Аналоговый четырехквадрантный перемножитель

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 06 С 7 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР БРЕТЕНИ,8 вс Кузюкин31(088,8)т США 11 ф 3689752ик, 1972,огпа 1 ой Бо 1 Ы, 1986, У 6,1 а,23 гае Сгрр. 11201 АЛОГОВЪЙ ЧЕТЫРЕХКВАДРАНТНЫЙО)КИТЕЛЬ 54) А 1ЕРЕМ57) Иическможе я к элект стройства в аналог х. Целью зобретение относи им вычислительным быть использоваислительных машин вых в етение относится к электриычислительным устройствамбыть использовано в аналого альная схема рвого, втор иннадцатог о, пядвеов наеским сточнфиг и м вых вычислительных машинах,Целью изобретения является рение динамического диапазона вышение точности и снижение потребляемой мощности.На фиг, изображена функциональная схема аналогового четырехквддрантного перемножителя; на фиг. 2 функциональная схема с первого по четвертый регулируемых источников напряжения смещений; на фиг. 3 функциональная схема пятого. и шеста го регулируемых источников напряжения смещения; на фиг, 4 - функциого, четятый режения сорасшипо ертого и с седьмо о де гулируемых точи в н граф ряжения; ости вых а иг завис ходраэователя ного напря Укт а также граристики трепряжения в ип го работы Перемнож ервый 1, в, 1478230 изобретения является расширение динамического диапазона, повышение точности и снижение потребляемой мощности. Аналоговый четырехквадратныйперемножитель содержит три преобразователя напряжения в ток, два преобразователя ток - напряжение, два резистора нагрузки, двадцать четыреусилительных полевых транзистора,шесть регулируемых источников напряжения смещения, двенадцать регулируемых источников напряжения сопряжениядве шины питания, шину опорного на-пряжения, две входные шины первогосигнала-сомножителя, две входные шины второго сигнала-сомножителя, двевыходные шины, Работа перемножителяоснована на реализации метода переменной крутизны. 4 з.п. ф-лы, 6 ил. того, шестого, од надцатого регулируемьпряжения сопряжения; нкциональчая схема трет ых токов третьего прео напряжения в ток отения (сплошная линияфик передаточной хартьего преобраэопателток, поясняющий принраэователи напряжения в ток, первый4 и второй 5 преобразователи токнапряление, первый 6 и второй 7 резисторы нагрузкис первого по двадцать четвертый усилительные полевыетранзисторы 8-31, с первого по шестой регулируемые источники 32-37 напряления смещения, с первого по двенадцатый регулируемые ГГсточники 38-49 на" Опряжения сопряжения, первую 50 и вто-рую 5 шины питания, шину 52 опорногонапряжения, первую 53 и вторую 54 вход-ные шины первого сигнала-сомножителя,первую 55 и вторую 56 входные шинывторого сигнала-сомножителя, первую57 и вторую 58 выходные шины, двадцать пятый 59 и двадцать шестой 60,усилительные полевые транзисторы,первый регулируемый источник 6 тока 20смещения, первый 62 и второй 63 выводы, вход 64 управления, двадцатьседьмой 65 и двадцать восьмой 66усилительные полевые транзисторы,второй регулируемый источник 67 тока 25смещения, первый 68 и второй 69 выводы, вход 70 управления, с двадцатьдевятого по тридцать второй усилительные полевые транзисторы 71-74,первый регулируемый источник 75 токасопряжения, первый 76 и второй 77 выводы, вход 78 управления, с тридцатьтретьего по тридцать шестой усилительные полевые транзисторы 79-82,второй регулируемый источник 83 тока35сопряжения, первый 84 и второй 85выводы, выход 86 управления,Перемножитель работает следующимобразом,Принцип действия основан на методе переменной крутизны, При подачена вход третьего преобразователя 3напряжения в ток напряжения второгосигнала-сомножителя на его выходахпротекают т 01 и, Разность которых ОГ 1 исывается выражением1 -Ь=4 КэсР(Чв 1 +Чь)Чу(1) где 1,1 - выходные токи третьегопреобразователя 3 напряжения в ток;Ч,Ч - постоянные параметры;Ч - напряжение второго сигнала-сомножителя;Кэ - коэФФициент, учитывающий крутизну усилительных55полевых транзисторов,При этом первый выходной ток третьего преобразователя 3 напряжения в ток посредством первого преобразо Соответствующие значения выходных токов первогои второго 2 преобразователей напряжения в ток при подаче на их входы напряжения первого сигнала-сомножителя описываются выраже- ниями 1,( =Кэр(Чь+Чу+ЧЛ ) ъ1 аа Кар (Чв Чу Чя ) в1.2 Кэр (Чб +Чу Чх ) э (2)1 Л=Кэр(Чь -Чу +Чк ) эгде 1,1,1 ,1 о - токи на выходах соответственно первогоивторого 2 преобразователей напряжения в ток;Ч - напряжение первого сигкала-сомножителя,Выходной ток перемножителя описывается выражением 1 вы =(1.+1 а, )-(1 +1 а.а)(3) Подставив ,в (3) выражение (2),получаем 1 ьц=4 КэаЧЧу .