DE10334805B4 - Analog multiplier circuit - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung
zum analogen Multiplizieren zweier Eingangssignale (Vin1,
Vin2), umfassend:
– zumindest einen ersten (T1)
und zumindest einen zweiten (T2) Feldeffekttransistor, wobei die
beiden Feldeffekttransistoren (T1, T2) den gleichen Leitfähigkeitstyp
und einen im wesentlichen gleichen Transkonduktanzfaktor und eine im
wesentlichen gleiche Schwellspannung aufweisen und jeweils einen
Source- (S1, S2), einen Gate- (G1, G2) und einen Drainanschluss
(D1, D2) aufweisen, wobei der Sourceanschluss (S1) des ersten Feldeffekttransistors
(T1) elektrisch mit dem Sourceanschluss (S2) des zweiten Feldeftekttransistors
(T2) verbunden ist, wobei der Gateanschluss (G1) des ersten Feldeffekttransistors
(T1) einen ersten Eingangsknoten (E1) und der Gateanschluss (G2) des
zweiten Feldeffekttransistors (T2) einen zweiten Eingangsknoten
(E2) bildet und ein erstes Vin1 der Eingangssignale
als Potentialdifferenz zwischen dem ersten (E1) und dem zweiten
(E2) Eingangsknoten anlegbar ist und ein zweites Vin2 der
Eingangssignale als Drain-Source-Spannung (VDS)
des ersten Feldeftekttransistors (T1) und des zweiten Feldeffekttransistors
(T2) anlegbar ist; und
– zumindest
eine Stromdifferenzbildungseinrichtung, welche zum...Apparatus for analog multiplying two input signals (V in1 , V in2 ), comprising:
- At least a first (T1) and at least one second (T2) field effect transistor, wherein the two field effect transistors (T1, T2) have the same conductivity type and a substantially equal transconductance factor and a substantially same threshold voltage and in each case a source (S1, S2 ), a gate (G1, G2) and a drain terminal (D1, D2), wherein the source terminal (S1) of the first field effect transistor (T1) is electrically connected to the source terminal (S2) of the second Feldeftekttransistors (T2), wherein the Gate terminal (G1) of the first field effect transistor (T1) forms a first input node (E1) and the gate terminal (G2) of the second field effect transistor (T2) forms a second input node (E2) and a first V in1 of the input signals forms a potential difference between the first (E1) and the second (E2) input node and a second V in2 of the input signals as the drain-source voltage (V DS ) of the first field effect transistor rs (T1) and the second field effect transistor (T2) can be applied; and
- At least one current difference forming device, which for ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum analogen Multiplizieren zweier Eingangssignale.The The present invention relates to an apparatus and a method for analog multiplying two input signals.
Eine formal korrekte Multiplikation zweier elektrischer Signale war bisher nur im digitalen Bereich möglich, was einer von vielen Gründen für das Vordringen der digitalen Signalverarbeitung ist. Das Fehlen einer analogen Multiplikation hat zu einer Reihe von Hilfsschaltungen geführt, mit welchen eine Multiplikation angenähert, jedoch nicht formal korrekt ausgeführt werden kann. Am häufigsten eingesetzt werden derartige Schaltungen im klassischen Empfängerkonzept, dem sogenannten Superhetprinzip, wobei in der Mischstufe eine analoge Multiplikation unter der Randbedingung einer extremen Signaldynamik gefordert wird. Es befinden sich weltweit circa 8 Milliarden Empfänger im Einsatz, welche sich auf circa 5 Milliarden Radios, 2 Milliarden Fernsehgeräte und 1 Milliarde Mobiltelefone verteilen. Es besteht daher ein großer Bedarf an Schaltungen, welche eine möglichst korrekte Multiplikation zweier elektrischer Eingangssignale durchführen können.A formally correct multiplication of two electrical signals was so far only possible in the digital domain, which is one of many reasons for the Advance of digital signal processing is. The absence of an analog Multiplication has resulted in a number of auxiliary circuits, with which approximates a multiplication, but not formally correct accomplished can be. Most frequently Such circuits are used in the classical receiver concept, the so-called Superhetprinzip, where in the mixing stage an analogous Multiplication under the boundary condition of an extreme signal dynamics is required. There are approximately 8 billion recipients in the world Use, which amounts to approximately 5 billion radios, 2 billion television sets and 1 Distribute billion mobile phones. There is therefore a great need on circuits that one possible can perform correct multiplication of two electrical input signals.
Brad
Gilbert hat in den 60er Jahren eine Schaltung zur analogen Multiplikation
zweier Signale vorgeschlagen, welche als sogenannte Gilbert-Zelle
in die Literatur Eingang gefunden hat. Innerhalb von 30 Jahren hat
sich die Gilbert-Zelle als ein Standard für analoge Multipliziererschaltungen
durchgesetzt. Eine einfache schematische Darstellung einer derartigen
bekannten Gilbert-Zelle ist in
Die
Druckschrift
Die
Druckschrift
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum analogen Multiplizieren zweier Eingangssignale bereitzustellen, mit welchen eine formal korrekte Multiplikation zweier Eingangssignale möglich ist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum analogen Multiplizieren zweier Eingangssignale bereitzustellen, welche gegenüber den bisherigen Lösungen einen verbesserten Dynamikbereich und einen gesteigerten Linearitätsbereich aufweist.task The invention is an apparatus and a method for analog To provide multiplication of two input signals, with which a formally correct multiplication of two input signals is possible. It is another object of the invention to provide a device for analog To provide multiplication of two input signals, which compared to the previous solutions an improved dynamic range and increased linearity range having.
Diese Aufgaben werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine Vorrichtung zum analogen Multiplizieren zweier Eingangssignale mit den in Anspruch 1 und Anspruch 13 angegebenen Merkmalen und ein Verfahren zum analogen Multiplizieren zweier Eingangssignale mit den in Anspruch 23 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.These Tasks are performed according to the present Invention by an apparatus for analog multiplying two Input signals with the specified in claim 1 and claim 13 Features and method for analog multiplying two input signals solved with the features specified in claim 23. Preferred embodiments are the subject of the dependent Claims.
Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung zum analogen Multiplizieren zweier Eingangssignale bereitgestellt, umfassend:
- – zumindest einen ersten und zumindest einen zweiten Feldeftekttransistor, wobei die beiden Feldeffekttransistoren den gleichen Leitfähigkeitstyp (n- bzw. p-Kanal FET) und einen im wesentlichen gleichen Transkonduktanzfaktor und eine im wesentlichen gleiche Schwellspannung aufweisen und jeweils einen Source-, einen Gate- und einen Drainanschluss aufweisen, wobei der Sourceanschluss des ersten Feldeffekttransistors elektrisch mit dem Sourceanschluss des zweiten Feldeffekttransistors verbunden ist, wobei der Gateanschluss des ersten Feldeffekttransistors einen ersten Eingangsknoten und der Gateanschluss des zweiten Feldeffekttransistors einen zweiten Eingangsknoten bildet und ein erstes Vin1 der Eingangssignale als Potentialdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsknoten anlegbar ist und ein zweites Vin2 der Eingangssignale als Drain-Source-Spannung des ersten Feldeffekttransistors und des zweiten Feldeffekttransistors anlegbar ist; und
- – zumindest eine Stromdifferenzbildungseinrichtung, welche zum Bilden eines dem Produkt der beiden Eingangssignale Vin1, Vin2 proportionalem Ausgangssignal ΔID = ID1 – ID2 durch Bilden der Differenz zwischen einer Drain-Source-Stromstärke ID1 des ersten Feldeffekttransistors und einer Drain-Source-Stromstärke ID2 des zweiten Feldeffekttransistors ausgelegt ist.
- At least one first and at least one second field effect transistor, wherein the two field effect transistors have the same conductivity type (n- or p-channel FET) and a substantially equal transconductance factor and a substantially equal threshold voltage and a respective source, a gate and a drain terminal, wherein the source terminal of the first field effect transistor is electrically connected to the source terminal of the second field effect transistor, wherein the gate terminal of the first field effect transistor, a first input node and the gate terminal the second field effect transistor forms a second input node and a first V in1 of the input signals can be applied as a potential difference between the first and the second input node and a second V in2 of the input signals can be applied as drain-source voltage of the first field effect transistor and the second field effect transistor; and
- - At least one current difference forming means, which for forming a product of the two input signals V in1 , V in2 proportional output signal .DELTA.I D = I D1 - I D2 by forming the difference between a drain-source current I D1 of the first field effect transistor and a drain-source Current I D2 of the second field effect transistor is designed.
