JP2669397B2 - バイポーラ・マルチプライヤ - Google Patents

バイポーラ・マルチプライヤ

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JP2669397B2
JP2669397B2 JP7122185A JP12218595A JP2669397B2 JP 2669397 B2 JP2669397 B2 JP 2669397B2 JP 7122185 A JP7122185 A JP 7122185A JP 12218595 A JP12218595 A JP 12218595A JP 2669397 B2 JP2669397 B2 JP 2669397B2
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克治 木村
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    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06GANALOGUE COMPUTERS
    • G06G7/00Devices in which the computing operation is performed by varying electric or magnetic quantities
    • G06G7/12Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers
    • G06G7/16Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers for multiplication or division
    • G06G7/163Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers for multiplication or division using a variable impedance controlled by one of the input signals, variable amplification or transfer function

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は2つのアナログ信号を乗
算するマルチプライヤに係わり、特にバイポーラ半導体
集積回路上に構成される線形化されたマルチプライヤに
関する。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種のバイポーラ・マルチプラ
イヤは、本願発明者により、その回路が回路解析され、
発表、提案されている(電子情報通信学会技術研究報告
・回路とシステム(CAS93−78)、pp.31−
35)。また、この種の線形化されたバイポーラ・マル
チプライヤは、1968年に発表されており、Gilb
ert multiplierとして良く知られてい
る。
【0003】以下の説明において、3個以上のトランジ
スタが1つの共通テール電流で駆動される回路をマルチ
テールセルと称し、4個のトランジスタの場合にはクァ
ドリテールセルと称する。
【0004】図3は従来のバイポーラ・マルチプライヤ
の一般回路図であり、クァドリテールセルから構成され
る。
【0005】トランジスタのコレクタ電流とベース−エ
ミッタ間電圧の関係は指数則に従うものとすれば、次式
で示される。
【0006】
【0007】ここで、IS は飽和電流、VT は熱電圧で
あり、VT =q/kTと表される。ただし、qは単位電
子電荷、kはボルツマン定数、Tは絶対温度である。
(1)式は、ベース−エミッタ間電圧VBEi が600m
V前後のトランジスタが通常動作時には、指数部exp
(VBEi /VT )は10乗程度の値になり、「−1」の
項を無視できる。したがって、
【0008】
【0009】このときに、テール電流IEBで駆動される
バイポーラ・クァドリテールセルの各々のコレクタ電流
は、素子間の整合性は良いと仮定すると、
【0010】
【0011】ただし、VR は、入力信号の直流電圧、V
E は、共通エミッタ電圧である。また、テール電流の条
件より、 IC1+IC2+IC3+IC4=αFIo (7) と表される。ただし、αF はトランジスタの直流電流増
幅率である。(3)〜(6)式から(7)式を解くと、
【0012】
【0013】と求まる。バイポーラ・クァドリテールセ
ルの差動出力電流ΔIは、
【0014】
【0015】図3に示すバイポーラ・マルチプライヤに
ついては、V1 =(Vx +Vy )/2,V2 =(Vx
y )/2,V3 =−(Vx −Vy )/2,V4 =−
(Vx +Vy )/2であるから、(9)式に代入する
と、バイポーラ・マルチプライヤの差動出力電流ΔI
は、
【0016】
【0017】と求まる。
【0018】(10)式の右辺にαF を掛けると良く知
られた2重平衡型差動増幅器であり、Gilbert
multinlier cellあるいはGilber
tcellと呼ばれている。一般的なバイポーラプロセ
スでは、αF は、0.98〜0.99であり、およそ1
に近い。したがって、従来のクァドリテールセルを用い
たバイポーラ・マルチプライヤの伝達特性はGilbe
rt multinlier cellとほぼ等しくな
っている。ただし、トランジスタを縦積みしていないた
めに、低電圧で動作可能となっている。しかし、(1
0)式で示される伝達特性はGilbert mult
inlier cellと同様に入力電圧に対する直線
性が良くない。
