CN2609058Y

CN2609058Y - 四象限乘法器

Info

Publication number: CN2609058Y
Application number: CN 02249293
Authority: CN
Inventors: 丁然; 何积军
Original assignee: Zhuhai Juli Integrated Circuit Design Co ltd
Current assignee: Actions Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2002-09-18
Filing date: 2002-09-18
Publication date: 2004-03-31
Anticipated expiration: 2012-09-18

Abstract

本实用新型公开了一种四象限乘法器，其特征在于：所述四象限乘法器必须至少包括两路输入信号、两路第一级低通滤波器和一个多位元乘法器。所述四象限乘法器还包括两个高通滤波器和一个第二级低通滤波器。两个调制器提供两路一位元的高速数据流，该数据流在一个较长时间内为“1”与为“0”的个数的比例反映了送入调制器的信号的幅度，从而提供了对模拟输入信号的模数转换功能。

Description

四象限乘法器

技术领域

本实用新型涉及四象限乘法器。

背景技术

一般而言，四象限乘法方法分模拟乘法器和数字乘法器两种。众所周知，模拟四象限乘法器会受到线性度不高和模拟器件直流偏移误差的影响，所以大多出现在早期的应用中。

数字四象限乘法器的一种已知的架构是：一路输入信号经过降频低通滤波器处理后的多位元结果被乘上一位元的电误差累积调制器(Sigma-delta modulator)结果，即另一路输入信号，这种架构的缺点是：1.为保证精度(特别是应用于电能计量时)，经过降频的一路信号必须要有高通滤波器去滤掉前级模拟器件带来的直流偏移误差，就必须增加电路来预补偿相位，来抵消高通滤波器产生的相位误差(与未降频的另一路信号的相位比较)；这种补偿不可能达到两路信号真正的零相位差，对乘积的精度会有一定的影响；而未降频的那一路输入信号在参加乘法运算前并没有对1-bit的sigma-delta调制器结果进行高频量化噪声的衰减，所以其乘法结果的效果并不是很理想。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种四象限乘法器。

本实用新型尤指一种将两个时变信号相乘，产生一个实时的四象限乘法结果，且达到结构简单、高精度的要求。本实用新型可应用于：1.电能计量方面，两路输入信号分别对应于流过负载的电流和负载两端的电压；2.平方运算(比如使两路输入信号相同，求其有效均方根值)，等等。本实用新型针对后者的缺点，在不增加硬件的前提下提高了乘法结果的信噪比。

本实用新型所述四象限乘法器必须至少包括两路输入信号、两路第一级低通滤波器和一个多位元乘法器，还可以包括两个高通滤波器和一个第二级低通滤波器。

在进行乘法运算前，对两路信号进行相同的处理(第一级低通滤波和高通滤波)，这样，送到乘法器的两个信号本身的量化噪声被衰减到很低的水平，乘积的噪声平台相应地也就降到很小。同时，因为两路乘数所经过的信号处理完全一样，所以不存在相位差，不需要相位预补偿电路。表面上看来，这种架构多增加了一路电路，而且乘法的位数也变多了，但实际上可以采用两路信号时分复用一套电路的方法来实现该架构，同时，乘法的位数虽然变多了，但速度降低了很多，所以可以采用串行移位的方法来实现，从而大幅减少电路的数量。采用该架构的几个最重要的优点是：

1.较高的精度。两路输入信号都采用LPF1和HPF进行低通滤波和高通滤波，各自的带内噪声和带外噪声都有较大幅度的衰减，其乘积的噪声平台被压制在很低的值。

2.无相位差。由于对两路输入信号的处理过程完全一样，不可能带来相位误差，所以，可省去相位预补偿电路。

3.结构简单。由于两路输入信号所经过的处理完全一样，所以采用时分复用的方式，用较少的硬件就可实现本架构。

附图说明

图1是本实用新型四象限乘法器的结构框图。

图2A、2B、2C为数据流频谱图。

图3A、3B、3C为实际的调制器输出的1-bit数据流频谱图。

具体实施方式

图1是本四象限乘法器的框图，各电路均为通用电路，本实用新型各部件间的连接如图1所示，包括：两个调制器(M1，M2)、两个第一级低通滤波器(LPF11，LPF12)、两个高通滤波器(HPF1，HPF2)、一个多位元乘法器A和一个第二级低通滤波器(LPF2)。

两个调制器(M1，M2)提供两路一位元的高速数据流(V1，V2)。该数据流(V1，V2)在一个较长时间内为“1”与为“0”的个数的比例反映了送入调制器(M1，M2)的信号的幅度，从而提供了对模拟输入信号的模数转换功能。