In dieser Anmeldung werden unter Feldeffekttransistoren mit im wesentlichen gleichen Transkonduktanzfaktor und Schwellspannung insbesondere Feldeffekttransistoren verstanden, deren Transkonduktanzfaktoren und Schwellspannungen im Rahmen von typischen fertigungstechnisch bedingten Abweichungen liegen. Die Feldeffekttransistoren können beispielsweise klassische Junction-FETs oder MOSFETs sein, wie sie in integrierten Schaltungen häufig angewendet werden.In This application is under field effect transistors with substantially same transconductance factor and threshold voltage in particular Field effect transistors understood whose transconductance factors and threshold voltages in the context of typical manufacturing technology conditional deviations lie. The field effect transistors can, for example classic junction FETs or MOSFETs as they are in integrated Circuits often be applied.
Ein Feldeffekttransistor kann vereinfacht dargestellt in drei unterschiedlichen Arbeitsbereichen betrieben werden, nämlich im sogenannten Sperrbereich, Widerstandsbereich und Sättigungsbereich. Im Widerstandsbereich, welcher auch als Triodenbereich bezeichnet wird, folgt der Drain-Strom ID des Feldeffekttransistors der Beziehung: wobei B0 der Transkonduktanzfaktor, VTH die Schwellspannung, VGS die Gate-Source-Spannung und VDS die Drain-Source-Spannung bezeichnen.A field effect transistor can be operated in simplified manner in three different work areas, namely in the so-called stopband, resistance range and saturation range. In the resistance region, which is also referred to as the triode region, the drain current I D of the field effect transistor follows the relationship: where B 0 is the transconductance factor, V TH is the threshold voltage, V GS is the gate-source voltage, and V DS is the drain-source voltage.
Für die Differenz
der Drain-Ströme
des ersten ID1 und des zweiten ID2 Feldeffekttransistors des Transistorpaars
gilt dann:
Die
Differenz der Gate-Source-Spannungen des ersten und des zweiten
Feldeffekttransistors VGS1 – VGS2 beziehungsweise die Potenzialdifferenz
zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsknoten stellt das erste
Eingangssignal Vin1 dar. Das zweite Eingangssignal
Vin2 wird durch die Drain-Source-Spannung
VDS der beiden Feldeffekttransistoren gegeben.
Die Gleichung (2) kann wie folgt umgeschrieben werden:
Wie aus Gleichung (3) ersichtlich, ist das Ausgangssignal ΔID proportional zu dem Produkt des ersten und des zweiten Eingangssignals. Somit ist eine formal korrekte Multiplikation zweier Eingangssignale Vin1 und Vin2 möglich.As can be seen from equation (3), the output ΔI D is proportional to the product of the first and second input signals. Thus, a formally correct multiplication of two input signals V in1 and V in2 is possible.
Vorzugsweise umfasst die Stromdifferenzbildungseinrichtung zumindest eine Spannungsfolgereinrichtung mit einem Spannungsfolgerein- und zwei Spannungsfolgerausgängen, wobei das zweite Eingangssignal Vin2 durch Anlegen eines Spannungsfolgereingangssignals an den Spannungsfolgereingang anlegbar ist. Das Spannungsfolgereingangssignal kann dabei Strom- oder Spannungssignal sein, welches proportional zu Vin2 ist.The current difference forming device preferably comprises at least one voltage follower device with one voltage follower and two voltage follower outputs, wherein the second input signal V in2 can be applied to the voltage follower input by applying a voltage follower input signal. The voltage follower input signal may be current or voltage signal, which is proportional to V in2 .
Ferner umfasst die Spannungsfolgereinrichtung vorzugsweise einen ersten und einen zweiten Bipolartransistor mit jeweils einem Emitter, einer Basis und einem Kollektor, wobei
- – der Emitter und der Kollektor des ersten und des zweiten Bipolartransistors den gleichen Leitfähigkeitstyp wie derjenige des ersten und des zweiten Feldeffekttransistors aufweisen,
- – der Emitter des ersten Bipolartransistors mit dem Drainanschluss des ersten Feldeffekttransistors und der Emitter des zweiten Bipolartransistors mit dem Drainanschluss des zweiten Feldeftekttransistors elektrisch verbunden ist,
- – die Basis des ersten Bipolartransistors mit der Basis des zweiten Bipolartransistors elektrisch verbunden ist und
- – die Basen der Bipolartransistoren den Spannungsfolgereingang bilden.
- The emitter and the collector of the first and the second bipolar transistor have the same conductivity type as those of the first and the second field effect transistor,
- The emitter of the first bipolar transistor is electrically connected to the drain terminal of the first field effect transistor and the emitter of the second bipolar transistor is electrically connected to the drain terminal of the second field effect transistor,
- - The base of the first bipolar transistor is electrically connected to the base of the second bipolar transistor and
- - The bases of the bipolar transistors form the voltage follower input.
Vorzugsweise bildet der Kollektor des ersten Bipolartransistors einen ersten Ausgangsknoten und der Kollektoranschluss des zweiten Bipolartransistors einen zweiten Ausgangsknoten und die Stromdifferenzbildungseinrichtung ist ausgelegt, das Ausgangssignal ΔID durch Bilden der Differenz zwischen einer Kollektor-Emitter-Stromstärke des ersten Bipolartransistors und einer Kollektor-Emitter-Stromstärke des zweiten Bipolartransistors zu bilden.Preferably, the collector of the first bipolar transistor forms a first output node and the collector terminal of the second bipolar transistor forms a second output node, and the current difference forming means is adapted to obtain the output ΔI D by taking the difference between a collector-emitter current of the first bipolar transistor and a collector-emitter current of the second bipolar transistor.
Eine alternative Ausführungsform der Spannungsfolgereinrichtung weist statt Bipolartransistoren Feldeffekttransistoren auf. Insbesondere ermöglicht der Einsatz von Feldeffekttransistoren, dass die bevorzugte erfindungsgemäße Vorrichtung als monolithisch integrierte Schaltung realisiert werden kann. In diesem Fall muss allerdings der Body-Effekt berücksichtigt werden, welcher zu einer zusätzlichen unerwünschten Nichtlinearität führen kann.A alternative embodiment the voltage follower device has field effect transistors instead of bipolar transistors on. In particular, allows the use of field effect transistors that the preferred device according to the invention can be realized as a monolithic integrated circuit. In In this case, however, the body effect must be considered, which to an additional undesirable nonlinearity to lead can.
Vorzugsweise umfasst die Spannungsfolgereinrichtung einen dritten und einen vierten Feldeffekttransistor mit jeweils einem Source-, einem Gate- und einem Drainanschluss, wobei
- – der dritte und der vierte Feldeffekttransistor den gleichen Leitfähigkeitstyp wie derjenige des ersten und des zweiten Feldeftekttransistors aufweisen,
- – der Sourceanschluss des dritten Feldeffekttransistors mit dem Drainanschluss des ersten Feldeftekttransistors und der der Sourceanschluss des vierten Feldeffekttransistors mit dem Drainanschluss des zweiten Feldeffekttransistors elektrisch verbunden ist,
- – der Gateanschluss des dritten Feldeffekttransistors mit dem Gateanschluss des vierten Feldeffekttransistors elektrisch verbunden ist und
- – die Gateanschlüsse des dritten und vierten Feldeffekttransistors den Spannungsfolgereingang bilden.
- The third and fourth field effect transistors have the same conductivity type as those of the first and second field effect transistors,
- The source terminal of the third field effect transistor is electrically connected to the drain terminal of the first field effect transistor and the source terminal of the fourth field effect transistor is electrically connected to the drain terminal of the second field effect transistor,
- - The gate terminal of the third field effect transistor is electrically connected to the gate terminal of the fourth field effect transistor and
- - The gate terminals of the third and fourth field effect transistor form the voltage follower input.
Vorzugsweise bildet der Drainanschluss des dritten Feldeffektransistrors einen ersten Ausgangsknoten und der Drainanschluss des vierten Feldeffektransistors einen zweiten Ausgangsknoten und die Stromdifferenzbildungseinrichtung ist ausgelegt, das Ausgangssignal ΔID durch Bilden der Differenz zwischen einer Drain-Source-Stromstärke des dritten Feldeffekttransistors und einer Drain-Source-Stromstärke des vierten Feldeffekttransistors zu bilden.Preferably, the drain terminal of the third field effect transistor forms a first output node, and the drain terminal of the fourth field effect transistor forms a second output node, and the current difference forming means is configured to output the signal ΔI D by taking the difference between a drain-source current of the third field effect transistor and a drain-source current of the fourth field effect transistor.
