Аналоговый четырехквадратный умножитель

Аналоговый четырехквадратный умножитель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электрическим вычислительным устройствам и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах. Целью изобретения является расширение динамического диапазона, повышение точности преобразования и снижение мощности потребления. Аналоговый четырехквадрантный умножитель содержит с первого по третий преобразователи 1-3 напряжения в ток, первый и второй преобразователи 4 и 5 тока в напряжение, первый и второй резисторы 6 и 7 нагрузки, с первого по двенадцатый усилительные полевые транзисторы 8-19, с первого по шестой регулируемые источники 20-25 напряжения смещения, с первого по шестой регулируемые источники 26-31 напряжения сопряжения, первую шину 32 питания, шину 33 опорного напряжения, входные шины 34-37 первого и второго сигналов-сомножителей, выходныешины 38 и 39. Принцип работы умножителя основан на реализации метода переменной крутизны. 4 ил.

А1 союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„ i4746 д)1 ) GG 7/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ по изОБРетениям и ОтнРытиям

ПРИ ГКНТ СССР. (21) 4235585/24-24 (22),24.04.87 (46) 23.04.89. Бюл. Я - .15 (71) Московский инженерно-физический институт (72) А.М.Кузюкин (53) 681.335(088.8) (56) Патент США У 3689752, кл. G 06 6 7/)6, опублик, )972, IEEE Journal Solid State Sircuits

December, 1986, VSC-21, N - 6, р.ll20;1 122, f ig 1.

{54) АНАЛОГОВЫЙ ЧЕТЫРЕХКВАДРАНТНЬЙ

УМНОЖИТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электрическим вычислительным устройствам и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах. Цель изобретения — расширение динамического диапазона, повышение точности преобразования и снижение мощности потребления. Аналоговый четырехквадрантный умножитель содержит с первого по третий преобразователи 1-3 напряжения в ток, первый и второй преобразователи 4 и 5 тока в напряжение>первый и второй резисторы 6 и

7 нагрузки, с первого по двенадцатый усилительные полевые транзисторы 819, с первого по шестой регулируемые источники 20-25 напряжения смещения, с первого по шестой регулируемые источники 26-31 напряжения сопряжения, первую шину питания 32, шину опорного напряжения 33, входные шины

34-37 первого и второго сигналовсомножителей, выходные шины 38 и 39.

Принцип работы умножителя основан на реализации метод; переменной крутизны. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

14?4685

Изобретение относится к электрическим вычислительным устройствам и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах.

Целью изобретения является расширение динамического диапазона, повышение точности преобразования и снижение мощности потребления.

На фиг.1 изображена функциональная схема аналогового четырехквадрантного умножителя; на фиг.2 — функциональная схема регулируемого источ- ника напряжения смещения; на фиг.3 — 15 функциональная схема регулируемого источника напряжения. сопряжения, на фиг.4 - графики зависимости выходных токов: третьего преобразователя напряжения в ток от входного напряжения (сплошная линия) и график передаточной характеристики третьего преобразоватедя напряжения в ток (пунктирная линия). !

На схемах обозначены первый.1, второй 2,и третий 3 преобразователи напряжения в ток, первый 4 и второй

5 преобразователи тока в напряжение, . первйй 6 и второй 7 резисторы на- 30 грузки, с первого по двенадцатый усилительные полевые транзисторы 8 - 19, с первого по шестой регулируемые источники 20 — 25 напряжения смещения, с первого по шестой регулируемые ис- 35 точники 26 - 31 напряжения сонряже" ния, первая шина 32 питания, шина 33 .опорного напряжения, первая 34 и вторая 35 входные шины первого сигнала" сомножителя первая 36 и вторая 37 10 входные шины второго сигнала-сомножителя, первая 38 и вторая 39 выходные шины, тринадцатый усилительный полевой транзистор 40, регулируемый ис" точник 41 тока смещения, повторитель

42 напряжения, первый 43 и второй 44

j выводы регулируемого источника напряжения смещения, вход 45 управления, первая 46 и вторая 47 шины питания, четырнадцатый 48 и пятнадцатый 49 усилйтельные полевые транзисторы птипа, шестнадцатый 50 и семнадцатый

51 усилительные полевые транзисторы р-типа, регулируемый источник 52 тока сопряжения, первый 53 и второй

54 выводы регулируемого источника напряжения сопряжения, вход 55 управления, первая 56 и вторая 57 шины питания.

