1561-5405 10.24151/1561-5405 Proceedings of Universities. Electronics Scientifical and technical journal "Proceedings of Universities. Electronics" Научно-технический журнал «Известия высших учебных заведений. Электроника» 1561-5405 2587-9960 National Research University of Electronic Technology Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" 10.24151/1561-5405-2023-28-5-629-641QCJQXO621.375Схемотехника и проектированиеInput stages of programmable high-speed operational amplifiers based on the master slice array MH2XA031Входные каскады программируемых быстродействующих операционных усилителей на основе базового матричного кристалла MH2XA031Дворников Олег ВладимировичДворниковОлег ВладимировичDvornikovOleg V.Oleg V. DvornikovЧеховский Владимир АлексеевичЧеховскийВладимир АлексеевичTchekhovskiVladimir A.Vladimir A. TchekhovskiПрокопенко Николай НиколаевичПрокопенкоНиколай НиколаевичProkopenkoNikolay N.Nikolay N. ProkopenkoЧумаков Владислав ЕвгеньевичЧумаковВладислав ЕвгеньевичChumakovVladislav E.Vladislav E. ChumakovОАО «Минский научно-исследовательский приборостроительный институт», Беларусь, 220113, г. Минск, ул. Якуба Коласа, 73Белорусский государственный университет, Беларусь, 220045, г. Минск, ул. Академика Курчатова, 7Донской государственный технический университет, Россия, 344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 125032026Том. 28 №5629641http://ivuz-e.ru/issues/5-_2023/vkhodnye_kaskady_programmiruemykh_bystrodeystvuyushchikh_operatsionnykh_usiliteley_na_osnove_bazovog/http://ivuz-e.ru#

On the master slice array МН2ХА031 containing complementary bipolar transistors an operational amplifier OAmp9 has been developed. It allows programming a number of parameters, such as consumption current, maximum output current, bandwidth, and slew rate of output voltage. In this work, the potential of further increasing the maximum slew rate of the OAmp9 output voltage is described. For its circuit, as well as for the modified OAmp9.1 circuit, the application of differentiating correction networks that boost the processes of stray capacitors recharging in the base circuit of input stage output transistors, is considered. Thus due to increase of reverse voltage on insulating p–n junctions of these output transistors their parasitic collector capacitance was decreased. A schematic technique to increase the operational amplifier response time based on two complementary “folded” cascodes, which eliminates the dynamic overload of the intermediate stage and accelerates the transient processes in a large signal mode in a modified OAmp9.2 circuit, is shown. The electrical diagrams and results of comparative modeling of two modified input stages in the OAmp9.1 and OAmp9.2 structure have been presented. OAmp9.1 and OAmp9.2 are characterized by, respectively, a zero-offset voltage of 0.08 and 0.11 mV, a voltage gain of 1.4 · 104 and 1.4 · 103, a voltage gain on bandwidth of 655 and 298 MHz, and an output voltage slew rate of 689 and 868 V/µs.

Операционный усилитель OAmp9, разработанный на базовом матричном кристалле МН2ХА031, содержащем комплементарные биполярные транзисторы, позволяет программировать такие параметры, как ток потребления, максимальный выходной ток, полоса пропускания, скорость нарастания выходного напряжения. В работе описаны возможности дальнейшего увеличения максимальной скорости нарастания выходного напряжения операционного усилителя OAmp9. Рассмотрено, как и для модифицированной схемы операционного усилителя OAmp9.1, применение дифференцирующих цепей коррекции, которые форсируют процессы перезаряда паразитных емкостей в цепи базы выходных транзисторов входного каскада. При этом за счет увеличения обратного напряжения на изолирующих p–n-переходах этих выходных транзисторов уменьшена их паразитная коллекторная емкость. Показан схемотехнический прием повышения быстродействия операционного усилителя на основе двух комплементарных «перегнутых» каскодов, который исключает динамическую перегрузку промежуточного каскада и ускоряет переходные процессы в режиме большого сигнала в модифицированной схеме операционного усилителя OAmp9.2. Приведены электрические схемы и результаты сравнительного моделирования двух модифицированных входных каскадов в структуре операционных усилителей OAmp9.1 и OAmp9.2, которые характеризуются соответственно напряжением смещения нуля 0,08 и 0,11 мВ, коэффициентом усиления напряжения 1,4·104 и 1,4·103, произведением  коэффициента усиления напряжения на ширину полосы пропускания  655 и 298 МГц, скоростью нарастания выходного напряжения 689  и 868 В/мкс.

быстродействующий операционный усилительмаксимальная скорость нарастания выходного напряжениябазовый матричный кристаллкомплементарные биполярные транзисторыhigh-speed operational amplifiermaximum output voltage slew ratemaster slice arraycomplementary bipolar transistorsработа выполнена при финансовой поддержке РНФ (проект № 22-29-00637).the work has been supported by the Russian Science Foundation (project no. 22-29-00637). Ivanov V. V., Filanovsky I. M. Operational amplifier speed and accuracy improvement: Analog circuit design with structural methodology. New York: Springer, 2004. XIV, 194 p. https://doi.org/10.1007/b105872Прокопенко Н. Н., Будяков А. С. Архитектура и схемотехника быстродействующих операционных усилителей: монография. Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2006. 230 с.Close J. High speed op amps: Performance, process and topologies // 2012 IEEE Bipolar/BiCMOS Circuits and Technology Meeting (BCTM). Portland, OR: IEEE, 2012. P. 1–8. https://doi.org/10.1109/ BCTM.2012.6352648Bowers D. F., Wurcer S. A. Recent developments in bipolar operational amplifiers // Proceedings 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.1999.803521Bales 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. No. 9. P. 1470–1474. https://doi.org/10.1109/ 4.628768Celma S., Perez F., Martinez P. A. Compensating very high-speed current feedback op-amps // IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference Sensing, Processing, Networking (IMTC Proceedings). Ottawa, ON: IEEE, 1997. Vol. 2. P. 1293–1298. https://doi.org/10.1109/IMTC.1997.612408Sen S., Leung B. A class-AB high-speed low-power operational amplifier in BiCMOS technology // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 1996. Vol. 31. No. 9. P. 1325–1330. https://doi.org/10.1109/4.535418Xie L., Guo S., Li Z., Jin X. A high speed rail-to-rail operational amplifier with constant-gm for LVDS receiver // 2020 IEEE 20th International Conference on Communication Technology (ICCT). Nanning: IEEE, 2020. P. 1044–1048. https://doi.org/10.1109/ICCT50939.2020.9295857Быстродействующие широкополосные операционные усилители на базовом матричном кристалле / О. В. Дворников, В. А. Чеховский, Н. Н. Прокопенко и др. // Изв. вузов. Электроника. 2023. Т. 28. № 1. С. 96–111. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2023-28-1-96-111. – EDN: QUUOLI.Микромощные операционные усилители повышенного быстродействия // Операционные усилители и компараторы: справочник / подгот. В. Д. Авербух и др. М.: Додэка-XXI, 2001. С. 127.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: IEEE, 2022. P. 1–4. https://doi.org/10.1109/SIBCON56144.2022.10002969