Weiter bevorzugt, umfasst die Stromdifferenzbildungseinrichtung zumindest eine Stromspiegeleinrichtung. Vorzugsweise ist die Stromspiegeleinrichtung ausgelegt, zu einem in den ersten Ausgangsknoten der Spannungsfolgereinrichtung fließenden Strom einen Spiegelstrom gleicher Stromstärke zu bilden, welcher in den zweiten Ausgangsknoten der Spannungsfolgereinrichtung fließt, wobei das Ausgangssignal ΔID an dem zweiten Ausgangsknoten abgreifbar ist.More preferably, the current difference forming device comprises at least one current mirror device. Preferably, the current mirror device is designed to form a mirror current of the same current intensity flowing to a current flowing into the first output node of the voltage follower device, which current flows into the second output node of the voltage follower device, wherein the output signal ΔI D can be tapped off at the second output node.
In einer alternative Ausführungsform ist die Stromspiegeleinrichtung ausgelegt, zu einem in den zweiten Ausgangsknoten der Spannungsfolgereinrichtung fließenden Strom einen Spiegelstrom gleicher Stromstärke zu bilden, welcher in den ersten Ausgangsknoten der Spannungsfolgereinrichtung fließt, wobei das negative Ausgangssignal ΔID an dem ersten Ausgangsknoten abgreifbar ist.In an alternative embodiment, the current mirror means is arranged to form a mirror current of the same current flowing to a current flowing in the second output node of the voltage follower, which current flows into the first output node of the voltage follower, the negative output signal ΔI D being tapped at the first output node.
Solche Stromspiegelschaltungen sind in der integrierten Schaltungstechnik bekannt. Eine ausführliche Beschreibung der Stromspiegelschaltungen ist zum Beispiel in dem Buch "Analysis and Design of Analog Integrated Circuits" von Paul R. Gray und Robert G. Meyer, erschienen 1984 bei John Wiley and Sons, Kapitel 4 zu finden, dessen Offenbarung insoweit als integraler Teil der vorliegenden Anmeldung anzusehen ist.Such Current mirror circuits are in integrated circuit technology known. A detailed description The current mirror circuits are described, for example, in the book "Analysis and Design of Analog Integrated Circuits "by Paul R. Gray and Robert G. Meyer, published in 1984 by John Wiley and Sons, chapter 4, the disclosure of which is in this respect as integral Part of the present application is to be considered.
Vorzugsweise weist die Stromspiegelreinrichtung zwei Feldeffekttransistoren mit entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp wie derjenige des ersten und des zweiten Feldeffekttransistors auf.Preferably the current mirror device has two field-effect transistors opposite conductivity type as that of the first and the second field effect transistor.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist die Stromspiegelreinrichtung zwei Bipolartransistoren mit jeweils einer Basis, einem Emitter und einem Kollektor auf, wobei der Emitter und die Basis der Bipolartransistoren der Stromspiegeleinrichtung den entgegengesetzten Leitfähigeitstyp wie derjenige des ersten und des zweiten Feldeffekttransistors aufweisen.According to one another preferred embodiment the current mirror device has two bipolar transistors each of a base, an emitter and a collector, wherein the emitter and the base of the bipolar transistors of the current mirror device the opposite conductivity type as those of the first and the second field effect transistor.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Stromdifferenzbildungseinrichtung zumindest einen Übertrager mit zwei symmetrischen Eingangswicklungen.According to one another preferred embodiment the current difference forming device comprises at least one transformer with two symmetrical input windings.
Bei den oben beschriebenen bevorzugten erfindungsgemäßen Vorrichtungen sind für die Drain-Source-Spannung des ersten und des zweiten Feldeffekttransistors nur positive Spannungswerte zugelassen, d.h. das Eingangssignal Vin2 darf nur positiv sein.In the case of the preferred devices according to the invention described above, only positive voltage values are permitted for the drain-source voltage of the first and the second field-effect transistor, ie the input signal V in2 may only be positive.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Multiplikation zweier Eingangssignale bereitgestellt, umfassend:
- – zumindest zwei Transistorpaare mit jeweils einem ersten und einem zweiten Feldeffekttransistor, wobei
- – die Feldeffekttransistoren der beiden Transistorpaare den gleichen Leitfähigkeitstyp und einen im wesentlichen gleichen Transkonduktanzfaktor und eine im wesentlichen gleiche Schwellspannung aufweisen und jeweils einen Source-, einen Gate- und einen Drainanschluss aufweisen,
- – die Sourceanschlüsse der ersten und der zweiten Feleffekttransistoren des ersten und des zweiten Transistorpaars elektrisch miteinander verbunden sind;
- – der Gateanschluss des ersten Feldeftekttransistors des ersten Transistorpaars mit dem Gateanschluss des ersten Feldeftekttransistors des zweiten Transistorpaars elektrisch verbunden ist und den ersten Eingangsknoten bildet;
- – der Gateanschluss des zweiten Feldeftekttransistor des ersten Transistorpaars mit dem Gateanschluss des zweiten Feldeftekttransistors des zweiten Transistorpaars elektrisch verbunden ist und den zweiten Eingangsknoten bildet;
- – ein erstes Vin1 der Eingangssignale als Potentialdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsknoten anlegbar ist;
- – ein zweites Vin2 der Eingangssignale als Spannungsunterschied Vin2 zwischen einer Drain-Source-Spannung V I / DS = V II / DS + Vin2 des ersten Feldeftekttransistors und des zweiten Feldeftekttransistors des ersten Transistorpaars gegenüber einer Drain-Source-Spannung V II / DS des ersten Feldeftekttransistors und des zweiten Feldeftekttransistors des zweiten Transistorpaars anlegbar ist; und
- – zumindest eine Stromdifferenzbildungseinrichtung, welche zum Bilden eines dem Produkt der beiden Eingangssignale Vin1, Vin2 proportionalem Ausgangssignal ΔID = ΔI I / D – ΔI II / D durch Bilden der Differenz zwischen
- – einer Differenzstromstärke ΔI I / D einer Drain-Source-Stromstärke I I / D1 des ersten Feldeftekttransistors und einer Drain-Source-Stromstärke I I / D2 des zweiten Feldeftekttransistors des jeweils ersten Transistorpaars und
- – einer Differenzstromstärke ΔI II / D einer Drain-Source-Stromstärke I II / D1 des ersten Feldeftekttransistors und einer Drain-Source-Stromstärke I II / D2 des zweiten Feldeftekttransistors des jeweils zweiten Transistorpaars ausgelegt ist.
- - At least two pairs of transistors each having a first and a second field effect transistor, wherein
- The field-effect transistors of the two transistor pairs have the same conductivity type and a substantially equal transconductance factor and a substantially equal threshold voltage and have in each case a source, a gate and a drain connection,
- - The sources of the first and the second Feleffekttransistoren of the first and the second transistor pair are electrically connected together;
- The gate terminal of the first field effect transistor of the first transistor pair is electrically connected to the gate terminal of the first field effect transistor of the second transistor pair and forms the first input node;
- The gate terminal of the second field effect transistor of the first transistor pair is electrically connected to the gate terminal of the second field effect transistor of the second transistor pair and forms the second input node;
- - A first V in1 of the input signals can be applied as a potential difference between the first and the second input node;
- A second V in2 of the input signals as a voltage difference V in2 between a drain-source voltage VI / DS = V II / DS + V in2 of the first field effect transistor and the second field effect transistor of the first transistor pair with respect to a drain-source voltage V II / DS the first Feldeftekttransistors and the second Feldeftekttransistors of the second transistor pair can be applied; and
- - At least one current difference forming means, which for forming a product of the two input signals V in1 , V in2 proportional output signal .DELTA.I D = .DELTA.I I / D - .DELTA.I II / D by forming the difference between
- - A differential current intensity .DELTA.I I / D of a drain-source current II / D1 of the first Feldeftekttransistors and a drain-source current II / D2 of the second Feldeftekttransistors the respective first pair of transistors and
- - A differential current intensity .DELTA.I II / D of a drain-source current I II / D1 of the first Feldeftekttransistors and a drain-source current intensity I II / D2 of the second Feldeftekttransistors the respective second transistor pair is designed.