Х, 2,1 т„, 2,2 где I;

= 1<(7 + Чз + Võ)2;

k(V Чу U» )

k(U + U„- 7» ), (3)

1 (в Ug +»х)» — выходной ток i-го выхода

j-го преобразователя напряжения в ток (i, j =1, 2), Аналоговый четырехквадрантный умножитель работает следующим образам.

Принцип действия основан на использовании метода переменной крутизны, При подаче на входные шины 36 и

37 напряжения второго сигнала-сомножителя на выходах третьего преобразователя 3 напряжения в ток протекают токи

k(U + Ч„) (1)

I, = =k(U - V>) где 1< V — постоянные параметры, 7 — напряжение второго сиг5 нала-сомножителя.

Разность этих токов описывается выражением

>=, — Х2=41ЧU„(2)

При этом первый выходной ток третьего преобразователя 3 напряжения в ток посредством первого преобразователя 4 тока в напряжение, в качестве которого может быть использован полевой транзистор в диодном включении, изменяет крутизну первого преобразователя 1 напряжения в ток . вследствие изменения значений напряжения между первым и вторым выводами первого 20 и второго 21 регулируемых источников напряжения смещения и первого 26 и второго 27 регулируемых источников напряжения сопряжения.

Одновременно с этим второй выходной ток третьего преобразователя 3 напряжения в ток посредством второго преобразователя 5 тока в напряжение изменяет крутизну второго преобразователя 2 напряжения в ток вследствие изменения значений напряжения между первым и вторым выводами третьего 22 и четвертого 23 регулируемых источников напряжения смещения и третьего

28 и четвертого 29 регулируемых источников напряжения сопряжения. Соответствующие значения выходных токов первого 1 и второго 2 преобразователей напряжения в ток при подаче на их входы напряжения первого сигналасомножителя с входных шин 34 и 35 описываются выражениями!

474685

15 пряжения .

Следует заметить, что при реализации всего умножителя в интегральном исполнении изменение токов всех

Ток на выходе умножителя описывается выражением

Евых= (Е i + I ) (I 2 + Ег2) (4)

После подстановки в (4) выражений (3) получают

Евых = 41< V„VB ° (5)

Выходное напряжение

Пвых = 4 с (6) где R — величина сойротивления идентичных резисторов нагрузки, Методы реализации регулируемых источников напряжения смещения, значения напряжений которых определяют значения крутизны соответствующих преобразователей напряжения в ток, могут быть различны. Схема регулируемого источника напряжения смещения (фиг.2) имеет разность напряжений между выводами 43 и 44, равную 20 — -+Ц

I (7) пор где I — значение тока регулируемого источника 4 l тока смещения;

25 — крутизна тринадцатого усилительного полевого трайзистора 40;

U — пороговое напряжение (парапор метр полевого транзистора).

Значения напряжений сопряжений определяют значения крутизны соответствующих преобразователей напряжения . в ток при больших уровнях входного напряжения. При выборе отношения ширины канала к длине канала четырнад-. 35 цатого усилительного полевого транэис.

1 тора 48 в 9 раз меньше отношения ширины канала к длине канала пятнадцатого усилительного полевого транзистора 49, размеры канала которого сов- 40 падают с размерами канала входных полевых транзисторов первого 1, второго 2 и третьего 3 преобразователей напряжения в ток, получают, что напряжение.между первым 53 и вторым

54 выводами определяется разностью напряжений затвор — исток четырнадцатого 48 и пятнадцатого 49 усилительных полевых транзисторов.

Величина этого напряжения 50

Е (8) где I — значение тока регулируе- мого источника 52 тока соиспользуемых регулируемых источников тока пропорционально при темпЕратурных изменениях окружающей среды.

В соответствии с этим пропорционально изменяются и напряжения источников напряжения смещения, что приводит к сохранению -точности преобразования умножителя в широком диапазоне температур.