(4) Выходное напряжение описывается выражением Чью 4 Кэр Чх Чу(5) вателя ток - напряжение 4, в качестве которого может быть использовандиодно включенный транзистор (полевойили МЛП), измекяет крутизну первогопреобразователя 1 напряжения в токвследствие изменения значений напряжения между первым и вторым выводамипервого 32 и второго 33,регулируемыхисточников напряжения смещенияи первого 38, второго 39, третьего 40 и четвертого 4 регулируемыхисточников напряжения сопряжения.Одновременно с этим второй выходнойток третьего преобразователя 3 напряжения в ток посредством второго преобразователя 5 ток - напряжение изменяет крутизну второго преобразователя 2 напряжения в ток вследствие изменения значений напряжения междупервым и вторым выводами третьего 34и четвертого 35 регулируемых источников напряяения смещения и пятого42, шестого 43, седьмого 44 и восьмого 45 регулируемых источников напряжения сопряжения.где 1 - значение. тока первого регулируемого источника 61 тока смещения;К,К - крутизна соответственно двадцать пятого 59 и двадцать шестого 60 усилительных полевых транзисторов; 15 20 ч,Чщрр - пороговые напряжения этихтранзисторов,Разность потенциалов между первым 68 и вторым 69 выводами пятого 36 25и шестого 37 регулируемых источниковнапряжения смещения (фиг.3) описывается выражением, аналогичным выражению (6).На фиг, 4 изображена функциональная схема первого 38 и второго 39регулируемых источников напряжениясопряжения, При выборе отношения ширины канала к длине канала двадцатьдевятого усилительного полевого транзистора 71 в девять раз меньше отношения ширины канала к длине каналатридцатого усилительного полевоготранзистора 72, размеры которого совпадают с размерами каналов первого 8 40и второго 9 усилительных полевыхтранзисторов первого преобразователя 1 напряжения в ток, напряжениемежду первым 76 и вторым 77 выводамиопределяется разностью напряженийзатвор-исток двадцать девятого 71 итридцатого 72 усилительных полевыхтранзисторов, которое равно2 т 7/К, (7)где Е - значение тока первого регу 50лируемого источника 75 токасопряжения.Аналогичным образом выполнены третий 40 и четвертый 41 регулируемыеисточники напряжения сопряжения(фиг,5).При реализации перемножителя в интегральном исполнении изменение токоввсех используемых регулируемых источ 5 14782 где В - величина сопротивления иден-тичных первого б и второго 7 резисторов нагрузки.На фиг.2 показан пример построе 5 ния первого 32, второго 33, третьего 34 и четвертого 35 регулируемых источников напряжения смещения. Разность потенциалов между первым 62 и вторым 63 выводами схемы (фиг2) 10 равна1 пк+Й/кр ф 7 пэрп +чпоа,Р(6) 30ников тока пропорционально при температурных изменениях окружающей среды.В соответствии с этим пропорционально изменяются и напряжения регулируемых источников напряжения смещения,что приводит к сохранению точностипреобразования перемножителя в широком диапазоне температур,Таким образом, г, аналоговом четы"рехквадрантном перемножителе отсутствует связь между точностью преобра-,зования, значением тока потребленияи значением максимально допустимоговходного напряжения, Это приводит ктому, что максимально допустимоевходное напряжение перемножителя ограничивается лишь допустимыми параметрами технологического процесса .производства нолевых транзисторов:напряжением пробоя сток-исток, напряжением пробоя диэлектрика затвора вслучае использования ИДП-транзисторов, а также значением напряженияиспользуемых источников питания, Кроме того, постоянный уровень точностипреобразования сохраняется во всемиспользуемом диапазоне напряжений,Величина тока потребления перемножи-теля влияет лишь на значение шириныполосы частот, обрабатываемых без искажений, и не оказывает влияния назначение точности преобразования приразных уровнях входного напряжения,т,е, перемножитель обладает снижен- .ной мощностью потребления,Таким образом, аналоговый четырехквадрантный перемножитель обладаетрасширенным динамическим диапазоном,повышенной точностью преобразованияи сниженной мощностью потребления,Формула изобретения1, Аналоговый четырехквадрантный перемножитель, содержащий первый и второй преобразователи ток - напряжение, первый и второй резисторы нагрузки, первый преобразователь на" пря)кения в ток, выполненный на первом и втором усилительных полевых транзисторах и-типа проводимости, и первом и втором регулируемых источниках напряжения смещения, второй преобразователь напряжения в ток, выполненный на третьем и четвертом усилительных полевых транзисторах и-типа проводимости и третьем и четвертом регулируемых источниках напряжения смеще 1478230ция, третий цреобраэовдтель напряжения в ток, выполцеццый цд пятом ишестом