А.В. Бугакова – аспирант, кафедра «Информационные системы и радиотехника», 

Донской государственный технический университет (г. Ростов-на-Дону)

E-mail: annabugakova.1992@mail.ru

Д.Ю. Денисенко – аспирант, кафедра «Информационные системы и радиотехника», 

Донской государственный технический университет (г. Ростов-на-Дону)

E-mail: d.u.ivanova@gmail.com

Е.В. Овсепян – аспирант, кафедра «Информационные системы и радиотехника», 

Донской государственный технический университет (г. Ростов-на-Дону)

E-mail: ovsepyan.elenka@bk.ru

Н.Н. Прокопенко – д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Информационные системы и радиотехника»,  Донской государственный технический университет (г. Ростов-на-Дону) E-mail: prokopenko@sssu.ru

Рассмотрены особенности основных методов повышения максимальной скорости нарастания выходного напряжения ϑвых микроэлектронных операционных усилителей (ОУ) в линейных и нелинейных режимах. Показано, что для базовых технологических процессов частота единичного усиления ОУ и напряжение ограничения проходной характеристики драйвера емкости коррекции (ДСк) являются двумя доминирующими и практически независимыми друг от друга факторами, определяющими ϑвых многих схемотехнических решений. Дан сравнительный анализ ϑвых ОУ на биполярных и полевых транзисторах при однополюсной частотной коррекции. Представлена классификация ДСк по видам нелинейности проходной характеристики. Сформулированы рекомендации по проектированию IP-модулей быстродействующих ОУ для систем на кристалле, в том числе работающих в диапазоне низких температур и воздействии радиации.

