представлена компьютерная модель схемы заявляемого устройства фиг.2 в среде PSpice, на которой, в соответствии со спецификой интерфейса PSpice, приняты следующие обозначения элементов, соответствующие фиг.2: R1=R (16), R2=R (18), C=C5, C=C6, C=C13, C=С14, F2 - усилитель тока 12, F3 - усилитель тока 10. Неинвертирующие повторители напряжения, обозначенные символом «1», соответствуют неинвертирующим повторителям 9 и 11 схемы фиг.2.
уст
к1
к2
На фиг.4 приведена зависимость времени установления напряжения (t) на выходе 7 первого 3 выходного каскада драйвера от значения емкости дополнительных конденсаторов 13 и 14 (C=C13, C=C14).
к1
к2
На фиг.5 показана зависимость времени установления напряжения на выходе 8 второго 4 выходного каскада драйвера от значения емкости дополнительных конденсаторов 13 и 14 (C=C13, C=C14).
к
н
уст
Из графиков фиг.4, фиг.5 видно, что при введении первого 13 и второго 14 дополнительных конденсаторов время установления выходных импульсов драйвера уменьшается более чем 20 раз. Чем ближе значение емкости C=C13=C14 к емкости C=C6=C5, тем меньше t.
Быстродействующий драйвер дифференциальной линии связи содержит первый 1 и второй 2 источники входных противофазных напряжений, связанных с соответствующими входами первого 3 и второго 4 выходных каскадов, первый 5 и второй 6 конденсаторы нагрузки, подключенные к соответствующим выходам 7 и 8 первого 3 и второго 4 выходных каскадов. Выход 7 первого 3 выходного каскада соединен с входом первого 9 неинвертирующего повторителя напряжения и токовым выходом первого 10 инвертирующего повторителя тока, выход 8 второго 4 выходного каскада соединен с входом второго 11 неинвертирующего повторителя напряжения и токовым выходом второго 12 инвертирующего повторителя тока, причем между выходом первого 9 неинвертирующего повторителя напряжения и входом второго 12 инвертирующего повторителя тока включен первый 13 дополнительный конденсатор, а между выходом второго 11 неинвертирующего повторителя напряжения и входом первого 10 инвертирующего повторителя тока включен второй 14 дополнительный конденсатор.
Рассмотрим работу известного (фиг.1) и предлагаемого (фиг.2) устройств.
вых.3
вых.4
При скачкообразном положительном изменении входного напряжения на входе первого 3 выходного каскада фиг.1 и отрицательном изменении входного напряжения на входе второго 4 выходного каскада начинается процесс заряда первого 5 конденсатора цепи нагрузки (С5) и разряда второго 6 конденсатора цепи нагрузки (С6). При этом постоянные времени цепи заряда и разряда определяются выходными сопротивлениями первого 3 выходного каскада (R) и емкостью первого 5 конденсатора нагрузки (C5), а также выходным сопротивлением второго 4 выходного каскада (R) и емкостью второго 6 конденсатора нагрузки (С6). В конечном итоге эти постоянные времени оказывают отрицательное влияние на быстродействие драйвера-прототипа, у которого время установления переходного процесса для многих практических случаев оказывается недопустимо большим.
к
В заявляемой схеме фиг.2 напряжение на первом 5 конденсаторе нагрузки С5 передается на выход неинвертирующего усилителя напряжения 9, что создает ток через первый 13 дополнительный конденсатор. В результате на выходе инвертирующего усилителя тока 12 формируется корректирующий импульс тока, способствующий более быстрому разряду конденсатора 6 (С6). Об этом свидетельствуют графики фиг.5, когда при C≈С13=19,9 пф время установления переходного процесса уменьшается с 30 нс до 1,3 нс, т.е. более чем в 20 раз.
к
Аналогично, уменьшение напряжения на втором 6 конденсаторе нагрузки (C6) передается на выход неинвертирующего усилителя напряжения 11, что создает ток через второй 14 дополнительный конденсатор. В результате на выходе инвертирующего усилителя тока 10 формируется корректирующий импульс тока, способствующий более быстрому заряду конденсатора 5. Об этом свидетельствуют графики фиг.5, когда при C≈С13=19,9 пф время установления переходного процесса уменьшается с 30 нс до 1,3 нс, т.е. более чем в 20 раз.
Таким образом, заявляемый драйвер обеспечивает при емкостной нагрузке более высокое быстродействие.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Патент US 3769605, fig.2.
2. Патент US 7863977, fig.1.
3. Патент US 5345471, fig.1B.
4. Патент US 7327189, fig.7.
5. Патентная заявка US 2001/0050333, fig.3.
6. Патентная заявка US 2003/0137345, fig.2.
7. Патент US 6222416.
8. Патент US 5557238, fig.1.
9. Патентная заявка US 2011/0158435, fig.1.
10. Патентная заявка US 2010/0259323, fig.2.
11. Патент US 6741132, fig.4.
12. Патентная заявка US 2011/0227652, fig.2.
13. Патентная заявка US 2009/0045876, fig.1a.