усилительных полевых транзисторах р-тица проводимости, и пятоми шестом регулируемых источниках напряжеция смещения, затворы первогои четвертого усилительных полевыхтранзисторов соединены с первыми выводами второгои третьего регулируемых источников напряжения смещения иявляются первой входной шиной первогосигнала-сомножителя перемцожителя,затворы второго и третьего усилительных полевых трацэисторов соединены спервыми выводами первого и четвертого регулируемых источников напряжения смещения и являются второй входной шиной первого сигцала-сомцожителя перемцожителя, затворы пятого ишестого усилительных полевых транзисторов соединены с первым выводомсоответственно шестого и пятого регулируемых источников напряжения смещения и,являются соответственно первойи второй входными шинами второго сигнала-сомножителя перемножителя, входыуправления пятого и шестого регулируемых источников напряжения смещения соединены с шиной опорного напряжения, стоки пятого и шестого усилительных полевых транзисторов соединены с входами соответственно первого ивторого преобразователей ток - напряжение, выходы которых соединены свходами управления соответственнопервого, третьего, второго и четвертого регулируемых источников напряжения смещения, стоки первого и второго усилительных полевых транзисторов соединены между собой и черезпервый резистор нагрузки подключенык первой шине питания, стоки третьегои четвертого усилительных полевыхтранзисторов соединены между собойи через второй резистор нагрузки подключены к первой шине .питания, стоки второго и третьего усилительныхполевых транзисторов являются соответственно первой и второй выходнымишинами перемножцтеля, о т л и ч д кщ и й с я тем, что, с целью расширенин динамического диапазона, повышения точности и снижения мощностипотребления, в первый преобразовательнапряжения в ток введены седьмой ивосьмой усилптельцые полевые транзисторы и-тццд проводимости; девятый,десятый, од:,пгцадцатый и двенадцатый 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 усилительные полевые транзисторы ртипа проводимости и первый, второй,третий и четвертый регулируемые источники напряжения сопряжения, вовторой преобразователь напряженияв ток введены тринадцатый и четырнадцатый усилительные полевые транзисторы и-типа проводимости, пятнад.цатый, шестнадцатый, семнадцатый ивосемнадцатый усилительные полевыетранзисторы р-типа проводимости ипятый, шестой, седьмой и восьмойрегулируемые источники напряжениясопряжения, в третий преобразовательнапряжения в ток введены девятнадцатый и двадцатый усилительные полевыетранзисторы р-типа проводимости,двадцать первый, двадцать второй,двадцать третий и двадцать четвертыйусилительные полевые транзисторыи-типа проводимости и девятый, десятый, одиннадцатый и двенадцатый регулируемые источники напряжения сопряжения, сток восьмого усилительногополевого транзистора соединен со стоками первого, второго н седьмого усилительных полевых транзисторов, затвор первого усилительного полевоготранзистора соединен с первым выводом первого регулируемого источниканапряжения сопряжения, второй выводкоторого соединен с затвором седьмо"го усилительного полевого транзистора, исток которого соединен с истока"ми первого, девятого и одиннадцатогоусилительных полевых транзисторов,затвор одиннадцатого усилительногополевого транзистора соединен с первым выводом третьего регулируемогоисточника напряжения сопряжения, второй вывод которого соединен с вторымвыводом первого регулируемого источника напряжения смещения и затворомдевятого усилительного полевого транзистора, сток которого соединен свторой шиной питания, стоками десятого, одиннадцатого и двенадцатого усилительных полевых транзисторов, затвор двенадцатого усилительного транзистора соединен с первым выводомчетвертого, регулируемого источниканапряжения сопряжения, второй выводкоторого соединен с вторым выводомвторого регулируемого источника напряжения смещения и затвором десятогоусилительного полевого транзйстора,исток которого соединен с истокамивторого, восьмого и двенадцатого уси 9 1478230 1 Олительных полевых транзисторов, затвор восьмого усилительного полевого транзистора соединен с вторым выводом второго регулируемого источника на 5 пряжения сопряжения, первый вывод которого соединен с затвором второго усилительного полевого транзистора, сток которого соединен со стоком седьмого усилительного полевого тран О зистора, а входы управления первого, второго и третьего, четвертого регулируемых источников напряжения сопряжения соединены с выходом соответственно первого и второго преобразователей ток - напряжение, сток четырнадцатого