Der
Superscript I bzw. II bei der Bezeichnung der Ströme gibt
hierbei an, ob es sich bei dem Transistor um einen Feldeftekttransistor
des ersten Transistorpaars I oder des zweiten Transistorpaars II
handelt. Die Drain-Source-Spannung V I / DS des ersten und des zweiten
Feldeffekttransistors des ersten Transistorpaars ist vorzugsweise
eine derartige Spannungssumme des zweiten Eingangssignals Vin2 mit einem Gleichspannungs- bzw. Offsetsignal,
dass die Drain-Source-Spannung V I / DS bei Verwendung von n-Kanal-Feldeffekttransistoren stets
positiv und bei Verwendung von p-Kanal-Feldeffekttransistoren stets
negativ ist. Das gleiche Gleichspannungs- oder Offsetsignal ist als Drain-Source-Spannung
V II / DS des ersten und des zweiten Feldeffekttransistors des zweiten Transistorpaar
anlegbar. Das Eingangssignal Vin2 ist durch
Für die vier Drain-Ströme des jeweils ersten und des jeweils zweitem Feldeffekttransistors der beiden Transistorpaare im Widerstandsbereich gilt: For the four drain currents of the respective first and the second field effect transistor of the two transistor pairs in the resistance region, the following applies:
Das
Ausgangssignal ΔID wird dann wie folgt berechnet:
Wie aus der Gleichung (9) ersichtlich ist, geht die Offsetspannung V I / DS nicht in das Ausgangssignal ΔID ein. Somit können mit einer derartigen erfindungsgemäßen Vorrichtung auch Wechselspannungssignale korrekt multipliziert werden. Insbesondere können vorteilhafterweise bei einer Vorrichtung gemäß diesem Aspekt der Erfindung auch negative Eingangssignale durch die beschriebene kreuzweise Verschaltung zweier Transistorpaare multipliziert werden.As can be seen from equation (9), the offset voltage VI / DS does not enter the output signal ΔI D. Thus, with such a device according to the invention also AC signals can be multiplied correctly. In particular, in a device according to this aspect of the invention, negative input signals can advantageously also be multiplied by the described crosswise connection of two transistor pairs.
Vorzugsweise umfasst die Stromdifferenzbildungseinrichtung zumindest zwei Spannungsfolgereinrichtungen mit jeweils einem Spannungsfolgerein- und zwei Spannungsfolgerausgängen, wobei das zweite Eingangssignal Vin2 durch Anlegen eines Spannungsfolgereingangssignals als Potentialdifferenz zwischen dem Spannungsfolgereingang der ersten Spannungsfolgereinrichtung und dem Spannungsfolgereingang der zweiten Spannungsfolgereinrichtung anlegbar ist.Preferably, the current difference forming means comprises at least two voltage follower means each having a voltage follower and two voltage follower outputs, wherein the second input signal V in2 can be applied by applying a voltage follower input signal as the potential difference between the voltage follower input of the first voltage follower means and the voltage follower input of the second voltage follower means.
Besonders bevorzugt umfassen die erste und die zweite Spannungsfolgereinrichtung jeweils einen ersten und einen zweiten Bipolartransistor mit jeweils einem Emitter, einer Basis und einem Kollektor, wobei
- – der Emitter und der Kollektor der ersten und der zweiten Bipolartransistoren den gleichen Leitfähigkeitstyp wie derjenige des ersten und des zweiten Feldeffekttransistors aufweisen,
- – der Emitter des ersten Bipolartransistors der ersten Spannungsfolgereinrichtung mit dem Drainanschluss des ersten Feldeffekttransistors des ersten Transistorpaars und der Emitter des zweiten Bipolartransistors der ersten Spannungsfolgereinrichtung mit dem Drainanschluss des zweiten Feldeffekttransistors des ersten Transistorpaars elektrisch verbunden ist,
- – der Emitter des ersten Bipolartransistors der zweiten Spannungsfolgereinrichtung mit dem Drainanschluss des ersten Feldeffekttransistors des zweiten Transistorpaars und der Emitter des zweiten Bipolartransistors der zweiten Spannungsfolgereinrichtung mit dem Drainanschluss des zweiten Feldeffekttransistors des zweiten Transistorpaars elektrisch verbunden ist,
- – die Basen des ersten und des zweiten Bipolartransistors der ersten Spannungsfolgereinrichtung elektrisch miteinander verbunden sind;
- – die Basen des ersten und des zweiten Bipolartransistors der zweiten Spannungsfolgereinrichtung elektrisch miteinander verbunden sind; und
- – die Basen der Bipolartransistoren der ersten und der zweiten Spannungsfolgereinrichtung die beiden Spannungsfolgereingänge bilden.
- The emitter and the collector of the first and the second bipolar transistors have the same conductivity type as those of the first and the second field effect transistor,
- The emitter of the first bipolar transistor of the first voltage follower device is electrically connected to the drain terminal of the first field effect transistor of the first transistor pair and the emitter of the second bipolar transistor of the first voltage follower is electrically connected to the drain terminal of the second field effect transistor of the first transistor pair,
- The emitter of the first bipolar transistor of the second voltage follower device is electrically connected to the drain terminal of the first field effect transistor of the second transistor pair and the emitter of the second bipolar transistor of the second voltage follower is electrically connected to the drain terminal of the second field effect transistor of the second transistor pair,
- - The bases of the first and the second bipolar transistor of the first voltage follower means are electrically connected to each other;
- - The bases of the first and the second bipolar transistor of the second voltage follower means are electrically connected together; and
- - The bases of the bipolar transistors of the first and the second voltage follower form the two voltage follower inputs.
Vorzugsweise ist
- – der Kollektor des ersten Bipolartransistors der ersten Spannungsfolgereinrichtung elektrisch mit dem Kollektor des zweiten Bipolartransistors der zweiten Spannungsfolgereinrichtung verbunden;
- – der Kollektor des zweiten Bipolartransistors der ersten Spannungsfolgereinrichtung elektrisch mit dem Kollektor des ersten Bipolartransistors der zweiten Spannungsfolgereinrichtung verbunden;
- – die Stromdifferenzbildungseinrichtung ausgelegt, das Ausgangssignal ΔID durch Bilden der Differenz zwischen
- – der Summe einer Kollektor-Emitter-Stromstärke des ersten Bipolartransistors der ersten Spannungsfolgereinrichtung und einer Kollektor-Emitter-Stromstärke des zweiten Bipolartransistors der zweiten Spannungsfolgereinrichtung und
- – der Summe einer Kollektor-Emitter-Stromstärke des zweiten Bipolartransistors der zweiten Spannungsfolgereinrichtung und einer Kollektor-Emitter-Stromstärke des ersten Bipolartransistors der ersten Spannungsfolgereinrichtung
- The collector of the first bipolar transistor of the first voltage follower means is electrically connected to the collector of the second bipolar transistor of the second voltage follower means;
- The collector of the second bipolar transistor of the first voltage follower means is electrically connected to the collector of the first bipolar transistor of the second voltage follower means;
- - The current difference forming means adapted to the output signal .DELTA.I D by forming the difference between
- - The sum of a collector-emitter current of the first bipolar transistor of the first voltage follower means and a collector-emitter current of the second bipolar transistor of the second voltage follower means and
- - The sum of a collector-emitter current of the second bipolar transistor of the second voltage follower means and a collector-emitter current of the first bipolar transistor of the first voltage follower means
Die erste und die zweite Spannungsfolgereinrichtung können statt Bipolartransistoren jeweils einen dritten und jeweils einen vierten Feldeffekttransistor mit jeweils einem Source-, einem Gate- und einem Drainanschluss umfassen, wobei
- – die dritten und die vierten Feldeffekttransistoren den gleichen Leitfähigkeitstyp wie derjenige des ersten und des zweiten Feldeffekttransistors aufweisen,
- – der Sourceanschluss des dritten Feldeffekttransistors der ersten Spannungsfolgereinrichtung mit dem Drainanschluss des ersten Feldeffekttransistors des ersten Transistorpaars und der Sourceanschluss des vierten Feldeffekttransistors der ersten Spannungsfolgereinrichtung mit dem Drainanschluss des zweiten Feldeffekttransistors des ersten Transistorpaars elektrisch verbunden ist,
- – der Sourceanschluss des dritten Feldeffekttransistors der zweiten Spannungsfolgereinrichtung mit dem Drainanschluss des ersten Feldeffekttransistors des zweiten Transistorpaars und der Sourceanschluss des vierten Feldeffekttransistors der zweiten Spannungsfolgereinrichtung mit dem Drainanschluss des zweiten Feldeffekttransistors der ersten Spannungsfolgereinrichtung elektrisch verbunden ist,
- – der Gateanschluss des dritten Feldeffekttransistors mit dem Gateanschluss des vierten Feldeffekttransistors der ersten Spannungsfolgereinrichtung elektrisch verbunden ist;
- – der Gateanschluss des dritten Feldeffekttransistors mit dem Gateanschluss des vierten Feldeffekttransistors der zweiten Spannungsfolgereinrichtung elektrisch verbunden ist; und
- – die Gateanschlüsse der ersten und der zweiten Spannungsfolgereinrichtung die beiden Spannungsfolgereingänge bilden.
