В квантово-оптических системах, аппаратуре регистрации быстрых импульсов широко используются быстродействующие операционные усилители. Высокий уровень параметров таких изделий обеспечивается за счет применения современных техноло-гических маршрутов изготовления микросхем, содержащих комплементарные биполярные транзисторы с высокой граничной частотой и малой паразитной емкостью коллектора. В настоящее время в России и Беларуси указанные технологические маршру-ты изготовления микросхем отсутствуют. В работе для удовлетворения существующей потребности отечественного рынка радиоэлектронной аппаратуры представлены два опе-рационных усилителя на базовом матричном кристалле МН2ХА031 с унифицированными каскадами и возможностью изменения параметров с помощью выбора сопротивлений токозадающих резисторов и емкости корректирующего конденсатора. Описаны электрические схемы и приведены результаты схемотехнического моделирования двух изделий: быстродействующего операционного усилителя OAmp9 с произведением коэффициента усиления напряжения на ширину полосы пропускания (gain bandwidth product) более 600 МГц, скоростью нарастания выходного напряжения более 400 В/мкс при статических параметрах, соответствующих операционным усилителям общего применения, и прецизионного малошумящего усилителя OAmp10 с усилением около 2·106, напряжением смещения менее 50 мкВ и спектральной плотностью напряжения шума, отнесенной ко входу, около 1 нВ/Гц0,5. Сформулированы направления дальнейшей модернизации разработанных усилителей, в частности уменьшение паразитной коллекторной емкости транзисторов конструктивно-технологическим путем и подачей обратного напряжения смещения, применение нелинейных корректирующих цепей, позволяющих приблизить быстродействие усилителей в режиме большого сигнала к малосигнальному.
Прокопенко Николай Николаевич
Донской государственный технический университет, г. Ростов-на-Дону, Россия; Институт проблем проектирования в микроэлектронике Российской академии наук, г. Москва, Россия
Галкин Ярослав Денисович
Белорусский государственный университет, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, г. Минск, Беларусь
Кунц Алексей Вадимович
Белорусский государственный университет, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, г. Минск, Беларусь
1. Smith D., Koen M., Witulski A. F. Evolution of high-speed operational amplifier archi-tectures // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 1994. Vol. 29. Iss. 10. P. 1166–1179. https://doi.org/10.1109/4.315199
2. Bowers D. F., Wurcer S. A. Recent developments in bipolar operational amplifiers // Pro-ceedings of the 1999 Bipolar/BiCMOS Circuits and Technology Meeting (Cat. No. 99CH37024). Minneapolis, MN: IEEE, 1999. P. 38–45. https://doi.org/10.1109/BIPOL.1999.803521
3. Close J. High speed op amps: performance, process and topologies // 2012 IEEE Bipo-lar/BiCMOS Circuits and Technology Meeting (BCTM). Portland, OR: IEEE, 2012. P. 1–8. https://doi.org/10.1109/BCTM.2012.6352648
4. Bowers D. F. A precision dual “current feedback” operational amplifier // Proceedings of the 1988 Bipolar Circuits and Technology Meeting. Minneapolis, MN: IEEE, 1988. P. 68–70. https://doi.org/10.1109/BIPOL.1988.51047
5. Bowers D. F. A 6.8 mA closed-loop monolithic buffer with 120 MHz bandwidth, 4000 V//spl mu/S slew rate and /spl plusmn/12 V signal compatibility // Proceedings of IEEE Bipolar/BiCMOS Circuits and Technology Meeting. Minneapolis, MN: IEEE, 1994. P. 23–26. https://doi.org/10.1109/BIPOL.1994.587846
6. Bales J. A low-power, high-speed, current-feedback op-amp with a novel Class AB high current output stage // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 1997. Vol. 32. Iss. 9. P. 1470–1474. https://doi.org/10.1109/4.628768
7. Bowers D. F. A fast precision operational amplifier featuring two separate control loops // 2014 IEEE Bipolar/BiCMOS Circuits and Technology Meeting (BCTM). Coronado, CA: IEEE, 2014. P. 72–75. https://doi.org/10.1109/BCTM.2014.6981288
8. Прокопенко Н. Н., Дворников О. В., Бугакова А. В. Проектирование низкотемпера-турных и радиационно-стойких аналоговых микросхем для обработки сигналов датчиков: монография. М.: СОЛОН-Пресс, 2021. 200 с.
9. Проектирование аналоговых микросхем для экстремальных условий эксплуатации на основе базового матричного кристалла МН2ХА031 / О. В. Дворников, В. А. Чеховский, Н. Н. Прокопенко и др. // Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем (МЭС). 2021. № 2. С. 37–46. https://doi.org/10.31114/2078-7707-2021-2-37-46
10. Радиационно стойкие компоненты полузаказных аналоговых микросхем / О. В. Дворников, В. А. Чеховский, Н. Н. Прокопенко и др. // Изв. вузов. Электроника. 2022. Т. 27. № 3. С. 308–321. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2022-27-3-308-321
11. Koen M., Smith D., Damitio P. A very high speed operational amplifier array // 1993 Proceedings of IEEE Bipolar/BiCMOS Circuits and Technology Meeting. Minneapolis, MN: IEEE, 1993. P. 153–156. https://doi.org/10.1109/BIPOL.1993.617488
12. Analog devices: ultralow distortion, ultralow noise op amp AD797 // Datasheetspdf [Электронный ресурс]. URL: https://datasheetspdf.com/pdf-file/1186795/AnalogDevices/AD797/1 (дата обращения: 30.11.2022).
13. Moraveji F. A wide-band, low-power, high slew rate voltage-feedback operational am-plifier // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 1996. Vol. 31. Iss. 1. P. 10–16. https://doi.org/10.1109/4.485839
14. Дворников О. В. Схемотехника биполярно-полевых аналоговых микросхем. Ч. 3: Источники тока, управляемые током с нерегулируемым коэффициентом передачи // Chip News: Инженерная микроэлектроника. 2005. № 1. С. 12–15.
15. Пат. 2168263 РФ. Повторитель напряжения / И. Е. Старченко; заявл. 25.04.2000, опубл. 27.05.2001.
16. Дворников О. В. Схемотехника биполярно-полевых аналоговых микросхем. Ч. 7: Интегральные дифференциальные каскады // Chip News: Инженерная микроэлектроника. 2005. № 8. С. 38–47.
17. Прокопенко Н. Н. Нелинейная активная коррекция в прецизионных аналоговых микросхемах: монография. Ростов н/Д: Изд-во СКНЦ ВШ, 2000. 223 с.