JP2674096B2 - 乗算回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は乗算回路に関する。

〔発明の概要〕

この発明は、乗算回路において、２つの入力信号を電
流入力とするとともに、一方の入力信号は対数圧縮して
乗算することにより、低い電源電圧で直線性の良い乗算
出力が得られるようにしたものである。

〔従来の技術〕

周波数変換やステレオ復調などに使用できる乗算回路
として第４図〜第６図に示すような回路がある。

そして、これらの乗算回路においては、いずれもバラ
ンス型の入力信号電圧e₁，e₂が供給されてバランス型の
乗算出力電流i₃が取り出される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、一般に、トランジスタのベース電圧対コレ
クタ電流特性は指数関数特性であるにもかかわらず、第
４図の乗算回路においては、信号電圧e₁，e₂がそのまま
トランジスタのベースに供給されている。したがって、
この乗算回路においては、信号電圧e₁，e₂が数mV〜数十
mV以上になると、直線性が悪くなってしまう。

その点、第５図の乗算回路においては、入力電圧e₁に
対しては抵抗器Ｒにより負帰還がかかって直線性が改善
されているとともに、入力電圧e₂が矩形波とされること
により、この電圧e₂が供給されるトランジスタは完全に
オンオフ制御されているので、出力電流i₃の直線性は改
善される。

しかし、この乗算回路においては、入力電圧e₂が矩形
波であり、多くの高調波成分を含んでいるので、出力電
流i₃も多くの高調波成分を含むことになり、その高調波
成分を除去するために、カットオフ特性のよいローパス
フィルタが必要となってしまう。

さらに、第６図の乗算回路は、入力電圧e₁に対しては
負帰還により直線性が改善されているとともに、入力電
圧e₂は対数圧縮されてからトランジスタのベースに供給
されているので、出力電流i₃の直線性は改善される。

しかし、この乗算回路においては、破線で示すよう
に、電源ラインと接地との間に、トランジスタのベース
・エミッタ間の２個と、コレクタ・エミッタ間の１個と
が直列に接続されるので、電源電圧＋Vccは、少なくと
も、 Vcc≧0.7V×２＋0.2V＝1.6V でなければならない。したがって、この乗算回路は、例
えば１本の単３電池で働くラジオ用のICに使用すること
はできない。

この発明は、以上のような問題点を解決しようとする
ものである。

〔課題を解決するための手段〕 このため、この発明においては、２つの入力信号を電
流入力とするとともに、一方の入力信号は対数圧縮して
乗算を行う。

〔作用〕

電源電圧が低くても直線性の良好な乗算出力が取り出
される。

〔実施例〕

第１図において、トランジスタQ₁，Q₂のエミッタと接
地との間に、定電流源用のトランジスタQ₆のコレクタ・
エミッタ間が接続されて差動アンプ（１）が構成される
とともに、トランジスタQ₃，Q₄のエミッタと接地との間
に、定電流源用のトランジスタQ₉のコレクタ・エミッタ
間が接続されて差動アンプ（２）が構成される。

また、トランジスタQ₁，Q₃のコレクタが互いに接続さ
れるとともに、トランジスタQ₂，Q₄のコレクタが互いに
接続されて１対の出力端とされる。

さらに、トランジスタQ₆，Q₉によりそれぞれカレント
ミラー回路（３），（４）が構成されるとともに、これ
らカレントミラー回路（３），（４）により電圧電流変
換回路（５）が構成される。

すなわち、トランジスタQ₆のベースがトランジスタQ₅
のベースに接続され、このトランジスタQ₅のエミッタが
接地されるとともに、そのコレクタとベースとの間に、
同相アンプ（６）が接続されて接地を基準電位点とする
カレントミラー回路（３）が構成される。そして、第１
の入力信号電圧e₁の信号源S₁と、トランジスタQ₅のコレ
クタとの間に、抵抗器R₁が接続されるとともに、トラン
ジスタQ₅のコレクタに定電流源（８）が接続され、これ
から一定の直流電流Ｉが出力される。

また、トランジスタQ₉のベースがトランジスタQ₈のベ
ースに接続され、このトランジスタQ₈のエミッタが接地
されるとともに、そのコレクタとベースとの間に、同相
アンプ（７）が接続されて接地を基準電位点とするカレ
ントミラー回路（４）が構成される。

そして、トランジスタQ₆のベースにトランジスタQ₇の
ベースが接続され、このトランジスタQ₇のコレクタがト
ランジスタQ₈のコレクタに接続され、そのエミッタが接
地されるとともに、トランジスタQ₇，Q₈のコレクタに定
電流源（９）が接続され、これから電流2Iが出力され
る。

さらに、アンプ（11）及びトランジスタQ₁₁により対
数圧縮特性の電流電圧変換回路（10）が構成される。す
なわち、アンプ（11）の出力端がトランジスタQ₁₁のベ
ースに接続され、そのコレクタが電源端子T₁に接続さ
れ、そのエミッタがアンプ（11）の反転入力端に接続さ
れ、アンプ（11）の非反転入力端と端子T₁との間に、数
十mVのバイアス電圧源Vrが接続される。