- The third and the fourth field effect transistors have the same conductivity type as those of the first and the second field effect transistor,
- The source terminal of the third field effect transistor of the first voltage follower device is electrically connected to the drain terminal of the first field effect transistor of the first transistor pair and the source terminal of the fourth field effect transistor of the first voltage follower is electrically connected to the drain terminal of the second field effect transistor of the first transistor pair,
- The source terminal of the third field effect transistor of the second voltage follower device with the drain terminal of the first field effect transistor of the second transistor pair, and the source terminal of the second field effect transistor fourth field effect transistor of the second voltage follower means is electrically connected to the drain terminal of the second field effect transistor of the first voltage follower means,
- - The gate terminal of the third field effect transistor is electrically connected to the gate terminal of the fourth field effect transistor of the first voltage follower means;
- - The gate terminal of the third field effect transistor is electrically connected to the gate terminal of the fourth field effect transistor of the second voltage follower means; and
- - The gate terminals of the first and the second voltage follower form the two voltage follower inputs.
Der Einsatz von Feldeffekttransistoren ermöglicht insbesondere, dass die bevorzugte erfindungsgemäße Vorrichtung als monolithisch integrierte Schaltung realisiert werden kann. In diesem Fall muss allerdings der Body-Effekt berücksichtigt werden, welcher eine zusätzliche unerwünschte Nichtlinearität erzeugen kann.Of the Use of field effect transistors in particular allows the preferred device according to the invention can be realized as a monolithic integrated circuit. In In this case, however, the body effect must be considered, which an additional undesirable nonlinearity can generate.
Vorzugsweise ist
- – der Drainanschluss des dritten Feldeffekttransistors der ersten Spannungsfolgereinrichtung elektrisch mit dem Drainanschluss des vierten Feldeffekttransistors der zweiten Spannungsfolgereinrichtung verbunden;
- – der Drainanschluss des vierten Feldeffekttransistors der ersten Spannungsfolgereinrichtung elektrisch mit dem Drainanschluss des dritten Feldeffekttransistors der zweiten Spannungsfolgereinrichtung verbunden;
- – die Stromdifferenzbildungseinrichtung ausgelegt, das Ausgangssignal ΔID durch Bilden der Differenz zwischen
- – der Summe einer Drain-Source-Stromstärke des dritten Feldeffekttransistors der ersten Spannungsfolgereinrichtung und einer Drain-Source-Stromstärke des vierten Feldeffekttransistors der zweiten Spannungsfolgereinrichtung und
- – der Summe einer Drain-Source-Stromstärke des dritten Feldeffekttransistors der zweiten Spannungsfolgereinrichtung und einer Drain-Source-Stromstärke des vierten Feldeffekttransistors der ersten Spannungsfolgereinrichtung
- - The drain terminal of the third field effect transistor of the first voltage follower means is electrically connected to the drain terminal of the fourth field effect transistor of the second voltage follower means;
- - The drain terminal of the fourth field effect transistor of the first voltage follower means is electrically connected to the drain terminal of the third field effect transistor of the second voltage follower means;
- - The current difference forming means adapted to the output signal .DELTA.I D by forming the difference between
- - The sum of a drain-source current of the third field effect transistor of the first voltage follower means and a drain-source current of the fourth field effect transistor of the second voltage follower means and
- - The sum of a drain-source current of the third field effect transistor of the second voltage follower means and a drain-source current of the fourth field effect transistor of the first voltage follower means
Vorzugsweise umfasst die Stromdifferenzbildungseinrichtung zumindest eine Stromspiegeleinrichtung. Die Stromspiegeleinrichtung kann vorzugsweise Bipolar- oder Feldeffekttransistoren aufweisen. Ferner kann die Stromdifferenzbildungseinrichtung einen Übertrager mit zwei symmetrischen Eingangswicklungen umfassen.Preferably the current difference forming device comprises at least one current mirror device. The current mirror device may preferably bipolar or field effect transistors exhibit. Further, the current difference forming means may be a transformer with two symmetrical input windings.
Am meisten bevorzugt ist es, wenn alle Transistoren der Vorrichtung zum analogen Multiplizieren zweier Eingangssignale monolitisch auf einem Kristall realisiert sind.At the Most preferred is when all the transistors of the device for analog multiplying two input signals monolithically a crystal are realized.
Weiter bevorzugt sind zumindest der erste und der zweite Feldeftekttransistor Sperrschicht-Feldeffekttransistoren, am meisten bevorzugt Sperrschicht-Feldeffekttransistoren mit elektrisch isoliertem Gate, insbesondere MOS-Transistoren.Further at least the first and the second field effect transistor are preferred Junction field effect transistors, most preferably junction field effect transistors with electrically insulated gate, in particular MOS transistors.
Ferner wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zur analogen Multiplikation zweier Eingangssignale bereitgestellt, welches folgende Schritte umfasst:
- – Bereitstellen von zumindest zwei Feldeffekttransistoren es gleichen Leitfähigkeitstyps und mit im wesentlichen gleichem Transkonduktanzfaktor und im wesentlichen gleicher Schwellspannung, wobei die beiden Feldeffekttransistoren jeweils einen Source-, einen Gate- und einen Drainanschluss aufweisen und der Sourceanschluss des ersten Feldeffekttransistors elektrisch mit dem Sourceanschluss des zweiten Feldeffekttransistors verbunden ist, wobei der Gateanschluss des ersten Feldeffekttransistors einen ersten Eingangsknoten und der Gateanschluss des zweiten Feldeffekttransistors einen zweiten Eingangsknoten bilden und wobei ein erstes Vin1 der Eingangssignale die Potentialdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsknoten darstellt;
- – Betreiben der beiden Feldeffekttransistoren im Widerstandsbereich, wobei die Drain-Source-Spannung des ersten Feldeffekttransistors im wesentlichen gleich zu der Drain-Source-Spannung des zweiten Feldeffekttransistors ist und ein zweites Vin2 der Eingangssignale darstellt;
- – Anlegen des ersten Vin1 und des zweiten Vin2 der Eingangssignale;
- – Bilden eines dem Produkt Vin1 × Vin2 der beiden Eingangssignale Vin1, Vin2 proportionalem Ausgangssignal ΔID durch Bilden der Differenz zwischen einer Drain-Source-Stromstärke ID1 des ersten Feldeffekttransistors und einer Drain-Source-Stromstärke ID2 des zweiten Feldeffekttransistors; und
- – Ausgeben des Ausgangssignals ΔID.
- - Providing at least two field effect transistors of the same conductivity type and having substantially the same transconductance factor and substantially the same threshold voltage, wherein the two field effect transistors each have a source, a gate and a drain terminal and the source terminal of the first field effect transistor electrically connected to the source terminal of the second field effect transistor wherein the gate terminal of the first field effect transistor forms a first input node and the gate terminal of the second field effect transistor forms a second input node, and wherein a first V in1 of the input signals represents the potential difference between the first and second input nodes;
- - Operating the two field effect transistors in the resistance region, wherein the drain-source voltage of the first field effect transistor is substantially equal to the drain-source voltage of the second field effect transistor and a second V in2 represents the input signals;
- - applying the first V in1 and the second V in2 of the input signals;
- - forming a product V in1 × V in2 the two input signals V in1, V in2 proportional output signal .DELTA.I D by forming the difference between a drain-source current I D1 of the first field effect transistor and a drain-source current I D2 of the second field effect transistor ; and
- - Output of the output signal .DELTA.I D.
Erfindungsgemäß wird somit ferner ein Verfahren zum analogen Multiplizieren zweier Eingangssignale angegeben, welches eine analoge, formal korrekte Multiplikation zweier Eingangssignale ermöglicht. Eine derartige korrekte Multiplikation zweier Eingangssignale war bislang nur durch digitale Multiplikationsverfahren möglich, welche für hochfrequente Anwendungen nicht geeignet und für niederfrequente Anwendungen oftmals zu teuer und zu stromintensiv sind. Alternativ wurde herkömmlicherweise mit Schaltungen auf Basis der Gilbert-Zelle eine Annäherung der Multiplikation in einem kleinen Dynamik-Bereich vorgenommen.Thus, according to the invention furthermore a method for analog multiplying two input signals is given, which is an analog, formally correct multiplication of two input signals allows. Such a correct multiplication of two input signals was so far only possible by digital multiplication methods, which for high frequency Applications not suitable and for Low-frequency applications often too expensive and power-intensive are. Alternatively, conventionally with circuits based on the Gilbert cell an approximation of Multiplication in a small dynamic range made.