【0019】Gilbert multinlier
cellには良く知られた線形化回路Gilbert
gain cellを入力回路に用いることにより線形
化でき、もともとは、この回路をGilbert mu
ltinlierと呼びならわして来た。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】アナログ信号処理にお
いては、マルチプライヤは欠くことのできないファンク
ション・ブロックである。プロセスのファイン化が進
み、それに伴いLSIの電源電圧も5Vから3V、ある
いはそれ以下へと低電圧化してきており、低電圧回路技
術の必要性が一層高まってきている。また、これらの従
来のマルチプライヤは、もともと低電圧動作が可能では
あるが、上述したようにGilbert multin
lier cellと同じ入力電圧範囲しかなく線形な
入力電圧範囲としては非常に狭い電圧範囲しか得られな
い。
【0021】
【課題を解決するための手段】本発明のバイポーラ・マ
ルチプライヤは、出力が共通接続された第1と第2のト
ランジスタからなる第1のトランジスタ対と、出力が共
通接続された第3と第4のトランジスタからなる第2の
トランジスタ対と、を有し、前記第1および第2のトラ
ンジスタ対のそれぞれのエミッタが互いに共通接続され
て1つのテール電流により駆動されるクァドリテールセ
ルで構成される第一の信号(Vx)と第二の信号(V
y)を乗算するマルチプライヤであって、それぞれのト
ランジスタには、第一の信号(Vx)が入力されダイオ
ードを負荷とする第1の差動増幅器の正相・逆相出力の
2つの出力のうちいずれか一方の出力と、第二の信号
(Vy)が入力されダイオードを負荷とする第2の差動
増幅器の正相・逆相出力の2つの出力のうちいずれか一
方の出力とが、いずれも重複せずに、抵抗を介して印加
されることを特徴とする。
【0022】
【実施例】図1に本発明における請求項1に関するバイ
ポーラ・マルチプライヤの回路図を示す。従来例で説明
したように、図1に示すクァドリテールセル自体の伝達
特性はGilbert multinlier cel
lと相似であり、ほぼ等しくなっている。したがって、
図1に示すように、クァドリテールセルの入力回路にダ
イオードを負荷とした差動増幅器で入力信号を逆双曲正
接変換(tanh-1(x))すれば、双曲正接関数特性
(tanh(x))を相殺でき、2つの入力電圧のいず
れに対しても線形化できることになる。したがって、ク
ァドリテールセルの入力電圧(V1 ,V2 ,V3
4 )をa、bを任意の常数として、(aVC +b
A ,aVD +bVA ,aVC +bVB ,aVD +bV
B )とすれば、それぞれのトランジスタのコレクタ電流
は、
【0023】
【0024】ただし、VA −VB =VX 、VC −VD
y である。また、テール電流の条件より、 IC1+IC2+IC3+IC4=αFIo (15) (11)〜(14)式から(15)式を解くと、バイポ
ーラ・マルチプライヤの差動出力電流ΔIは
【0025】
【0026】と求まる。したがって、入力電圧aVx
bVy が逆双曲正接変換(tanh-1(x))されれば
線形化できる。ここで、クァドリテールセルの入力回路
に、出力特性がb:aであるいずれもダイオードを負荷
とした2つの差動増幅器で入力信号を逆双曲正接変換
(tanh-1(x))すれば、双曲正接関数特性(ta
nh(x))を相殺でき、2つの入力電圧のいずれに対
しても線形化できることになる。すなわち、2つの差動
増幅器のエミッタ間に挿入された抵抗での電圧降下の
値、具体的には抵抗値と定電流源の値の積の比がa:b
であれば良い。また、任意の常数a、bについては、a
=R1 /(R1 +R2 )、b=R2 /(R1 +R2 )と
すれば良い。
【0027】以上の説明により、ダイオードを負荷とし
た2つの差動増幅器で入力信号を逆双曲正接変換(ta
nh-1(x))すれば、双曲正接関数特性(tanh
(x))を相殺でき、2つの入力電圧のいずれに対して
も線形化できる。
【0028】また、常数a、bは任意の値であり、a=
b=1/2とすれば回路は最も単純化され、2つの差動
増幅器を同一にでき、また、クァドリテールセルのベー
ス入力に接続される抵抗対を構成する2つの抵抗の値を
等しくできる。
【0029】図2に本発明の請求項2に関するバイポー
ラ・マルチプライヤの回路図を示す。また、この回路で
は、1V程度の入力電圧範囲において線形化するのであ
れば、上述した差動増幅器のエミッタ間に挿入された抵
抗での電圧降下の値、すなわち、エミッタデジェネレー
ション値、具体的には抵抗値と定電流源の値の積を1V
程度にする必要があり、差動対の出力電圧はダイオード
で対数圧縮されるから、クァドリテールセルへの入力電
圧は100mV以下となり、Gilbertmulti
nlier cellのようにトランジスタを縦積みし
ていないから低電圧動作が可能となり、回路の電源電圧
としては2V程度あれば良い。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のバイポー
ラ・マルチプライヤは、直線性の良い入力電圧範囲を広
くでき、2V程度の低電圧で動作するマルチプライヤを
実現できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明請求項1の一実施例を示すバイポーラ・
マルチプライヤの回路図。
【図2】本発明請求項2の実施例を示すバイポーラ・マ
ルチプライヤの回路図。
【図3】バイポーラ・マルチプライヤの従来回路例。
【符号の説明】
Q1〜Q8 トランジスタ R,R’,R1〜R2 抵抗 D1〜D4 ダイオード IO ,IOO 定電流源

