Аналоговое множительное устройство

(б ) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 10.12. 79 (21) 2869189/18-24с присоединением заявки йЪ(06 6 7/16 Ьвударетуалай комитет СССР по делам вэоаретений и впрытвй(72) Авторы изобретения В, Н. Галкин и В. А. Пикулев енинградский ордена Ле институт им. В. И.) Заявител 54) АНАЛОГОВОЕ МНОЖИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в радиотехнических устройствах различного назначения, в частности в детекторах, и как самостоятельная интегральная микросхема (ИМС) .Известны умножители на биполярных транзисторах, широко используемые как самостоятельные микросхемы и как узлы различных микросхем.тоПолучили распространение умножители на МДП-транзисторах, имеющие ряд характеристик лучше, чем умножители на биполярных транзисторах. Эти устройства используются и как самостоя 15 тельные узлы 1,Недостатком их является низкая точность умножения.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является множительное устройство, содержащее четыре одинаковых умножающих МДП-транзистора и два нагрузочных МДП-транзистора, затворы умножающих МДП-тран;."А ина электрот ческий Ульянова (Пенййй 3 -Ъ зисторов являются первым входом устройства, попарно объединенные истоки умножающих МДП-транзисторов подключены к стокам опорных МДП-транзисторов, затворы которых являются вторым входом устройства, стоки умножающих транзисторов подключены к истокам соответствующих нагрузочных МДП-транзисторов и является выходом устройства, затворы и стоки нагрузочных МДП- транзисторов объединены и подключены к первой шине питания, истоки опорных МДП-транзисторов объединены и подключены к выходу стабилизатора тока, образованного двумя усилительными и двумя нагрузочными МДП-транзисторами Входы стабилизатора тока подключены к соответствующим шинам питания 2.,Недостатком этого устройства является низкая точность умножения, обусловленная недостаточно хорошей линейностью характеристики и невысоким подавлением синфазных помех, а также небольшой диапазон изменения3 93250 сигналов, обусловленный недостаточным коэффициентом умножения.Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона изменения входных сигналов. 5Поставленная цель достигается тем, что в аналоговое множительное устройство, содержащеее четыре умножающих МДП-транзистора одного типа проводимости, два опорных МДП-транзистора 10 того же типа проводимости и два нагрузочных МДП-транзистора, истоки первого и второго умножающих МДП-транзисторов объединены и подключены к стоку первого опорного МДП-транзистора, истоки третьего и четвертого умножающих МДП-транзисторов объединены .и подключены к стоку второго опорного МДП-транзистора, затворы первого и четвертого умножающих МДП-транзисторов объединены и подключены к первой входной шине устройства, затворы второго и третьего умножающихМДП-транзисторов объединены и подключены ко второй входной шине устройства, первая и вторая входные шины являются первым входом устройства, затворы первого и второго опорных МДП-транзисторов являются вторым входом устройства, стоки первого и .третьего умножающих МДП-транзисторов объединены и подключены к первой выходной шине устройства и к стоку первого нагрузочного МДП-транзистора, стоки второго и четвертого умножающих МДП- транзисторов объединены и подключены35 к второй выходной шине устройства и, к стоку второго нагрузочного транзистора, первая и вторая выходные шины являются выходом устройства, затвоо ры первого и второго нагрузочных МДП-транзисторов объединены, стоки первого и второго нагрузочных МДП- транзисторов объединены и подключены к первой шине питания, два усилительных ИДП- транзистора, третий и четвертый нагрузочные МДП-транзисторы, затворы третьего и четвертого нагрузочных ИДП-транзисторов и сток третьего нагрузочного МДП-транзистора объединены и подключены к первой шине питания, исток третьего нагрузочного МДП-транзистора, сток первого усилительного МДП-транэистора и затвор второго усилительного МДП-транзистора объединены, исток второго усилительного МДП-транзистора, сток четвертого нагруэочного МДП-транзистора и затвор первого усилительного 6 4МДП-транзистора объединены, истокипервого усилительного и четвертогонагрузочных МДП-транэисторов объединены и подключены ко второй шине питания, сток второго усилительногоМДП-транзистора и истоки первого ивторого опорных МДП-транзисторовобъединены, введены третий и четвертый усилительные МДП-транзисторы ипятый, шестой и седьмой нагрузочныеМДП-транзисторы, первый