Аналоговый четырехквадрантный умножитель

(19) (11) 8228 584 С 06 С 7/1 В.Е ьсъ,г.Л . )Л еский АНТНЫЙ электритвам аналого- Целью ние диГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(57) Изобретение относится кческим вычислительным устроии может быть использовано ввых вычислительных машинах.изобретения является расшир намического диапазона, повышение точности и снижение мощности потребления. Аналоговый четырехквадрантныйумножитель содержит преобразователи13 напряжение - ток,преобразователи 4 и 5 ток - напряжение, резисторы 6 и 7 нагрузки, усилительные полевые транзисторы 819, регулируемые источники 20, ,25 напряжениясмещения, регулируемые источники2631 напряжения сопряжения,входные шины первого сигнала-.сомножителя, входные шины второго сигнала-сомножителя, выходные шины, шиныпитания, шину опорного напряжения,Перемножение двух сигналов-сомножителей в умножителе производится пометоду переменной крутизны. 2 з.п.ф-лы, 4 ил,1478228 вых вычислительных машинах, кЦелью изобретения является расширение динамического диапазона, повышение точности и снижение мощностипотребления.На фиг.1 иэЬбражена функциональная схема аналогового четырехквадрантного умножителя; на фиг.2 и 3функциональные схемы регулируемогоисточника напряжения смещения и регулируемого источника напряжения сопряжения соответственно; на фиг.4графики зависимости выходных токовтретьего преобразователя напряженияв ток от входного напряжения (сплошная линия) и передаточной характеристики третьего. преобразователя напряжения в ток (пунктирная линия),Умножитель содеркит первый 1,второй 2 и третий 3 преобразователинапряжения в ток, первый 4 и второй 255 преобразователи ток - напряжение,первый 6 и второй 7 резисторы нагрузки, с первого по двенадцатый усили"тельные полевые транзисторы 8-19, спервого по шестой регулируемые источники 20-25 напряжения смещения, спервого по шестой регулируемые источники 26-31 напряжения сопряжения,первую 32 и вторую 33 входные шиныпервого сигнала-сомножителя, первую34 и вторую 35 входные шины второгосигнала-сомножителя, первую 36 ивторую 37 выходные шины, первую шину38 питания, шину 39 опорного напряжения, вторую шину 40 питания, тринадцатый усилительный полевой транзистор 41, повторитель 42 напряжения,регулируемый источник 43 тока смеще-.ния, первый 44 и второй 45 выводыи вход 46 управления регулируемого 45источника напряжения смещения, счетырнадцатого по семнадцатый усилительные полевые транзисторы 47-50,регулируемый источник 51 тока сопряжения, первый 52 и второй 53 выводыи вход 54 управления регулируемогоисточника напряжения сопряжения. Чу + Чх )(2) Изобретение относится к электрическим вычислительным устройствам и может быть использовано в аналогоУмножитель работает следующим образом.55Работа умножителя основана на реа-лизации метода переменной крутизны.При подаче на вход третьего преобразователя 3 напряжения в ток с первой 34 и второй 35 входных шин напряжения второго сигнала-сомножителя на его выходах протекают токи, разность оторых равна1 1(Ч+Ч) К(Ч, Ч)41 с Чв Чу, (1) где 1 с, Чв - постоянйые параметры;Ч - напряжение второго сигУнала-сомножителя.Первый выходной ток третьего преобразователя 3 напряжения в ток посредством первого преобразователя 4 ток - напряжение, в качестве которого может быть использован диодновключенный полевой транзистор, 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 второй выходной ток третьего преобразователя 3 напряжения в ток посредством второго преобразователя 5 ток напряжение изменяет крутизну второго преобразователя 2 напряжения в токвследствие изменения значений напряжения между первым и вторым выводами третьего 22 и четвертого 23 регулируемых источников напряжения сме" щения 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 с первой 32 и второй 33 входных шин первого сигнала-сомножителя описываются выражениями Выходной ток с первой 36 и второй 37 выходных шин описывается выражением1= (1+ 1)-(1+ 1,),(3)Подставляя (2) в (3),получаем1 вых = 4 Чх Чу(4)Напрякение между первой 36 и второй 37 выходными шинамиБ вых= 41 сВ Чх Чу э . (5) где К - сопротивление идентнчных первого 6 и второго 7 резисторов нагрузки.Методы реализации регулируемого источника напряжения смещения, напряжение которого определяет крутизну соответствующего преобразователя напряжения в ток, могут быть различны, Разность потенциалов между первым 44 и вторым 45 выводами (фиг.2) рав- на 1 Т/1 с + здор 10 где 1 - ток регулируемого источника43 тока смещения;1 с - крутизна тринадцатого усилительного полевого транзистора 41; 5Чор- пороговое напряжение полевого транзистора 41.Указанная разность потенциалов требуется для нормальной работы.