Diseño de un buffer de señal digital diferencial, 250MHz, 1V de oscilación de salida

Question

Principalmente por interés académico (así que, por favor, no me sugieran circuitos integrados para hacer esto, ya que no me ayudarán a aprender a lidiar con este tipo de problema) estoy intentando diseñar un circuito buffer para aceptar una señal digital diferencial con oscilaciones de tensión de entrada entre 0,6V y 1,5V de frecuencia hasta 250MHz y reproducir la señal con la oscilación de tensión de salida normalizada a 1V. Estoy trabajando con una fuente de 3,3V, y estoy tratando de tener la señal centrada en aproximadamente 2V (aunque esto no es una restricción dura, así que no importa si esto varía en una cantidad justa). También me gustaría mantener el consumo de energía al mínimo.

Lo que tengo hasta ahora es este esquema:

El suministro de voltaje está dividido de modo que tengo carriles de 3,3V, 2V y 0V (el carril de 2V se utiliza como referencia para mis entradas y para polarizar un circuito de fuente de corriente). Q1 y Q2 son un amplificador diferencial, aceptando las señales de entrada 'inp' y 'inn'. Su emisor común está referenciado a una fuente de corriente calibrada para hundir aproximadamente 0,3mA. Originalmente no incluí L1 en esta disposición, pero los transitorios durante las transiciones eran bastante altos, y yo estaba viendo un poco de rebasamiento más allá de mis carriles de destino, y una pequeña inductancia parecía resolver estos problemas.

Las salidas del amplificador diferencial se amortiguan a través de un par de transistores que pueden consumir más corriente, y hacia una carga (simulada por un par de resistencias de 1K a tierra en este esquema).

Las fuentes de voltaje de 0V se utilizan para la medición de la corriente; aparentemente esta es la forma estándar de hacer esto en ngspice, que estoy utilizando para la simulación.

Los resultados no son los que esperaba. A continuación se muestran los resultados de una simulación transitoria:

Con cada transición, mi señal de salida alcanza aproximadamente la oscilación de 1V que pretendía, pero luego se desvanece rápidamente hacia el nivel medio de salida. Parece que alguna capacitancia perdida está causando el problema, pero no tengo idea de dónde podría venir. Los transistores que estoy utilizando (2SC3356) están diseñados para aplicaciones de alta frecuencia (fT = 7GHz), por lo que deberían ser perfectamente capaces de funcionar correctamente en esta aplicación. No sé qué más puede estar mal.

Answer 1

Gracias a los comentarios anteriores, me he dado cuenta de que mi principal problema era que intentaba funcionar con la corriente demasiado baja, y esto provocaba un gran retardo en la salida, lo que me llevó a no darme cuenta de que había invertido involuntariamente las salidas.

Aumentar la corriente de polarización a 1mA hizo que todo funcionara mucho mejor (y dejó claro que el hack con el inductor no era realmente necesario, ya que una vez que el circuito funcionaba mejor no tenía ningún efecto útil).

De hecho, resulta que para un circuito de esta naturaleza tener un sumidero de corriente estable no es tan útil. Lo que demuestra que leer sobre el diseño de amplificadores analógicos cuando estás diseñando un circuito digital no es necesariamente tan útil.