Die erfindugsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren können insbesondere Anwendung in der Mischstufe von Schaltungen des klassischen Empfängerkonzepts, dem sogenannten Superhetkonzepts, finden. Insbesondere kann mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eine vereinfachte Empfängerrealisierung erzielt werden, da auf sogenannte Breitbandregelungen vor der Mischstufe verzichtet werden kann oder aber bei gegebenem Aufwand eine erheblich gesteigerte Performance erreicht werden kann. Weitere Anwendungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegen beispielsweise im Bereich der Pegelsteller, Leistungsmessung, Effektivwertbildung und Vektorvoltmeter, d.h. überall dort, wo eine korrekte Multiplikation zweier Eingangssignale erforderlich ist.The erfindugsgemäßen devices and methods can in particular application in the mixing stage of circuits of the classical Receiver concept, the so-called Superhetkonzepts, find. In particular, can with a device according to the invention a simplified receiver realization be achieved because on so-called broadband controls before the mixer can be omitted or a considerable effort for a given effort increased performance can be achieved. Other applications the device according to the invention lie, for example, in the field of level control, power measurement, RMS and vector voltmeters, i. wherever a correct Multiplication of two input signals is required.
Die Erfindung wird im folgenden anhand begleitender Zeichnungen bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft beschrieben. Es zeigt:The Invention will be more preferred in the following with reference to accompanying drawings Embodiments by way of example described. It shows:
Eine
erste Ausführungsform
der Erfindung wird mit Bezug auf
Der Gateanschluss G1 des ersten Feldeffekttransistors T1 bildet einen ersten Eingangsknoten E1 und der Gateanschluss G2 des zweiten T2 Feldeffekttransistors einen zweiten Eingangsknoten E2. Das erste Eingangssignal Vin1 ist als Potentialdifferenz zwischen dem ersten E1 und dem zweiten E2 Eingangsknoten anlegbar. Das zweite Eingangssignal Vin2 ist als Drain-Source-Spannung des ersten Feldeffekttransistors T1 und als Drain-Source-Spannung des zweiten Feldeffekttransistors T2 anlegbar.The gate terminal G1 of the first field effect transistor T1 forms a first input node E1 and the gate terminal G2 of the second T2 field effect transistor forms a second input node E2. The first input signal V in1 is indicative of the potential difference between the first E1 and the second E2 input node can be laid. The second input signal V in2 can be applied as a drain-source voltage of the first field effect transistor T1 and as a drain-source voltage of the second field effect transistor T2.
Die Differenz ΔID beider Drain-Ströme ID1 und ID2 stellt das Ausgangssignal dar, welches proportional zu dem Produkt der beiden Eingangssignale Vin1 und Vin2 ist (vgl. Gleichungen (2) und (3)). Somit ist eine formal korrekte, analoge Multiplikation der beiden Eingangssignale Vin1 und Vin2 möglich. Die beiden Feldeffekttransistoren T1 und T2 können insbesondere Sperrschicht-FETs, MOS-FETs oder GaAs-FETs sein.The difference ΔI D of both drain currents I D1 and I D2 represents the output signal, which is proportional to the product of the two input signals V in1 and V in2 (see equations (2) and (3)). Thus, a formally correct, analog multiplication of the two input signals V in1 and V in2 is possible. The two field effect transistors T1 and T2 may in particular be barrier FETs, MOS FETs or GaAs FETs.
In dem mittleren Schaltungsblock B2 ist eine Spannungsfolgereinrichtung vorgesehen, welche einen ersten BT1 und einen zweiten BT2 Bipolartransitor umfasst. Die Spannungsfolgereinrichtung ermöglicht das Anlegen von identischen Drain-Source-Spannungen an die beiden Feldeffekttransistoren T1 und T2 .In the middle circuit block B2 is a voltage follower device which includes a first BT1 and a second BT2 bipolar transitor includes. The voltage follower allows the application of identical Drain-source voltages to the two field effect transistors T1 and T2.
Der Emitter und der Kollektor des ersten Bipolarentransistors BT1 und der Emitter und der Kollektor des zweiten Bipolarenransistors BT2 weisen den gleichen Leitfähigkeitstyp wie der des ersten T1 und des zweiten T2 Feldeftekttransistors auf. Ferner ist der Emitter des ersten Bipolartransistors BT1 mit dem Drainanschluss des ersten Feldeffekttransistors T1 und der Emitter des zweiten Bipolartransistors BT2 mit dem Drainanschluss des zweiten Feldeffekttransistors T2 elektrisch verbunden.Of the Emitter and the collector of the first bipolar transistor BT1 and the emitter and the collector of the second bipolar transistor BT2 have the same conductivity type as that of the first T1 and the second T2 Feldeftekttransistors. Further, the emitter of the first bipolar transistor BT1 is connected to the Drain terminal of the first field effect transistor T1 and the emitter of the second bipolar transistor BT2 to the drain terminal of the second Field effect transistor T2 electrically connected.
Die Basen des ersten Bipolartransistors BT1 und des zweiten Bipolartransistors BT2 sind elektrisch miteinander verbunden und bilden somit den Spannungsfolgereingang SE. Das zweite Eingangssignal Vin2 ist durch Anlegen eines Spannungsfolgereingangssignals an den Spannungsfolgereingang SE anlegbar, wobei das Spannungsfolgereingangssignal ein Strom- oder Spannungssignal sein kann, welches proportional zu Vin2 ist. Der Kollektor des ersten Bipolartransistors BT1 bildet einen ersten Ausgangsknoten A1 und der Kollektoranschluss des zweiten Bipolartransistors BT2 einen zweiten Ausgangsknoten A2.The bases of the first bipolar transistor BT1 and the second bipolar transistor BT2 are electrically connected to each other and thus form the voltage follower input SE. The second input signal V in2 can be applied to the voltage follower input SE by applying a voltage follower input signal, wherein the voltage follower input signal can be a current or voltage signal that is proportional to V in2 . The collector of the first bipolar transistor BT1 forms a first output node A1 and the collector terminal of the second bipolar transistor BT2 forms a second output node A2.
Statt
Bipolartansistoren können
auch Feldeffekttransistoren eingesetzt werden. Eine beispielhafte Ausführungsform,
welche eine Spannungsfolgereinrichtung mit Feldeffekttransistoren
umfasst, ist ähnlich
zu der in
Der Sourceanschluss des dritten Feldeffekttransistors ist in diesem Fall mit dem Drainanschluss D1 des ersten Feldeftekttransistors T1 und der Sourceanschluss des vierten Feldeffekttransistors mit dem Drainanschluss D2 des zweiten Feldeffekttransistors T2 elektrisch verbunden. Der Gateanschluss des dritten Feldeffekttransistors ist mit dem Gateanschluss des vierten Feldeftekttransistors elektrisch verbunden und bildet den Spannungsfolgereingang SE. Der Drainanschluss des dritten Feldeftekttransistors bildet somit den ersten Ausgangsknoten A1 und der Drainanschluss des vierten Feldeffekttransistors den zweiten Ausgangsknoten A2.Of the Source terminal of the third field effect transistor is in this Case with the drain terminal D1 of the first field effect transistor T1 and the source terminal of the fourth field effect transistor with the drain terminal D2 of the second field effect transistor T2 electrically connected. The gate terminal of the third field effect transistor is to the gate terminal of the fourth field effect transistor electrically connected and forms the voltage follower input SE. The drain connection of the third field effect transistor thus forms the first output node A1 and the drain terminal of the fourth field effect transistor second output node A2.