и второйнагрузочные ИДП-транзисторы имеюттип проводимости, противоположныйтипу проводимости умножающих МДПтранзисторов, стоки третьего и четветого усилительных ИДП-транзисторовобъединены и подключены к первой шине питания затворы соответственноподключены к стокам третьего и четвертого умножающих МДП-транзисторов,а исток подключен к объединенным стоку и затвору седьмого нагрузочногоМДП-транзистора и к затворам первогои второго нагрузочных МДП-транзисторов, затвор пятого нагрузочного МДПтранзистора, сток и затвор шестогонагруэочного МДП-транзистора и истокседьмого нагрузочного МДП-транзистора объединены, сток и исток пятогонагруэочного МДП-транэистора подклюмены соответственно к стоку и истоку четвертого нагрузочного МДП-транзисто. ра.На чертеже приведена принципиальная схема аналогового. множительногоустройства,Аналоговое множительное устройство содержит четыре умножающих МДПтранзистора 1-ч, два опорных МДПтранзистора 5 и 6, нагрузочные МДПтранзисторы 7 и 8, усилительные МДПтранзисторы 9 и 1 О, нагруэьчные МДПтранзисторы 11 и 12, МДП-транзисторы9- 12 образуют двухвходовый повторитель, усилительный МДП-транзистор 13,нагрузочные МДП-транзисторы 11-16,усилительный транзистор 17, МДП-транзисторы 13-17 образуют токостабилиэатор.На чертеже также обозначены первая 18 и вторая 19 входные шины, обраэующие первый вход устройства, третья 20 и четвертая 21 входные шины, образующие второй вход устройства, первая 22 и вторая 23 шины питания, первая 24 и вторая 25 выходные шины, образующие выход. устройства.Аналоговое множительное устройство работает следующим образом,9325 5Характеристика тока стока МДПтранзистора в режиме насыщения имеетвид,=- РЦ,-ОР (, (42где- удельная крутизна; О и - напряжение смещения затвор-исток;15 и пор пороговое напряжение.Если на входы устройства податьдва парафазных сигнала: на вх. 104, на вх. 1" -Б и соответственно 10на вх. 2 02, на вх. 2 Ц -Ц 2, то получим ток в каждом нагрузочном плече1 югР = М, +ВЦ 4+СЦ 1 г+ц+Ецг+Г, ).2)2 21где коэффициенты А, В, С, Р, Е, Г - 15Функции от удельных крутизн МДП-транзисторов 1 1 5 7,8,13,14 и 15 соответственно и напряжений смещений наих затворах Ц,5 н 3. = 1,15,7,8,1314,1520Полезным сигналом будет составляющая С Ц 1 0, где С - коэффициент умножения; И 31 и Е 2 - остаточные напряжения - нежелательные сигналы перем-.ножения; А 13 и П 1 - нелинейные иска- р 5жения, также нежелательные составляющие.; Р - постоянная составляющая то"ка. Составляющие В 1.14 и Е 13 на выходепротивофазны и подавление их можно "осуществить только балансом схемы,который состоит в одинаковости удельных крутизн ИДП-транзисторов 1,2 и14,15 между собой т.е. , = ) = = 14 = Ю, их смещений на затвоЭщ =М = Им = ЗИ З 5а такие пороговых напряжений; ба.ланс также требует (3 т =90307Ц%19 т ЗИПОр 7 13 ИПОР 9Р 13 Рв "МЕ = "МВ ЪООРЭ = "ЭИПОРВТаким образом, степень достижения баланса зависит от качества технологии1,возможность создания строго идентичных .структур) и тем самым определяется степень подавления остаточных напряжений перемножителя. Составляющее АЦ и 1% на выходе синфазны и зависят от свойств устройства подавлять синфазные помехи. Напряжение на выходе устройства и коэффициент умножения определяется величиной сопротив 50 лений в нагрузке плеч. Имеембах нагрнегр (з)и линейность умножителя определяется линейностью нагрузки. В прототипеимеем557 могр 1)з)(з) Рзр)1. вью.зи пор1), 4)При тех же параметрах нагрузочныхтранзисторов, что и в прототипе 06 6(геометрических размерах, токе стока и потенциалах смещения на затворах), величина 1/Енагр (Формула 4)будет значительно больше, чем в прототипе, так как она будет определяться величиной дифференцильного выходного сопротивления йс = 1/Сср нагрузочных транзисторов, а не их крутиз-ной. Известно, чтосипоэтому коэффициент умножения будетбольше. Поскольку величина Ссн значительно меньше зависит от ЦВЬ)Х, чемкрутизна 5, то предлагаемое устройство будет обладать большей линейностью. Однако такое включениенагрузочных МДП-транзисторов и следующие изэтого включения преимущества можнореализовать при включении их затворов на выход двухвходового повторителя, затворы усилительных МДП-транзисторов которого подключены к разным выходным шинам устройства, авыход повторителя - к затвору одного из нагрузочных МДП-транзисторовтокостабилизатора.