3.7: Estudio de caso- Biasing Distribuido de Amplificadores Diferenciales

En este estudio de caso se presenta una sección tipo balun distribuida de banda ancha como una alternativa a la polarización inductora de un amplificador pseudo-diferencial (PDA). El circuito de polarización distribuida discrimina entre señales de modo diferencial y de modo común, lo que resulta en el rechazo de señales de modo común. Un PDA se muestra en la Figura\(\PageIndex{1}\), donde los inductores presentan altas impedancias de RF a los transistores mientras proporcionan trayectorias de baja impedancia para las corrientes de polarización. Sin embargo, la polarización inductiva de circuitos pseudo-diferenciales presenta el mismo entorno a las señales de modo común y diferencial de modo que el CMRR es\(1\).

Los amplificadores diferenciales tienen gran ganancia diferencial,\(A_{d}\). Al mismo tiempo, es deseable minimizar la ganancia de modo común\(A_{c}\), ya que la alta CMRR resultante proporciona inmunidad al ruido inducido por sustrato. Considerando que cada transistor tiene transconductancia,\(g_{m}\), y que las impedancias de modo par e impares,\(Z_{\text{EVEN}}\) y\(Z_{\text{ODD}}\), se presentan a los drenajes de los transistores, entonces las ganancias son aproximadamente

\[\label{eq:1}A_{d}=g_{m}Z_{\text{ODD}}\quad\text{and}\quad A_{c}=g_{m}Z_{\text{EVEN}} \]

y así

\[\label{eq:2}\text{CMRR}=A_{d}/A_{c}=Z_{\text{ODD}}/Z_{\text{EVEN}} \]

Las características deseadas del amplificador se obtienen sintetizando las impedancias de modo par e impares.

Primero considere el circuito polarizado inductivamente en la Figura\(\PageIndex{1}\). El análisis modal del circuito de polarización del inductor da como resultado el modelo de circuito que se muestra en la Figura\(\PageIndex{2}\), a partir del cual la impedancia total de modo par es

\[\label{eq:3}Z_{\text{EVEN}}(s)=(s_{L}+R_{DD}/2)//R_{L} \]

donde\(//\) indica una conexión paralela, y la impedancia total en modo impares es

\[\label{eq:4}Z_{\text{ODD}}(s)=sL//R_{L} \]

Ya que\(R_{DD}\) suele ser insignificante y\(L\) es un inductor de sesgo o estrangulación por lo que\(sL\) es muy grande,\(Z_{\text{ODD}}\approx R_{D}\approx Z_{\text{EVEN}}\) y así lo es el CMRR\(1\). Sin embargo, una red de línea acoplada puede proporcionar diferentes impedancias de modelo.

Ahora considere la estructura tipo balun Marchand en la Figura\(\PageIndex{3}\) que reemplaza el circuito de polarización de drenaje en la Figura\(\PageIndex{1}\). La estructura de Marchand Balun

Figura\(\PageIndex{1}\): Un amplificador PDA con inductores de polarización\(L\), en los drenajes, resistencia de suministro parásito\(R_{DD}\), e impedancia de carga de un solo extremo,\(R_{L}\). \(L\)también se conoce como un inductor de choque elegido para que su impedancia sea muy grande a la frecuencia máxima de funcionamiento, es decir\(|sL| ≫ R_{L}\).

Figura\(\PageIndex{2}\): Subcircuitos modales del circuito de polarización basado en inductores de la Figura\(\PageIndex{1}\), incluyendo resistencia de carga de extremo único\(R_{L}\).

Figura\(\PageIndex{3}\): Circuito de polarización tipo balun Marchand con resistencia de carga de un solo extremo\(R_{L}\). La polarización externa de CC se aplica en los puertos\(b\) usando condensadores de desacoplamiento para asegurar la tierra de RF.

presenta diferentes impedancias para señales de modo común y diferencial. La síntesis de este circuito de polarización se describe en [8, 9] y sigue un procedimiento similar al del diseño del filtro. Por lo tanto, el alto rendimiento de CMRR es el resultado de presentar diferentes impedancias de modo par e impares a los dispositivos activos. Los resultados finales del diseño se muestran en la Figura 3.8.1, primero para polarización inductiva del PDA y luego para el circuito de polarización tipo balun de línea acoplada.