Der
oberste Schaltungsblock B3 in
Die Basen der beiden Bipolartransistoren BT3 und BT4 der Stromspiegeleinrichtung sind elektrisch miteinander verbunden und die zwei Bipolartransistoren werden mit gleichen Basis-Emitter-Spannungen betrieben. Der Kollektor des ersten Bipolartransistors BT3 der Stromspiegeleinrichtung ist mit dem ersten Ausgangsknoten A1 und der Kollektor des zweiten Bipolartransistors BT4 mit dem zweiten Ausgangsknoten A2 elektrisch verbunden. Somit bildet die Stromspiegeleinrichtung zu einem in den ersten Ausgangsknoten A1 fließenden Strom einen Spiegelstrom gleicher Stromstärke, welcher in den zweiten Ausgangsknoten A2 fließt, wobei das Ausgangssignal ΔID an dem zweiten Ausgangsknoten A2 abgreifbar ist.The bases of the two bipolar transistors BT3 and BT4 of the current mirror device are electrically connected to one another and the two bipolar transistors are operated with the same base-emitter voltages. The collector of the first bipolar transistor BT3 of the current mirror device is electrically connected to the first output node A1 and the collector of the second bipolar transistor BT4 to the second output node A2. Thus, the current mirror device forms, for a current flowing in the first output node A1, a mirror current of the same current intensity which flows into the second output node A2, wherein the output signal ΔI D can be tapped off at the second output node A2.
Insbesondere werden die Drain-Ströme ID1 und ID2 des ersten T1 und des zweiten T2 Feldeffekttransistors von der Spannungsfolgereinrichtung durch jeweils den ersten A1 und den zweiten Ausgangsknoten A2 in die Stromspiegeleinrichtung weitergeleitet, welche den Drain-Strom ID1 des ersten Feldeftekttransistors T1 durch den linken Zweig der Stromspiegeleinrichtung in den rechten Zweig der Stromspiegeleinrichtung nochmals einspeist. Wenn der Knoten mit der Bezeichnung Iout niederohmig belastet wird, berechnet sich Iout zu der gewünschten Stromdifferenz ID1 – ID2 gemäß Gleichungen (2) und (3).In particular, the drain currents I D1 and I D2 of the first T1 and the second T2 field effect transistors are forwarded by the voltage follower through the respective first A1 and the second output node A2 into the current mirror device which passes the drain current I D1 of the first field effect transistor T1 through the voltage divider feeds left branch of the current mirror device in the right branch of the current mirror device again. When the node labeled I out is low-ohmic, I out is calculated to the desired current difference I D1 -I D2 according to equations (2) and (3).
Bei
der in
Die Gateanschlüsse der zwei Feldeffekttransistoren der Stromspiegeleinrichtung sind elektrisch miteinander verbunden, und die zwei Feldeffekttransistoren weisen gleiche Source-Gate-Spannungen auf. Der Drainanschluss des ersten Feldeftekttransistors der Stromspiegeleinrichtung ist mit dem ersten Ausgangsknoten A1 und der Drainanschluss des zweiten Feldeffekttransistors mit dem zweiten Ausgangsknoten A2 elektrisch verbunden. Somit bildet die Stromspiegeleinrichtung zu einem in den ersten Ausgangsknoten A1 fließenden Strom einen Spiegelstrom gleicher Stromstärke, welcher in den zweiten Ausgangsknoten A2 fließt, wobei das Ausgangssignal ΔID an dem zweiten Ausgangsknoten A2 abgreifbar ist.The gate terminals of the two field-effect transistors of the current mirror device are electrically connected to one another, and the two field-effect transistors have identical source-gate voltages. The drain terminal of the first field effect transistor of the current mirror device is electrically connected to the first output node A1 and the drain terminal of the second field effect transistor is electrically connected to the second output node A2. Thus, the current mirror device forms, for a current flowing in the first output node A1, a mirror current of the same current intensity which flows into the second output node A2, wherein the output signal ΔI D can be tapped off at the second output node A2.
In
Wie
aus den in
Die
in
Die Sourceanschlüsse S1 und S2 der ersten T1 und der zweiten T2 Feldeffekttransistoren des ersten I und des zweiten II Transistorpaars sind elektrisch miteinander verbunden und vorzugsweise auf ein vorbestimmtes Bezugspotential gelegt. Die Gateanschlüsse G1 und G2 der ersten Feldeffekttransistoren T1 des ersten I und des zweiten II Transistorpaars sind miteinander elektrisch verbunden und bilden den ersten Eingangsknoten. Die Gateanschlüsse G2 der zweiten Feldeffekttransistoren T2 des ersten I und des zweiten II Transistorpaars sind ebenfalls elektrisch miteinander verbunden und bilden den zweiten Eingangsknoten. Das erste Eingangssignal Vin1 ist als Potentialdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsknoten anlegbar.The source terminals S1 and S2 of the first T1 and the second T2 field-effect transistors of the first I and the second II transistor pair are electrically connected to each other and preferably set to a predetermined reference potential. The gate terminals G1 and G2 of the first field effect transistors T1 of the first I and second II transistor pairs are electrically connected to each other and form the first input node. The gate terminals G2 of the second field effect transistors T2 of the first I and the second II transistor pair are also electrically connected to each other and form the second input node. The first input signal V in1 can be applied as a potential difference between the first and the second input node.
Der erste T1 und der zweite T2 Feldeffekttransistor des ersten Transistorpaars I werden mit der gleichen Drain-Source Spannung V I / DS betrieben. Das gleiche gilt für den ersten T1 und den zweiten T2 Feldeffekttransistor des zweiten Transistorpaars II, welche mit der gleichen Drain-Source-Spannung V II / DS betrieben werden.Of the first T1 and the second T2 field effect transistor of the first transistor pair I are operated with the same drain-source voltage V I / DS. The same applies to the first T1 and the second T2 field effect transistor of the second Transistor pair II, which with the same drain-source voltage V II / DS are operated.
Ferner
weist die in
Der Emitter des ersten Bipolartransistors BT1 der ersten Spannungsfolgereinrichtung SF1 ist mit dem Drainanschluss D1 des ersten Feldeffekttransistors T1 des ersten Transistorpaars I und der Emitter des zweiten Bipolartransistors BT2 der ersten Spannungsfolgereinrichtung SF1 ist mit dem Drainanschluss D2 des zweiten Feldeffekttransistors T2 des ersten Transistorpaars I elektrisch verbunden. Der Emitter des ersten Bipolartransistors BT1 der zweiten Spannungsfolgereinrichtung SF2 ist mit dem Drainanschluss D1 des ersten Feldeffekttransistors T1 des zweiten Transistorpaars II und der Emitter des zweiten Bipolartransistors BT2 der zweiten Spannungsfolgereinrichtung SF2 ist mit dem Drainanschluss D2 des zweiten Feldeffekttransistors T2 des zweiten Transistorpaars II elektrisch verbunden. Die Basen des ersten BT1 und des zweiten BT2 Bipolartransistors der ersten Spannungsfolgereinrichtung SF1 sind elektrisch miteinander verbunden und bilden somit den Spannungsfolgereingang SE1 der ersten Spannungsfolgereinrichtung SF1. Die Basen des ersten BT1 und des zweiten BT2 Bipolartransistors der zweiten Spannungsfolgereinrichtung SF2 sind elektrisch miteinander verbunden und bilden somit den Spannungsfolgereingang SE2 der zweiten Spannungsfolgereinrichtung SF2.Of the Emitter of the first bipolar transistor BT1 of the first voltage follower device SF1 is connected to the drain terminal D1 of the first field effect transistor T1 of the first transistor pair I and the emitter of the second bipolar transistor BT2 of the first voltage follower SF1 is connected to the drain D2 of the second field effect transistor T2 of the first transistor pair I electrically connected. The emitter of the first bipolar transistor BT1 of the second voltage follower SF2 is connected to the drain terminal D1 of the first field effect transistor T1 of the second transistor pair II and the emitter of the second bipolar transistor BT2 of the second Voltage follower SF2 is connected to the drain terminal D2 of second field effect transistor T2 of the second transistor pair II electrically connected. The bases of the first BT1 and the second BT2 Bipolar transistor of the first voltage follower SF1 are electrically connected to each other and thus form the voltage follower input SE1 of the first voltage follower SF1. The bases of the first BT1 and the second BT2 bipolar transistor of the second voltage follower device SF2 are electrically connected to each other and thus form the voltage follower input SE2 of the second voltage follower SF2.
Das zweite Eingangssignal Vin2 ist durch Anlegen eines Spannungsfolgereingangssignals, welches ein Strom- oder Spannungssignal sein kann, als Potentialdifferenz zwischen dem Spannungsfolgereingang SE1 der ersten Spannungsfolgereinrichtung SF1 und dem Spannungsfolgereingang SE2 der zweiten Spannungsfolgereinrichtung SF2 anlegbar.The second input signal V in2 can be applied by applying a voltage follower input signal, which may be a current or voltage signal, as a potential difference between the voltage follower input SE1 of the first voltage follower SF1 and the voltage follower input SE2 of the second voltage follower SF2.