第一级低通滤波器(LPF11，LPF12)功能是将调制器(M1，M2)输入的一位元高速数据流做降频处理，转换成多位元低速数据流，同时降频时进行抗混迭。这样，第一级低通滤波器(LPF11，LPF12)滤掉了调制器(M1，M2)输入信号的被“噪声整形”到高频段的量化噪声。

高通滤波器(HPF1，HPF2)的功能是对模拟调制器(M1，M2)中模拟器件带来的直流偏置成分作一定的衰减。

多位元乘法器A是针对两个确定的乘数进行乘积运算。

第二级低通滤波器(LPF2)功能是对乘法器的结果作低通滤波，一方面对两路调制器(M1，M2)的输出(乘数)的高频量化噪声尽一步衰减，从而达到更好的精度；另一方面，当作为电能计量应用时，可以对乘积的非直流成分有一定的衰减。

时域上信号的相乘可以看作频域上信号的卷积，故当本架构的2个输入信号(V1，V2)中任意一个带入噪声，它都会与另一输入信号相卷积而在其乘积中产生额外噪声，即噪声频率与乘积响应频率在频域的叠加和相减。从中可看到，若未经过低通滤波处理，带有噪声的信号的乘积在频域的噪声平台会对应于2路输入信号的噪声平台而抬升。

实际的调制器输出的1-bit数据流频谱如图3A/图3B所示，量化带来的白噪声被“噪声整形”到较高频率段。若直接输入乘法器，则乘积的频谱如图3C所示。频谱卷积提供了频域上所有频率的叠加和相减，那么调制器的高频噪声则会与本身相减而被转换到所关心的低频段，从而将乘积的低频段的噪声平台抬升到很高。

所以在如图1所示的实际架构中，调制器产生的两路一位元数据流将被第一级低通滤波器(LPF11，LPF12)，低通滤波后才送到多元乘法器A。经过第一级低通滤波器(LPF11，LPF12)低通滤波后的数据流，其高频量化噪声已被衰减到很低，这样，乘积在关心的较低频段噪声平台会很低。

采用该架构的几个最重要的优点是：

1.较高的精度。两路输入信号都采用第一级低通滤波器和高通滤波器进行低通滤波和高通滤波，各自的带内噪声和带外噪声都有较大幅度的衰减，其乘积的噪声平台被压制在很低的值。

综上所述，本实用新型的架构、目的、优点和实现方法等皆已详细说明，充分表明本实用新型应用于四象限乘法器实现上的进步性，较具先进性，且为目前所未见。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实现例子而已，并不能用来限制本实用新型适用范围，当然，该架构的两个输入信号也可以是其他来源的多位元数据流。即凡是根据本实用新型申请权利要求范围所作的些许改变和修饰，均应属于本实用新型权利要求所涵盖的范围。

Claims

1、一种四象限乘法器，其特征在于：所述四象限乘法器必须至少包括两路输入信号(V1，V2)、两路第一级低通滤波器(LPF11，LPF12)、两个高通滤波器(HPF1，HPF2)和一个多位元乘法器(A)，输入信号(V1，V2)分别输入到调制器(M1，M2)，两个调制器(M1，M2)，对模拟输入信号的模数转换提供两路一位元的高速数据流，调制器(M1，M2)分别接第一级低通滤波器(LPF11，LPF12)。第一级低通滤波器(LPF11，LPF12)分别将调制器(M1，M2)输入的一位元高速数据流做降频处理，转换成多位元低速数据流，同时降频时进行抗混迭，滤掉调制器(M1，M2)输入信号(V1，V2)的被“噪声整形”到高频段的量化噪声，第一级低通滤波器(LPF11，LPF12)的输出分别接高通滤波器(HPF1，HPF2)，高通滤波器(UPF1，UPF2)对调制器(M1，M2)中模拟器件带来的直流偏置成分作一定的衰减，高通滤波器(UPF1，UPF2)的输出均接多位元乘法器(A)，多位元乘法器(A)针对两个确定的乘数进行乘积运算。

2、根据权利要求1所述的四象限乘法器，其特征在于：还可包括第二级低通滤波器(LPF2)对乘法器的结果作低通滤波，对两路调制器的输出的高频量化噪声尽一步衰减，也可对乘积的非直流成分有一定的衰减，第二级低通滤波器(LPF2)的输入端与多位元乘法器(A)的输出端相连。

3、根据权利要求1或2所述的四象限乘法器，其特征在于：该乘法器的两个输入信号是其他来源的多位元数据流。