Таким образом, в умножителе отсутствует связь между точностью преобразования, значением тока потребления и значением максимально допустимого-входного напряжения, Зто приводит к тому, что максимально допустимое входное напряжение умножителя ограничивается лишь допустимыми тех/ нологическжки параметрами процесса производства полевых транзисторов: напряжением пробоя сток-исток, напряжением пробоя диэлектрика затвора в случае использования ИДП-транзисторов, а также значением напряжения используемых источников питания, Кроме того, постоянный уровень точности преобразования сохраняется во всем используемом диапазоне входных напряжений и величина тока потребления влияет лишь на значение ширины полосы рабочих частот и не оказывает влияния на значение точности преобра" зования при различных уровнях входного напряжения.

В результате аналоговый четырехквадрантный умножитель обладает расширенным динамическим диапазоном, повышенной точностью преобразования и сниженной мощностью потребления, Формула изобретения

1 . Аналоговый че тырехкв адран тный умножитель, содержащий первый и второй преобразователи ток — напряжение, первый и второй резисторы нагрузки, первый преобразователь напряжения в ток, выполненный на первом и втором усилительных полевых транзисторах и первом и втором регулируемых источниках напряжения смещения, второй преобразователь напряжения в ток, выполненный на третьем и четвертом усилительных полевых транзисторах и третьем и четвертом регулируемых источниках напряжения смещения, третий преобразователь напряжения в ток, выполненный на пятом и шестом усилительных полевых .транз«сторах

1474685 и пятом и шестом регулируемых источниках напряжения смещения, затворы первого и четвертого усилительных полевых транзисторов соединены с .первыми выводами второго и третьего регулируемых источников напряжения смещения и являются первой входной шиной первого сигнала-сомножителя умно-. жителя, затворы второго и третьего усилительных полевых транзисторов с соединены с первыми выводами первого и четвертого регулируемых источников напряжения смещения и являются второй входной шиной первого сигналасомножителя умножителя; затворы пятого и шестого усилительных полевых транзисторов соединены с первым выводом соответственно шестого и пятого регулируемых источников напряжения смещения и являются соответственно первой и второй входными шинами второго сигнала-сомножителя умножителя, входы управления пятого и шестого регулируемых источников напряжения смещения соединены между собой и являются шиной опорного напряжения, стоки пятого и шестого усилительных полевых транзисторов соединены с вхо,цами соответственно первого и второго преобразователей ток — напряжение, выходы которых соединены с входами управления соответственно первого и четвертого регулируемых источников напряжения смещения, сток первого усилительного полевого транзистора через первый резистор нагрузки соединен с первой шиной питания, сток четвертого усилительного полевого транзистора через второй резистор нагрузки соединен с первой шиной питания, стоки первого и четвертого усилительных полевых транзисторов являются соответственно первой и второй выходными шинами умножителя, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона, повыше-. ния точности преобразования и снижения мощности потребления, в первый преобразователь напряжения в ток введены седьмой и восьмой усилительные полевые транзисторы и первый и вто-. рой регулируемые источники напряжения сопряжения, во второй преобразователь напряжения в ток введены девятый и десятый усилительные полевые транзисторы и третий и четвертый регулируемые источники напряжения со" пряжения, в третий преобразователь рб пряжения смещения и истоком восьмо—

30 вором третьего усилительного полевог:.