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 出力共通接続された第1と第2のトラ
    ンジスタからなる第1のトランジスタ対と、出力が共通
    接続された第3と第4のトランジスタからなる第2のト
    ランジスタ対と、を有し、前記第1および第2のトラン
    ジスタ対のそれぞれのエミッタが互いに共通接続されて
    1つのテール電流により駆動されるクァドリテールセル
    構成される第一の信号(Vx)と第二の信号(Vy)
    を乗算するマルチプライヤであって、それぞれのトラン
    ジスタには、第一の信号(Vx)が入力されダイオード
    を負荷とする第1の差動増幅器の正相・逆相出力の2つ
    の出力のうちいずれか一方の出力と、第二の信号(V
    y)が入力されダイオードを負荷とする第2の差動増幅
    器の正相・逆相出力の2つの出力のうちいずれか一方の
    出力とが、いずれも重複せずに、抵抗を介して印加され
    ることを特徴とするバイポーラ・マルチプライヤ。
  2. 【請求項2】 前記第1の差動増幅器を構成する第5お
    よび第6のトランジスタのエミッタ間の抵抗値と、前記
    第2の差動増幅器を構成する第7および第8のトランジ
    スタのエミッタ間の抵抗値とが等しいことを特徴とする
    請求項1記載のバイポーラ・マルチプライヤ。
  3. 【請求項3】 前記第1および第2のトランジスタ対を
    構成する第1乃至第4のトランジスタのそれぞれに接続
    される2つの抵抗の抵抗値を等しくすることを特徴とす
    る請求項1記載のバイポーラ・マルチプライヤ。
  4. 【請求項4】 出力が共通接続された第1と第2のトラ
    ンジスタからなる第1のトランジスタ対と、出力が共通
    接続された第3と第4のトランジスタからなる第2のト
    ランジスタ対と、を有し、前記第1および第2のトラン
    ジスタ対のそれぞれのエミッタが互いに共通接続されて
    1つのテール電流により駆動されるクァドリテールセル
    で構成される第1の信号(Vx)と第2の信号(Vy)
    を乗算するマルチプライヤであって、ダイオードを負荷
    とし、前記第1および第2の信号をそれぞれ入力する第
    1および第2の差動増幅器を有し、前記第1の差動増幅
    器は第5および第6のトランジスタで構成され、前記第
    2の差動増幅器は第7および第8のトランジスタで構成
    され、前記第5のトランジスタのコレクタ出力が前記第
    2および第4のトランジスタにそれぞれ第2および第3
    の抵抗を介して 接続され、前記第6のトランジスタのコ
    レクタ出力が前記1および第4のトランジスタに第1お
    よび第4の抵抗を介して接続され、前記第7のトランジ
    スタのコレクタ出力が前記第2および第4のトランジス
    タに第6および第8の抵抗を介して接続され、前記第8
    のトランジスタのコレクタ出力が前記第1および第3の
    トランジスタに第5および第7の抵抗を介して接続され
    ることを特徴とするバイポーラ・マルチプライヤ。
JP7122185A 1995-05-22 1995-05-22 バイポーラ・マルチプライヤ Expired - Lifetime JP2669397B2 (ja)

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