Включение в устройство повторителя указанным способом уменьшает нестабильность и одновременно увеличива-,ет подавление синфазных помех по срав"нению с прототипом,Подавление синфазных помех (или - что то же самое - стабилизация потенциалов), возникших на выходных шинах вых. 1 и вых. 2 устройства, происходит под действием двух петель отрицательной обратной связи, перваячерез входы повторителя и затворынагрузочных МДП-транзисторов, вторая - через входы повторителя и зат-,вор токостабилизатора 17), ЭФфектыот действия этих петель суммируютсяи подавление синфазных помех больше,чем в прототипе, в котором петли обратной связи отсутствуют вовсе) Преимуществом предлагаемого множительного устройства по сравнению с известным является использование в нагрузке умножающих транзисторов МДП-транзисторов с противоположным типом проводимости и повторителя, так как улучшаются его основные ха" рактеристики: коэффициент умножения, линейность,.подавление синфазных помех, что приводит к значительно повышенной точности и расширяет динамическйй диапазон входных сигналов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе451. Гребен А. Б, Проектированиеаналоговых интегральных схем. М.,"Мир", 1976.2. Патент США Р 3956643 кл 235-194,опублик. 11.05,76 (прототип),Аналоговое множительное устройство,содержащее четыре умножающих МДП-транзистора одного типа проводимости, два 5опорных МДП-транзистора того же типа проводимости и два нагрузочных МДПтранзистора, истоки первого и второгоумножающих МДП-транзисторов объеди нены и подключены к стоку первого опорного МДП-транзистора, истоки третьего и четвертого умножающих МДП-транзисторов объединены и подключены кстоку второго опорного МДП-транзистора, затворы первого и четвертого умножающих МДП-транзисторов объединеныи подключены к первой входной шинеустройства, затворы второго и третьего умножающих МДП-транзисторовобъединены и подключены к второй2 Овходной шине устройства, первая и вторая входные шины являются первым входом устройства, затворы первого ивторого опорных МДП-транзисторов являются вторым входом устройства, стоки первого и третьего умножающихМДП-транзисторов объединены и подключены к первой выходной шине устройства и к стоку первого нагрузочного МДП"транзистора, стоки второгои четвертого умножающих МДП-транзисторов объединены и подключены к второйвыходной шине устройства и к стокувторого нагрузочного транзистора, первая и вторая выходные шины являются вы 35ходом устройства, затворы первого и второго нагрузочных МДП-транзисторовобъединены, стоки первого и второгонагрузочных МДП-транзисторов объединеНы и подключены к ерой шине а,два усилительных МДП-транзистора,третий и четвертый нагрузочные МДПтранзисторы, затворы третьего и четвертого нагрузочных МДП-транзисторови сток третьего нагрузочного МДПтранзистора объединены и подключенык первой шине питания, исток третьего нагрузочного МДП-транзистора,сток первого усилительного МДП-тран 1 06 8зистора и затвор усилительного МДП- транзистора объединены, исток второго усилительного МДП-транзистора, сток четвертого нагруэочного МДП- транзистора и затвор первого усилительного МДП-транзистора объединень, истоки первого усилительного и четвертого нагрузочных МДП-транзисторов объединены и подключены к второй шине питания, сток второго усилительного МДП-транзистора и истоки первого и второго опорных МДП-транзисторов объединены, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности и расширения динамического диапазона входных сигналов, в него введены третий и четвертый усилительные МДП-транзисторы и пятый, шестой и седьмой нагрузочные МДП-транзисторы, первый и второй нагрузочные МДП- транзисторы имеют тип проводимости, противоположный типу проводимости умножающих МДП-транзисторов, стоки третьего и четвертого усилительных МДП- транзисторов объединены и подключены к первой шине питания, затворы соответственно подключены к стокам третьего и.четвертого умножающих МДП-транзисторов, а исток подключен . к объединенным стоку и затвору седьмого нагрузочного МДП-транзистора и к затворам первого и второго нагрузочных МДП-транзисторов, затвор пятого нагрузочного МДП-транзистора, сток и затвор шестого нагруэочного МДП- транзистора и исток седьмого нагрузочного МДП-транзистора объединены, сток исток пятого нагрузочного МДП-транзистора подключены соответственно к стоку и истоку четвертого нагруэочного МДП-транзистора.оставител ехре 8 3. оо Л. Бокша о го комитет ний и откр Раушская н лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,Реоактоо И, ТкаЗаказ 3786/70ВНИИПИпоЛ 3 Ь Тираж 732сударственнлам изобретесква, жг Т. Сапуноваанта КоррПодпа СССРытийа Я