40 транзистора, исток четвертого усили45

5

"5 напряжения в ток введены одиннадцатый и двенадцатый усилительные полевые транзисторы и пятый и шестой регулируемые источники напряжения сопряжения, исток первого усилительного полевого транзистора соединен с вторым выводом первого регулируемого источника напряжения смещения и истоком седьмого усилительного полевого тра.: зистора, затвор которого соединен с первым выводом первого регулируемого источника напряжения сопряжения, второй вывод которого соединен с за вором первого усилительного полевог< транзистора, исток второго усилительного полевого транзистора соединен с вторым выводом второго регулируемого источника наго усилительного полевого транзистора„ затвор которого соединен с первым выводом второго регулируемого источника напряжения сопряжения, второй вывод которого соединен с затвором второго усилительного полевого транзистора, сток которого соединен со стоками первого, седьмого и восьмого усилительных полевых транзисторов, исток третьего усилительного полевого транзистора соединен с вторым выводом третьего регулируемого источни ка напряжения смещения и с истоком девятого усилительного полевого тран зистора, затвор которого соединен с первым выводом третьего регулируемаro источника напряжения сопряжения, второй вывод которого соединен с зат тельного полевого транзистора соединен с вторым выводом четвертого регулйруемого источника напряжения смещения и истоком десятого усилительного полевого транзистора, затвор которого соединен с первым выводом четвертого регулируемого. источника напряжения сопряжения, второй вывод которого соединен с затвором четвертого усилительного полевого транзистора, сток которого соединен со стоками третьего, девятого и десятого усилительных полевых транзисторов, .исток пятого усилительного полевого транзистора соединен с вторым выводом пятого регулируемого источника напряжения смещения и с истоком одиннадцатого усилительного полевого транзистора, затвор которого соеди1474685 нен с первым выводом пятого регулируеМого источника напряжения сопряжения, второй вывод которого соединен с затвором пятого усилительного поле5 вого транзистора, сток которого соединен со стоком двенадцатого усилительного полевого транзистора,.исток шестого усилительного полевого транзистора соединен с вторым выводом шестого регулируемого источника напряжения смещения и с истоком двенадцатого усилительного полевого транзистора, затвор которого соединен с первым выводом шестого регулируемо- 15 го источника напряжения сопряжения, второй вывод которого соединен с затвором шестого усилительного полевого транзистора, сток которого соединен со стоком одиннадцатого. усилительного полевого транзистора, входы управления первого и третьего регулируемых источников напряжения сопряжения соединены с выходом первого преобразователя ток — напряжение и вхо- 25 дом управления третьего регулируемого источника напряжения смещения, входы управления второго и четвертого регулируемых источников напряжения сопряжения соединены с выходом 30 второго преобразователя ток-напряжение и входом управления второго ре,гулируемого источника напряжения сме-! щения, входы управления пятого и шес. того регулируемых источников напряжения сопряжения соединены с шиной опорного напряжения.

2. Умножитель по п, 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что регулируемый источник напряжения смещения со- 40 держит тринадцатый усилительный полевой транзистор, регулируемый источник тока смещения и повторитель напряжения, затвор тринадцатого усидительного полевого транзистора являет- 45 ся первым выводом регулируемого источника напряжения смещения, сток тринадцатого усилительного полевого транзистора соединен с первой шиной питания, а исток соединен с первым выводом регулируемого источника тока смещения и входом повторителя напряжения, выход которого является вторым выводом регулируемого источника напряжения смещения, второй вывод регулируемого источника тока смещения соединен с второй шиной питания, а его вход управления является входом управления регулируемого источника напряжения смещения.

З.Умножитель по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности преобразования в широком диапазоне температур, регулируемый источник напряжения сопряжения содержит. четырнадцатый и пятнадУ цатый усилительные полевые транзисторы первого типа проводимости, например п-типа, шестнадцатый и семнадцатый усилительные полевые транзисторы второго типа проводимости, например р-типа, и регулируемый источник тока сопряжения, затвор четырнадцатого усилительного полевого транзистора является вторым выводом регулируемого источника напряжения сопря жения, сток четырнадцатого усилительного полевого транзистора соединен со стоком и затвором шестнадцатого усилительного полевого транзистора и затвором семнадцатого усилительного полевого транзистора и является первым выводом ре гулируемо го ис точник а напряжения сопряжения, истоки четыр" надцатого и пятнадцатого усилительных полевых транзисторов. соединены с первым выводом регулируемого источника тока сопряжения, вход управления которого является входом управления регулируемого источника напряжения сопряжения, второй вывод регулируемого источника тока сопряжения соединен с второй шиной питания, а истоки шестнадцатого и семнадцатого усилительных полевых транзисторов соединены с первой шиной питания, 1474685

Составитель 0.0традиов

Редактор Н.Бобкова Техред A,Êðàâ÷óê Корректор М. Васильева

Заказ 1897/49 Тираж 667 Подписное

ВНИИПО Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина,101