また、アンプ（21）及びトランジスタQ₂₁により同様
にして対数圧縮特性の電流電圧変換回路（20）が構成さ
れる。

さらに、第２の入力信号電圧e₂の信号源S₂に電圧電流
変換回路（50）が接続される。この変換回路（50）は、
変換回路（５）と同様に構成されているものであり、ト
ランジスタQ₅₆，Q₅₉はトランジスタQ₆，Q₉に対応する。
そして、これらトランジスタQ₅₆，Q₅₉の各コレクタ・エ
ミッタ間が、トランジスタQ₁₁，Q₂₁の各エミッタと接地
との間に、それぞれ接続される。

また、トランジスタQ₁₁のベースがトランジスタQ₁，Q
₄のベースに接続されるとともに、トランジスタQ₂₁のベ
ースがトランジスタQ₂，Q₃のベースに接続される。

なお、対応するトランジスタは、等しい特性ないし相
似な特性とされる。

第２図は変換回路（10）の一例を示す。すなわち、ト
ランジスタQ₁₁のエミッタがトランジスタQ₁₂のベースに
接続され、このトランジスタQ₁₂のエミッタが端子T₁に
接続され、そのコレクタと接地との間に、定電流源Q₁₄
が接続される。さらに、トランジスタQ₁₂のコレクタが
トランジスタQ₁₃のベースに接続され、このトランジス
タQ₁₃のコレクタが接地され、そのエミッタが抵抗器R₁₁
を通じて端子T₁に接続されるとともに、トランジスタQ
₁₁のベースに接続される。なお、抵抗器R₁₁の端子電圧
が、電圧Vrである。また、変換回路（20）も変換回路
（10）と同様に構成される。

このような構成によれば、トランジスタQ₅には、アン
プ（６）により100％の電圧負帰還がかかっているの
で、抵抗器R₁からトランジスタQ₅を見たときのトランジ
スタQ₅の出力インピーダンスは十分に小さく、抵抗器R₁
の値に比べて無視できる。したがって、抵抗器R₁には、 i₁＝e₁／R₁ ‥‥（ｉ） で示される信号電流i₁が流れ、電圧e₁は電流i₁にリニア
に電圧電流変換される。

そして、トランジスタQ₅，Q₆及びアンプ（６）が、ト
ランジスタQ₅を入力側としてカレントミラー回路（３）
を構成しているとともに、抵抗器R₁を流れる信号電流i₁
と、定電流源（８）からの直流電流Ｉとが、トランジス
タQ₅を流れるので、トランジスタQ₆のコレクタには電流
（Ｉ＋i₁）が流れる。

また、このとき、トランジスタQ₇もトランジスタQ₆と
同じバイアス条件なので、トランジスタQ₇のコレクタに
も定電流源（９）から電流（Ｉ＋i₁）が流れる。そし
て、定電流源（９）の出力電流は電流2Iであるととも
に、トランジスタQ₈，Q₉及びアンプ（９）がカレントミ
ラー回路（４）を構成しているので、トランジスタQ₈の
コレクタに、電流2Iと電流（Ｉ＋i₁）との差の電流（Ｉ
−i₁）が流れ、これによりトランジスタQ₉のコレクタに
電流（Ｉ−i₁）が流れる。

すなわち、差動アンプ（１），（２）の定電流源用の
トランジスタQ₆，Q₉には、入力信号電圧e₁にリニアに比
例した信号電流±i₁及び直流電流Ｉを有する電流（Ｉ＋
i₁），（Ｉ−i₁）が流れる。

また、変換回路（50）においても同様にして、トラン
ジスタQ₅₆，Q₅₉には、入力信号電圧e₂にリニアに比例し
た信号電流±i₂及び直流電流Ｉを有する電流（Ｉ＋
I₂），（Ｉ−i₂）が流れる。

そして、この電流（Ｉ＋i₂），（Ｉ−i₂）はトランジ
スタQ₁₁，Q₂₁の各エミッタ電流でもあるからトランジス
タQ₁₁，Q₂₁のベース・エミッタ間には、電流（Ｉ＋
i₂），（Ｉ−i₂）から電流電圧変換されるとともに、対
数圧縮された１対の電圧（Ｖ＋v₂），（Ｖ−v₂）が得ら
れる。ただし、このとき、トランジスタQ₁₁，Q₂₁には、
アンプ（11），（12）により100％の電圧負帰還がかか
っているとともに、アンプ（11），（12）には電圧（Vc
c−Vr）が供給されているので、 Ｖ＝Vcc−Vr v₂＝（kT/q）1n（（Ｉ＋ｉ）/I） ‥‥（ii） となる。

そして、この対数圧縮された電圧（Ｖ＋v₂），（Ｖ−
v₂）が、トランジスタQ₁，Q₄及びQ₂，Q₃の各ベースに供
給されるので、トランジスタQ₁，Q₄及びQ₂，Q₃のコレク
タ電流は、電流（Ｉ＋i₂），（Ｉ−i₂）にしたがってリ
ニアに変化する。