Значение напряжения регулируемо го источника напряжения сопряжения(фиг,З) определяет значение крутизны соответствующего преобразователянапряжения в ток при больших уровняхсигналов-сомножителей. При выборе 25отношения ширины канала к длине кд(7) где- значение тока регулируемогоисточника тока сопряжения 51,Указанная величина напряжения требуется для нормальной работы умножителя,11 ри реализации всего умножителя винтегральном исполнении изменение токов всех используемых регулируемыхисточников тока пропорционально притемпературных изменениях окружающейсреды. В соответствии с этим пропорционально изменяются и напряжения источников напряжения смещения, что55приводит к сохранению точности работы в широком диапазоне температур,Таким образом, в умножителе отсутствует связь между точностью рабонала четырнадцатого усилительногополевого транзистора 47 в девять разменьше отношенияширины канала к длине канала пятнадцатого усилительного 30полевого транзистора 48, размеры канала которого совпадают с размерамиканала входных полевых транзисторовпервого 1, второго 2 и третьего 3преобразователей напряжения в ток,напряжение между первым 52 и вторым53 выводами определяется разностьюнапряжений затвор - исток четырнадцатого 47 и пятнадцатого 48 усилительных полевых транзисторов и равно 40 ты, зндченис и тспса потребления и значением максимально допустимого входного напряжения. Это приводит к тому, что максимально допустимое входное напряжение умножителя ограничивается лишь допустимыми технологическими параметрами процесса производства полевых транзисторов; напряжением пробоя сток - исток,напряжением пробоя диэлектрика затвора, в случае использования МДП-транзисторов, д также энэчением напряжения используемых источгппсо питания. Кроме того, в умножителе постоянный уровень точности работы сохраняется во всем используемом диапазоне входных напряжений. Величина тока потребления ум.ножителя влияет лишь на значение ширины полосы рабочих частот и не оказывает влияния на значение точности работы при различных уровнях входного напряжения, т,е. умножитель обладает сниженной мощностью потребления, Предлагаемый умножитель по сравнению с известным обладает расширенным динамическим диапазоном, повышенной точностью работы и сниженной мощностью потребления.Формула изобретения1.Аналоговый четырехквадрантный 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, выполненньгй 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 транзисторах и пятом и шестом регулируемых источниках напряжения смещения, затворы первого и четвертого усилительных полевых транзисторов соединены с первыми выводами соответственно второго и третьего регулируемых источников напряжения смещения и являются первой входной шиной первого сигнала-сомножителя умножителя, затворы второго и третьего усилительных полевых транзисторовсоединены с первыми выводами соответственно первого и четвертого регу"лируемых источников напряжения смещения и являются второй входной шиной первого сигнала-сомножителя умножителя, затворы пятого и шестого усилительных полевых транзисторов соединены с первым выводом соответственно шестого и пятого регулируемьж источников напряжения смещения и являются соответственно первой и второйвходными шинами второго сигнала-сомножителя умножителя, входы управления. пятого и шестого регулируемых источников напряжения смещения соединены с шиной опорного напряжения, стоки пятого и шестого усилительных полевых транзисторов соединены с входами соответственно первого и второгопреобразователей ток - напряжение,выход первого преобразователя токнапряжение соединен с входами управления первого и второго регулируемых источников напряжения смещения,выход второго преобразователя токнапряжение соединен с входами управления третьего и четвертого регулируемых источников напряжения смещения, стоки. первого и третьего усилительных полевых транзисторов соединены и через первый резистор нагрузки подключены к первой шине питания, стоки второго и четвертогоусилительньж полевых транзисторовсоединены и через второй резисторнагрузки подключены к первой шине .питания, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью расширения динамического диапазона, повьшения точности и снижения мощности потребления,в первый преобразователь напряженияв ток введены седьмой и восьмой усилительные полевые транзисторы и первый и второй регулируемые источникинапряжения сопряжения, во второйпреобразователь напряжения в токдевятый и десятый усилительные полевые транзисторы и третий и четвертыйрегулируемые источники напряжениясопряжения, в третий преобразовательнапряжения в ток - одиннадцатый идвенадцатый усилительные нолевыетранзисторы и пятый и шестой регулируемые источники напряжения сопряжения, исток первого усилительного полевого транзистора соединен с вторымвыводом первого регулируемого источ -цика напряжения смещения и истоком45 50 55 5 10 15 20 25 303540 седьмого усилительного полевого транзистора, затвор которого соединен с первым выводом первого регулируемого источника