1. Бабаян Р.Р., Морозов В.П. Аналоговые интегральные схемы – аппаратная поддержка обработки непрерывных сигналов // Датчики и системы. 2015. № 3. С. 51−62.
2. Бабаян Р.Р., Морозов В.П. Устройства аналоговой обработки сигналов в микроконтроллерных системах // Датчики и системы. 2014. № 3(178). С. 47−51.
3. Ivanov V.V., Filanovsky I.M. Operational Amplifier Speed and Accuracy Improvement // Kluwer Academic Publishers. Boston. Ed. 1st. 2004. 194 p. DOI: 10.1007/b105872.
4. Анисимов В.И., Капитонов М.В., Прокопенко Н.Н., Соколов Ю.М. Операционные усилители с непосредственной связью каскадов: монография // Л.: «Энергия». 1979. 148 с.
5. Полонников Д.Е. Операционные усилители: принципы построения, теория, схемотехника. М.: Энергоатомиздат. 1983. 216 с.
6. Прокопенко Н.Н. Нелинейная активная коррекция в прецизионных аналоговых микросхемах (монография) // Ростов-наДону: Изд-во Северо-Кавказского научного центра высшей школы. 2000. 222 c.
7. Прокопенко Н.Н., Будяков А.С. Архитектура и схемотехника быстродействующих операционных усилителей // Шахты: ЮРГУЭС. 2006. 232 с.
8. 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 // IEEE EWDTS. Yerevan (Armenia). 2016. P. 1−4.
9. Patent US № 7342450. Slew rate enhancement circuitry for folded cascode amplifier / Jones Mark A; Appl. 11/401,492; Filed: 11.04.2006; Date of patent: 11.03.2008.
10. Rezaei M., Zhian-Tabasy E., Ashtiani S.J. Slew rate enhancement method for folded-cascode amplifiers // Electronics Letters. 2008. V. 44. № 21. P. 1226−1228. DOI: 10.1049/el:20082200.
11. Patent US № 8604878. Folded cascode amplifier with an enhanced slew rate / Lin Po-Chuan; Appl. 13/474,082; Filed: 17.05.2012; Date of patent: 10.12.2013.
12. Patent US № 7176760. CMOS class AB folded cascode operational amplifier for high-speed applications / Jones Mark A; Appl. 11/096,321; Filed: 31.03.2005; Date of patent: 13.02.2007.
13. Huang B., Chen D.A. Simple Slew Rate Enhancement Technique Wiflnmproved Linearity And Preserved Small Signal Performance // 57th IEEE International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS). 2014. P. 270−273.
14. Nizza N., et al. A current feedback adaptive biasing method for class-AB OTA cells // Research in Microelectronics and Electronics. 2005. V. 2. P. 186−189. DOI: 10.1109/RME.2005.1542968.
15. Thanachayanont A., Chaloenlarp W. Low-voltage, rail-to-rail, Gm-enhanced pseudo-differential class-AB OTA // 47th IEEE Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS). 2004. V. l. P. 53−56. DOI: 10.1109/MWSCAS.2004.1353895.
16. Carvajal R.G., et al. Low-power low-voltage differential class-AB OTAs for SC circuits // Electronics Letters. 2002. V. 38. № 22. P. 1304−1305. DOI: 10.1049/el:20020958.
17. Carvajal R.G., et al. New low-power low-voltage differential class-AB OTA for SC circuits // International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS). 2003. V. 1. P. 589−592. DOI: 10.1109/ISCAS.2003.1205632.
18. Giustolisi G., Palumbo G. A novel 1-V class-AB transconductor for improving speed performance in SC applications // International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS). 2003. Vol. l. P. 153−156.
19. Ramirez-Angulo J., et al. A new class AB differential input stage for implementation of low- voltage high slew rate op amps and linear transconductors // IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS). 2001. V. 1. P. 671−674. DOI: 10.1109/ISCAS.2001.921945.
20. Sen S., Bosco L. A class-AB high-speed low-power operational amplifier in BiMOS technology // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 1996. V. 31. № 9. P. 1325−1330. DOI: 10.1109/4.535418.
21. Pakhomov I.V., Butyrlagin N.V. Micropower high-speed CMOS operational amplifier with the circuit of nonlinear correction of the input stage // International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON). Omsk (Russia). 2015. P. 1−6.
22. Patent US № 6710654. Bipolar class AB folded cascode operational amplifier for high-speed applications / Parkhurst Ch., Acosta J.; Appl. 09/999,475; Filed: 15.11.2001; Date of patent: 23.03.2004.
23. Patent US № 6262633. High output current operational amplifier output stage / Close J.P.; Appl. 09/560,305; Filed: 27.04.2000; Date of patent: 17.07.2001.
24. Patent US № 5374897. Balanced, high-speed differential input stage for Op-amps / Moraveji F.; Appl. 141,794; Filed: 21.10.1993; Date of patent: 20.12.1994.
25. Harvey B. Selecting video op amps // EDN MOMENT. 26 June 2008. URL: https://www.edn.com/design/analog/4325660/Selecting- video-op-amps (доступсвободный).
26. Huang B., Chen D. A simple slew rate enhancement technique with improved linearity and preserved small signal performance // IEEE 57th International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS), College Station, TX. 2014. P. 270−273. DOI: 10.1109/MWSCAS.2014.6908404.
27. Filho S.N., et al. New CMOS OTA for fully integrated continuous-time circuit applications // Electronics Letters. 1989. V. 25. № 24. P. 1674−1675. DOI: 10.1049/el:19891122.
28. Patent US № 6822505. Mobility compensation in MOS integrated circuits / Palaskas G., Pavan Sh.Y.; Appl. 09/472,702; Filed: 27.12.1999; Date of patent: 23.11.2004.
29. Patent US № 6882185. Exponential current generator and method / Walker B.C., Gazzerro P.C.; Appl. 09/109,504; Filed: 2.07.1998; Date of patent: 19.04.2005.
30. Patent US № 4335358. Class «B» type amplifier / Hoeft W.H.; Appl. 06/113928; Filed: 06.15.1982; Date of patent: 01.21.1980.
31. Прокопенко Н.Н., Гайдук А.Р., Бугакова А.В. Переходные процессы в операционном усилителе с экспоненциальной проходной характеристикой драйвера корректирующего конденсатора // Радиотехника. 2017. № 10. С. 149−154.
32. Prokopenko N.N., Bugakova A.V., Gaiduk A.R. Research of Operational Amplifiers with Nonlinear Drivers of Correction Capacity // IEEE EWDTS. Novi Sad (Serbia). 2017. P. 637−640.
33. Krithivasan R., et al. A High-Slew Rate SiGe BiCMOS Operational Amplifier for Operation Down to Deep Cryogenic Temperatmes // IEEE Bipolar/BiCMOS Circuits and Technology Meeting. 2006. P. 1−4. DOI: 10.1109/BIPOL.2006.311170.
34. Горлов М., Емельянов А., Плебанович В., Москалев В. Конструктивно-технологические особенности проектирования радиационно-стойких интегральных схем операционных усилителей // Компоненты и технологии. 2007. № 67. С. 158−159.
35. Prokopenko N.N., Butyrlagin N.V., Bugakova A.V., Ignashin A.А. Method for Speeding the Micropower CMOS Operational Amplifiers with Dual-Input-Stages // 24th IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems (ICECS). Batumi (Georgia). 2017.
36. Dvornikov O.V., Dziatlau V.L., Prokopenko N.N., Petrosiants K.O., Kozhukhov N.V., Tchekhovski V.A. The Accounting of the Simultaneous Exposure of the Low Temperatures and the Penetrating Radiation at the Circuit Simulation of the BiJFET Analog Interfaces of the Sensors // International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON). Astana. 29−30 June 2017. DOI: 10.1109/SIBCON.2017.7998507.