усилительного полевоготранзистора соединен со стоком третьего полевого транзистора, затворкоторого соединен с первым выводомпятого регулируемого источника напряжения сопряжения, второй выводкоторого соединен с затвором тринадцатого усилительного полевого транзистора, исток которого соединен систоками третьего, пятнадцатого исемнадцатого усилительных полевыхтранзисторов, затвор семнадцатогоусилительного полевого транзисторасоединен с первым выводом седьмогорегулируемого источника напряжениясопряжения, второй вывод которогосоединен с вторым. выводом третьего 25 регулируемого источника напряжения смещения и затвором пятнадцатогоусилительного полевого транзистора,сток которого соединен с второй шиной питания, стоками шестнадцатого, семнадцатого и восемнадцатого усилительных полевых транзисторов, затвор восемнадцатого усилительного полевого напряжения смещения и затвором шестнадцатого усилительного полевого транзистора, исток которого соединенс истоками четвертого, че гырнадцатогои восемнадцатого усилительных полевых транзисторов, затвор четырнадцатогоусилительного полевого транзисторасоединен с вторым выводом шестого регулируемого источника напряжения сопряжения, первый вывод которого соединен с затвором четвертого усилительного полевого тряпзисторя, стоккоторого соединен со стоком тринадцатранзистора соединен с первым выводомвосьмого регулируемого источника напряжения сопряжения, второй выводкоторого соединен с вторым выводом 45четвертого регулируемого источника того усилительного полевого транзистора, входы управления пятого, седьмого и шестого, восьмого регулируемых источников напряжения сопряжения соединены соответственно с выходом первого и второго преобразователей ток - напряжение, сток двадцатого усилительного полевого транзистора соединен со стоком пятого усилительного полевого транзистора, затвор которого соединен с первым выводом девятого регулируемого источника напряжения сопряжения, второй вывод которого соединен с затвором девятнадцатого усилительного полевого транзистора, исток которого, соединен с истоками пятого, двадцать первого и двадцать третьего усилительных полевых транзисторов, затвор двадцать третьего усилительного полевого транзистора соединен с первым выводом одиннадцатого регулируемого источника напряжения сопряжения, второй вывод которого соединен с вторым выводом пятого регулируемого источника напряжения смещения и затвором двадцать первого усилительного полевого транзистора, сток которого соединен с первой шиной питания и со стоками двадцать второго, двадцать третьего и двадцать четвертого усилительных полевых транзисторов, затвор двадцать четвертого усилительного полевого транзистора соединен с первым выводом двенадцатого регулируемого источника напряжения сопряжения, второй вывод которого соединен с вторым выводом шестого регулируемого источника напряжения смещения и затвором двадцать второго усилительного полевого транзистора, исток которого соединен с истоками шестого, двадцатого и двадцать четвертого усилительных полевых транзисторов, затвор двадцатого усилительного полевого транзистора соединен с вторым выводом десятого регулируемого источника напряжения сопряжения, первый вывод которого соединен с затвором шестого усилительного полевого транзистора, сток которого соединен со стоком девятнадцатого усилительного полевого транзистора, входы управления девятого, десятого, одиннадцатого и двенадцатого регулируемых источников напряжения сопряжения соединены с шиной опорного напряжения.147822. Перемножитель по п, 1, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что каждыйрегулируемый источник напряжения смещения содержит двадцать пятый усили 5тельный полевой транзистор и-типапроводимости, двадцать шестой усилительный полевой транзистор г-типапроводимости и первый регулируемыйисточник тока смещения, причем затвор двадцать пятого усилительногополевого транзистора является первымвыводом регулируемого источника напряжения смещения, сток двадцать пятого усилительного полевого транзистора соединен с первой шиной питания, а исток соединен с истоком двадцать шестого усилительного полевоготранзистора, затвор и сток которогосоединены с первым выводог первогорегулируемого источшка тока смещения и являются втор.