напряжения сопряжения, второй вывод которого соединен с затвором первого усилительного полевого транзистора, сток которого соединен со стоком восьмого усилительного полевого транзистора, исток второго усилительного полевого транзистора соединен с вторым выводом второго регулируемого источника напряжения смещения и с истоком восьмого усилительного полевого транзистора, затвор которого соединен с первым выводом второго регулируемого источника напряжения сопряжения, второй вывод которого соединен с затвором второго усилительного нолевого транзистора, сток которого соединен со стоком седьмого усилительного полевого транзистора, исток третьего усилительного полевого транзистора соединен с вторым выводом третьего регулируемого источника напряжения смещения и истоком девятого усилительного полевого транзистора, затвор которого соединен с первым выводом третьего регулируемого источника напряжения сопряжения, второй вывод которого соединен с затвором третьего усилительного полевого транзистора, сток которого соединен со стоком десятогоусилительного полевого транзистора,исток четвертого усилительного полевого транзистора соединен с вторым выводом четвертого регулируемого 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 стоком девятого усилительного полевого транзистора,ист птоо усилительноо полевоготранзистора соединен с вторым выводом пятого усилительного полевоготранзистора, затвор которого соединен с первым выводом пятого регулируемого источника напряжения сопряжения, второй вывод которого соединенс затвором пятого усилительного полевого транзистора, сток которого соединен со стоком двенадцатого усилительного полевого транзистора, истокшестого усилительного полевого транзистора соединен с вторым выводом шестого регулируемого источника напряжения смещения и истоком двенад цатого усилительного полевого транзистора,затвор которого соединен с первым выводом шестого регулируемого источника напряжения сопряжения, второй вывод которого соединен с эат вором шестого усилительного полевого транзистора, сток которого соединен со стоком одиннадцатого усилительного полевого транзистора, входы управления первого и второго регули руемых источников напряжения сопряжения соединены с выходом первого преобразователя ток - напряжение, входы управления третьего и четвертого регулируемых источников напряжения сопряжения соединены с выходом второго преобразователя ток - напряжение, входы управления пятого и шестого регулируемых источников напряжения сопряжения соединены с шиной опорного напряжения, стоки второго и третьего усилительных полевых транзисторов являются соответственно первой и второй выходными шинами умножителя.30 2,умножитель по п,1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что каждый регулируемый источник напряжения смещения содержит тринадцатый усилительный полевой транзистор, регулируемый источник тока смещения и повторитель напряжения затвор тринадцатого усиУлительного полевого транзистора является первым выводом регулируемого 40 источника напряжения смещения, сток тринадцатого усилительного полевого транзистора соединен с первой шиной питания, а исток соединен с первым выводом регулируемого источника то ка смещения и входом повторителя на. пряжения, выход которого являетсявторым выводом регулируемого источника напряжения смещения, второй вывод регулируемого источника тока смещения соединен с второй шиной питания, а его вход управления являетсявходом управления регулируемого источника напряжения смещения,З.умножитель по п,1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что,с цельюповышения точности в широком диапазоне температур, каждый регулируемыйисточник напряжения сопряжения содержит четырнадцатый и пятнадцатыйусилительные полевые транзисторы итипа проводимости, шестнадцатый и. семнадцатый усилительные полевые.транзисторы р-типа проводимости и регулируемый источник тока сопряжения,затвор четырнадцатого усилительногополевого транзистора является вторымвыводом регулируемого источника напряжения сопряжения, сток четырнадцатого усилительного полевого транзистора соединен со стоком и затвором шестнадцатого усилительного полевого транзистора и затвором семнадцатого усилительного полевого транзистора, сток которого соединен с затвором и стоком пятнадцатого усилительного полевого транзистора и является первым выводом регулируемого источника напряжения сопряжения, истоки четырнадцатого и пятнадцатого усилительных полевых транзисторов соеди" иены 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.478228 У Составитель О.ОтрадновРедактор И.Шулла Техред Л.Сердюкова Ко ор А.Обруча роиэводственно-издательский комбинат "Патент", г,ужгород, ул, Гагарина,1 Заказ 2365/49ВНИИПИ Государ Тираж венного комитета 113035, Москва, Ж по иэобре -35, Рауш Подписноениям и открытиям при ГЕНТ СССРая наб., д. 4/5