Ferner ist der Kollektor des ersten Bipolartransistors BT1 der ersten Spannungsfolgereinrichtung SF1 elektrisch mit dem Kollektor des zweiten Bipolartransistors BT2 der zweiten Spannungsfolgereinrichtung SF2 verbunden und bildet einen ersten Ausgangsknoten A1. Der Kollektor des zweiten Bipolartransistors BT2 der ersten Spannungsfolgereinrichtung SF1 ist elektrisch mit dem Kollektor des ersten Bipolartransistors BT1 der zweiten Spannungsfolgereinrichtung SF2 verbunden und bildet einen zweiten Ausgangsknoten A2. Der erste A1 und der zweite A2 Ausgangsknoten sind an die Stromspiegeleinrichtung angeschlossen.Further is the collector of the first bipolar transistor BT1 of the first voltage follower device SF1 electrically connected to the collector of the second bipolar transistor BT2 of the second voltage follower SF2 connected and forms a first output node A1. The collector of the second bipolar transistor BT2 of the first voltage follower SF1 is electrically connected to the collector of the first bipolar transistor BT1 of the second voltage follower device SF2 and forms a second output node A2. The first A1 and the second A2 output node are connected to the current mirror device connected.
Die
Stromspiegeleinrichtung der in
Die Basen der zwei Bipolartransistoren BT3 und BT4 der Stromspiegeleinrichtung sind elektrisch miteinander verbunden und die zwei Bipolartransistoren BT3 und BT4 werden mit der gleichen Basis-Emitter-Spannung betrieben. Der Kollektor des ersten Bipolartransistors BT3 der Stromspiegeleinrichtung ist mit dem ersten Ausgangsknoten A1 und der Kollektor des zweiten Bipolartransistors BT4 mit dem zweiten Ausgangsknoten A2 elektrisch verbunden. Somit bildet die Stromspiegeleinrichtung zu einem in den ersten Ausgangsknoten A1 fließenden Strom einen Spiegelstrom gleicher Stromstärke, welcher in den zweiten Ausgangsknoten A2 fließt, wobei das Ausgangssignal ΔID an dem zweiten Ausgangsknoten A2 abgreifbar ist.The bases of the two bipolar transistors BT3 and BT4 of the current mirror device are electrically connected together and the two bipolar transistors BT3 and BT4 are operated with the same base-emitter voltage. The collector of the first bipolar transistor BT3 of the current mirror device is electrically connected to the first output node A1 and the collector of the second bipolar transistor BT4 to the second output node A2. Thus, the current mirror device forms, for a current flowing in the first output node A1, a mirror current of the same current intensity which flows into the second output node A2, wherein the output signal ΔI D can be tapped off at the second output node A2.
Insbesondere wird der Drain-Strom I I / D1 des ersten Feldeffekttransistors T1 des ersten Transistorpaars I und der Drain-Strom I II / D2 des zweiten Feldeffekttransistors T2 des zweiten Transistorpaars II durch den ersten Ausgangsknoten A1 von der Spannungsfolgereinrichtung in die Stromspiegeleinrichtung weitergeleitet. Ferner wird der Drain-Strom I I / D2 des zweiten Feldeffekttransistors T2 des ersten Transistorpaars I und der Drain-Strom I II / D1 des ersten Feldeftekttransistors T1 des zweiten Transistorpaars II durch den zweiten Ausgangsknoten A2 in die Stromspiegeleinrichtung weitergeleitet.Especially becomes the drain current I I / D1 of the first field effect transistor T1 of the first Transistor pair I and the drain current I II / D2 of the second field effect transistor T2 of the second transistor pair II through the first output node A1 from the voltage follower device into the current mirror device forwarded. Further, the drain current I I / D2 of the second field effect transistor T2 of the first transistor pair I and the drain current I II / D1 of the first Feldeftekttransistors T1 of the second transistor pair II by the second output node A2 forwarded to the current mirror device.
Die
Stromspiegeleinrichtung spiegelt die Summe der Drain-Ströme I I / D1 + I II / D2 in
dem linken Zweig der Stromspiegeleinrichtung wie in
Die Stromspiegeleinrichtung kann ferner wie oben beschrieben Feldeffekttransistoren statt Bipolartransistoren aufweisen.The Current mirror device may further field effect transistors as described above instead of having bipolar transistors.
- DD
- Drainanschlussdrain
- GG
- Gatenanschlussgate terminal
- SS
- Sourceanschlusssource terminal
- T1T1
- erster Feldeffekttransistorfirst Field Effect Transistor
- D1D1
- Drainanschluss des ersten Feldeffekttransistorsdrain of the first field effect transistor
- G1G1
- Gatenanschluss des ersten Feldeffekttransistorsgate terminal of the first field effect transistor
- S1S1
- Sourceanschluss des ersten Feldeffekttransistorssource terminal of the first field effect transistor
- T2T2
- zweiter Feldeffekttransistorsecond Field Effect Transistor
- D2D2
- Drainanschluss des zweiten Feldeffekttransistorsdrain of the second field effect transistor
- G2G2
- Gatenanschluss des zweiten Feldeffekttransistorsgate terminal of the second field effect transistor
- S2S2
- Sourceanschluss des zweiten Feldeffekttransistorssource terminal of the second field effect transistor
- BT1 – BT4BT1 - BT4
- Bipolartransistorenbipolar transistors
- E1E1
- erster Eingangsknotenfirst input node
- E1E1
- zweiter Eingangsknotensecond input node
- SF1, SF2SF1, SF2
- erste bzw. zweite Spannungsfolgereinrichtungfirst or second voltage follower device
- SESE
- SpannungsfolgereingangVoltage follower input
- SE1SE1
- Spannungsfolgereingang der ersten SpannungsfolgereinrichtungVoltage follower input the first voltage follower device
- SE2SE2
- Spannungsfolgereingang der zweiten SpannungsfolgereinrichtungVoltage follower input the second voltage follower device
- A1A1
- erster Ausgangsknotenfirst output node
- A2A2
- zweiter Ausgangsknotensecond output node
- II
- erstes Transistorpaarfirst transistor pair
- IIII
- zweites Transistorpaarsecond transistor pair
- Vin1 V in1
- erstes Eingangssignalfirst input
- Vin2 V in2
- zweites Eingangssignalsecond input
- ID1 I D1
- Drain-Strom des ersten FeldeffekttransistorsDrain current of the first field effect transistor
- ID2 I D2
- Drain-Strom des zweiten FeldeffekttransistorsDrain current of the second field effect transistor
- I I / D1I I / D1
- Drain-Strom des ersten Feldeffekttransistors des zweitenDrain current of the first field effect transistor of the second
- Transistorpaarstransistor pair
- I II / D1I II / D1
- Drain-Strom des ersten Feldeffekttransistors desDrain current of the first field effect transistor of
- zweiten Transistorpaarssecond transistor pair
- I I / D2I I / D2
- Drain-Strom des zweiten Feldeffekttransistors des erstenDrain current of the second field effect transistor of the first
- Transistorpaarstransistor pair
- I II / D2I II / D2
- Drain-Strom des zweiten Feldeffekttransistors des zweitenDrain current of the second field effect transistor of the second
- Transistorpaarstransistor pair
- VGS1 V GS1
- Gate-Source-Spannung des ersten FeldeffekttransistorsGate-source voltage of the first field effect transistor
- VGS2 V GS2
- Gate-Source-Spannung des zweiten FeldeffekttransistorsGate-source voltage of the second field effect transistor
- VDS V DS
- Drain-Source-Spannung des ersten und des zweitenDrain-source voltage of the first and the second
- FeldeffekttransistorsField-effect transistor
- L1-L5L1-L5
- statische Kennlinienstatic characteristics
- B1-B3B1-B3
- Schaltungsblöckecircuit blocks
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Citations (2)
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US6255889B1 (en) * | 1999-11-09 | 2001-07-03 | Nokia Networks Oy | Mixer using four quadrant multiplier with reactive feedback elements |
DE10132802A1 (en) * | 2001-07-06 | 2002-11-14 | Infineon Technologies Ag | Multiplier circuit for processing differential signals, e.g. for use in mobile phone systems, is suitable for use in vector modulators, has a simple design and improved noise properties |
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE10132802A1 (en) * | 2001-07-06 | 2002-11-14 | Infineon Technologies Ag | Multiplier circuit for processing differential signals, e.g. for use in mobile phone systems, is suitable for use in vector modulators, has a simple design and improved noise properties |
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