г выводом регулируемого источника напряжения смещения, второй вывод первого регулируемого источника тока смещения соединен 25с второй шиной питания, а его входуправления является входом управления регулируемого источника напряжения смещения,3. Перемножитель по и. 1, о т л и- Зоч а ю щ и й с я тем, что пятый ишестой регулируемые источники напряжения смещения каждый содержат двадцать седьмой усилительный полевойтранзистор р-типа проводимости идвадцать восьмой усилительный полевой транзистор и-типа проводимости ивторой регулируемый источник токасмещения, причем затвор двадцатьседьмого усилительного полевого транзистора является первым выводом пятого и шестого регулируемых источниковнапряжения смещения, сток двадцатьседьмого усилительного полевого транзистора соединен со второй шиной питания, а его исток соединен с истокомдвадцать восьмого усилительного полевого транзистора, сток и затвор которого соединены с первым выводом второго регулируемого источника токасмещения и являются вторым выводомпятого и шестого регулируемых источников напряжения смещения, второй вывод второго регулируемого источникатока смещения соединен с первой ши 55ной питания, а его вход управленияявляется входом управления пятого ишестого регулируемых источников напряжения смещения,30ф)4, Перемножитель по п, 1, о т л иа о щ и Й с,я тем, что, с цель повышения точности в широком диапазоне температур, первьц, второй, пятый, шестой, одиннадцатый и двенадцатый регулируемые источники напряжения сопряжения каждый содержит двадцать девятый и тридцатый усилительные полевые транзисторы и-типа проводимости, тридцать первый и тридцать второй усилительные полевые транэис - торы р-типа проводимости и первый регулируемый источник тока сопряжения, причем затвор двадцать девятого усилительного полевого транзистора является первым выводом первого, второго, пятого и шестого регулируемых источников напряжения сопряжения и вторым выводом одиннадцатого и двенадцатого регулируемых источников напряжения сопряжения, сток двадцать девятого усилительного полевого транзистора соединен со стоком и затвором тридцать первого усилительного полевого транзистора и затвором тридцать второго усилительного полевого транзистора, сток которого соединен с затвором и стоком тридцатого усилительного полевого транзистора и яв-ляется вторым выводом первого, второго, пятого и шестого регулируемых источников напряжения сопряжения и первым выводом одиннадцатого и двенадцатого регулируемых источников напряжения сопряжения, истоки двадцать девятого и тридцатого усилительных полевых транзисторов соединены с первым выводом первого регулируемого источника тока сопряжения, второй вывод которого соединен с второй шиной питания, а вход управления является входом управления первого, второго, пятого, шестого, одиннадцатого и двенадцатого регулируемых источников напряжения сопряжения, а истоки тридцать первого и тридцать второго усилительных полевых транзисторов соединены с первой шиной питания5, Перемножитель по п, 1, о т л и-. ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности в широком диапазоне температур, третий, четвертый и с седьмого по десятый регулируемле источники напряжения сопряжения, содержат каждый тридцать третий и тридцать четвертый усилительные полевые транзисторы р-типа проводимости, 13 14 тридцать пятый и тридцать шестой усилительные полевые транзисторы и-типа проводимости и второй регулируемый источник тока сопряжения, причем затвор тридцать третьего усилительного полевого транзистора является вторым выводом третьего, четвертого, седьмого и восьмого регулируемых источников напряжения сопряжения и первым выводом девятого и десятого регулируемых источников напряжения сопряжения, сток тридцать третьего усилительного полевого транзистора соединен со стоком и затвором тридцать пятого усилительного полевого транзистора и затвором тридцать шестого усилительного полевого транзистора, сток которого соединен со стоком и затвором тридцать четвертого усилительного по 78230 14 левого транзистора и является первымвыводом третьего, четвертого, седьмого и восьмого регулируемых источников напряжения сопряжения и вторымвыводом девятого и десятого регулируемых источников напряжения сопряжения, истоки тридцать третьего и тридцать четвертого усилительных полевыхтранзисторов соединены с первым выводом второго регулируемого источникатока сопряжения, второй вывод которого соединен с первой шиной питания,а вход управления является входом уПравления третьего, четвертого и сседьмого по десятый регулируемых источниковтока сопряжения, а истокитридцать пятого и тридцать шестогоусилительных полевых транзисторовсоединены с второй шиной питания, 14782301478230 Составитель О Отрадноа ТехредЛ.Сердюкова актор И. Ш 1 илипенко кт Заказ 2365/49 Тираж 669ВНИИПИ Государственного комитета по изобре113035, Москва, Ж, Рауш Подписноениям и открытиям при ГКНТ ССая наб., д. 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 80 62 у- ЯУ 60 Й бт 37