Предотвратить насыщение BJT на высокой стороне

Я строю высокоскоростной (10-20 нс на транзисторах класса BC847) цифровой "буфер" / "инвертор" из BJT. Схема прилагается.

Хотя я могу предотвратить насыщение BJT на нижней стороне, добавив диод Шоттки, это не сработает на стороне высокого уровня. Любые намеки, кроме уменьшения сопротивления базового резистора?

Диоды против насыщения подключены параллельно CB-диоду транзистора, который должен быть защищен от насыщения. Вы делаете это правильно в npn (анод в основании и катод в коллекторе), и это должно быть сделано точно так же в pnp, просто чтобы диод был наоборот в этом транзисторе: катод в основании, анод в коллекционер.

$\Omega$$\Omega$

Если вы хотите еще больше увеличить скорость, попробуйте подключить базовые резисторы к маленьким (около 22 пФ) конденсаторам. Хитрость в поиске правильного значения для конденсатора заключается в том, чтобы сделать его несколько равным эффективной емкости в основании, тем самым формируя делитель напряжения 1: 1 для высокочастотной части нарастающего или падающего фронта напряжения.

Редактировать № 1:

Вот схема, которую я использовал для проверки с помощью LT Spice. Входной сигнал (прямоугольный, 0 В и 5 В) подается на три одинаковых инвертора BJT, каждый из которых использует дополнительную пару BC847 и BC857. У того, что слева, нет специальных приемов для его ускорения, у середины используются диоды Шоттки для предотвращения насыщения, а у правого также имеется высокоскоростной байпас вдоль каждого базового резистора (22 пФ). Выход каждого каскада имеет идентичную нагрузку 20 пФ, что является типичным значением для некоторой емкости следа и последующего входа.

Следы показывают входной сигнал (желтый), медленный отклик цепи слева (синий), отклик с диодами против насыщения (красный) и отклик цепи, в которой также используются конденсаторы (зеленый).

Вы можете ясно видеть, как задержка распространения становится все меньше и меньше. Курсоры установлены на 50% от входного сигнала и на 50% от самой быстрой схемы и показывают очень небольшую разницу только в 3 нс. Если я найду время, я также могу взломать схему и добавить реальные фотографии. Тщательная компоновка, безусловно, будет необходима для достижения времени задержки менее 10 нс в реальности.

Редактировать № 2:

Макет работает хорошо и показывает задержку <10 нс на моем диапазоне 150 МГц. Фотографии будут позже на этой неделе. Пришлось использовать мои хорошие пробники, потому что дешевые показали не намного больше, чем звон ...

Редактировать № 3:

Хорошо, вот макет:

$\Omega$$\Omega$$\Omega$$\mu$

На первом снимке экрана показаны формы входных и выходных сигналов при 100 нс / дел и 2 В / дел для обеих трасс. (Область применения - Tektronix 454A.)

На втором и третьем скриншотах показаны переходы от низкого к высокому и от высокого к низкому на входе с 2 нс / дел (основание по времени 20 нс с дополнительным 10-кратным горизонтальным увеличением). Трассы теперь центрированы вертикально на экране для облегчения отображения задержки распространения с 1 В / дел. Симметрия очень хорошая и показывает разницу <4 нс между входом и выходом.

Я бы сказал, что мы действительно можем доверять моделируемым результатам.

Время нарастания и спада, скорее всего, быстрее в реальности и ограничено временем нарастания прицела, но я не могу думать ни о какой причине, почему задержка между двумя сигналами не должна отображаться правильно.

Есть одна вещь, на которую следует обратить внимание: при каждом переходе от низкого к высокому и от высокого к низкому уровню два транзистора имеют тенденцию к очень короткому перекрестному поведению. При более высоких частотах входного сигнала (прибл.> 2 МГц) схема инвертора начинает принимать большой ток и делает странные вещи ...

Вы не получите 10-20 нс производительности от таких отдельных частей. Как сказал Зебонавт, диод Шоттки не в том месте для Q9. Они всегда идут между коллектором и базой.

Нет никакого способа, которым это будет работать на скорости, которую вы хотите с 5 кОм в пути прохождения сигнала. Учтите, что постоянная времени 5 кОм и 10 пФ составляет 50 нс. На практике будут присутствовать некоторые последовательные индуктивности и другие вещи, которые также замедляют сигналы. Вам нужно будет использовать гораздо более низкие сопротивления, чтобы достичь скорости переключения около 10 нс. Какова емкость диодов Шоттки? Обратите внимание, что это умножается на базу. Эффективная емкость, которую должен выдерживать резистор, вероятно, значительно превышает 10 пФ.

Если у вас нет опыта проектирования радиочастотных схем, в том числе схемы, такие скорости являются областью интегрированных микросхем.