そして、このとき、トランジスタQ₁，Q₄及びQ₂，Q₃の
コレクタ電流は、それらのエミッタ電流（Ｉ＋i₁），
（Ｉ−i₁）によってもリニアに変化するので、トランジ
スタQ₁，Q₃及びQ₂，Q₃の各コレクタには、１対のバラン
ス型の乗算出力電流（Ｉ＋i₃），（Ｉ−i₃）が得られ
る。

そして、電流（Ｉ±i₁），（Ｉ±i₂）は、（ｉ）式に
示すように、変換回路（５），（50）において入力信号
電圧e₁，e₂がリニアに電圧電流変換されたものであるか
ら、出力電流（信号分）±i₃は、入力信号電圧e₁，e₂の
乗算出力であるとともに、入力信号電圧e₁，e₂に対して
直線性のすぐれたものとなる。

なお、この場合、電流i₂の振幅が電流Ｉに等しいとす
れば、（ii）式における信号電圧v₂は、電流i₂の瞬時値
に対して、 i₂＝Ｉのとき‥‥‥v₂≒18mV i₂＝０のとき‥‥‥v₂＝０ i₂＝−Ｉのとき‥‥v₂−∞ のように対数圧縮された値となるが、これは理想値であ
り、実際には、回路の構成上、 i₂＝−Ｉのとき‥‥ｖ≒700mV となり、第３図に示す特性となる。従って、入力信号電
圧e₂に対して、信号電流i₂は、その振幅が電流Ｉにほぼ
等しくなるダイナミックレンジを持つことができる。

また、信号電圧v₂は、無信号時（e₂＝０のとき、つま
り、i₂＝０のとき）に比べ、i₂＝Ｉのときに18mVまで上
昇するだけであり、これが、最高値であるから、電圧Vr
は上述のように数十mVでよい。そして、端子T₁と接地と
の間には、電圧Vrと、トランジスタQ₁₁のベース・エミ
ッタ間と、トランジスタQ₅₆のコレクタ・エミッタ間と
が直列に入るだけであるから、電源電圧Vccは、 Vcc≧数十mV＋0.7V＋0.2V≒0.9V となる。したがって、１本の単３電池で動作するICに、
この乗算回路を使用した場合、その電池が消耗して定格
電圧1.5Vの60％程度にまで低下しても、この乗算回路は
ほぼ正常に動作できる。

〔発明の効果〕

上述のように、この発明においては、第１の入力信号
電圧e₁を信号電流i₁にリニアに変換し、この電流i₁を差
動アンプ（１），（２）のエミッタ電流として供給する
とともに、第２の入力信号電圧e₂を信号電流i₂にリニア
に変換し、この電流i₂を電圧v₂に変換及び対数圧縮し、
この電圧v₂を差動アンプ（１），（２）にベース電圧と
して供給しているので、差動アンプ（１），（２）から
は入力信号電圧e₁，e₂の乗算出力電流i₃を得ることがで
きるとともに、その出力電流i₃は直線性の良好なものと
なる。

また、信号電流i₂を信号電圧v₂に変換及び対数圧縮す
るとき、その変換回路（10），（20）を、トランジスタ
Q₁₁，Q₁₂及び負帰還用のアンプ（11），（12）により構
成しているので、電源電圧Vccを低くすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一例の接続図、第２図はその一部の
一例の接続図、第３図〜第６図はその説明のための図で
ある。 （１），（２）は差動アンプ、（５），（50）は電圧電
流変換回路、（10），（20）は電流電圧変換回路であ
る。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１及び第２の差動アンプと、 第１の入力信号電圧を１対の第１の信号電流にリニアに
   変換する第１の電圧電流変換回路と、 第２の入力信号電圧を１対の第２の信号電流にリニアに
   変換する第２の電圧電流変換回路と、 １対のトランジスタと、 この１対のトランジスタにそれぞれ負帰還を行う上記１
   対のトランジスタのエミッタ電圧の固定の為の１対のア
   ンプとを有し、 上記第１の差動アンプを構成する第１及び第２のトラン
   ジスタの各ベースと、上記第２の差動アンプを構成する
   第２及び第１のトランジスタの各ベースとがそれぞれ互
   いに接続され、 上記第１の差動アンプの上記第１及び第２のトランジス
   タの各コレクタと、上記第２の差動アンプの上記第１及
   び第２のトランジスタの各コレクタとがそれぞれ互いに
   接続され、 上記第１の電圧電流変換回路からの上記１対の第１の信
   号電流が、上記第１及び第２の差動アンプにそれらの定
   電流源の電流としてそれぞれ供給され、 上記第２の電圧電流変換回路からの上記１対の第２の信
   号電流が、上記１対のトランジスタのエミッタにそれぞ
   れ供給されて対数圧縮された１対の信号電圧に電流電圧
   変換され、 この電流電圧変換された１対の信号電圧が上記第１及び
   第２の差動アンプの上記各第１及び第２のトランジスタ
   の互いに接続されたベースにそれぞれ供給され、 上記第１及び第２の差動アンプの上記各第１及び第２の
   トランジスタの互いに接続されたコレクタから、上記第
   １及び第２の入力信号電圧の乗算出力電流が取り出され
   る乗算回路。