JP3133364B2 - Squarer - Google Patents

Squarer

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JP3133364B2 JP10255491A JP10255491A JP3133364B2 JP 3133364 B2 JP3133364 B2 JP 3133364B2 JP 10255491 A JP10255491 A JP 10255491A JP 10255491 A JP10255491 A JP 10255491A JP 3133364 B2 JP3133364 B2 JP 3133364B2
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キサンツィ トン
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【技術分野】本発明は電子デバイス、より詳細には、非
線形回路内で使用される二乗則伝達特性を持つデバイス
に関する。
TECHNICAL FIELD This invention relates to electronic devices and, more particularly, to devices having a square law transfer characteristic for use in non-linear circuits.

【0002】[0002]

【技術背景】二乗則伝達特性を持つ電子デバイス、いわ
ゆる二乗器は、非線形回路の理論的研究のための理想デ
バイスである。このような理想デバイスが、例えばアナ
ログデバイス社(Analog Devices,Inc. )の技術スタッ
フによって書かれ、アナログデバイス社によって197
4に出版された“非線形回路ハンドブック(non-linear
circuit handbook )”において述べられている。
BACKGROUND ART An electronic device having a square law transfer characteristic, a so-called squarer, is an ideal device for theoretical study of a nonlinear circuit. Such ideal devices have been written, for example, by technical staff of Analog Devices, Inc.
4 Non-linear Circuit Handbook (non-linear
circuit handbook) ".

【0003】このような理想デバイスの伝達特性は、以
下の数式にて記述することができる 。 Uo=HUi2 (1) ここで、Uoは出力電圧を表わし、Uiは入力電圧を表
わし、Hは定数である。
The transfer characteristics of such an ideal device can be described by the following mathematical formula. Uo = HUi 2 (1) where Uo represents an output voltage, Ui represents an input voltage, and H is a constant.

【0004】今日に至るまで、人々によって絶えず追及
されてきたこのような理想デバイスは、現実には満足で
きるように実現されず、実在する二乗則デバイスの性能
にはまだ十分に改良の余地が残される。本発明の出願人
と同一の発明者によって発明及び出願された『広バンド
掛算器(wide band multiplier)』(中国特許第CN1
003319513号,1986年7月25日出願,1
989年2月1日告知,1989年5月31日認可)と
いう名称の特許はこのような理想デバイスの実現に向け
ての大きなステップである。
[0004] To date, such ideal devices continually sought by the public have not been realized satisfactorily in reality, and the performance of real square law devices still leaves much room for improvement. It is. "Wide band multiplier" invented and filed by the same inventor as the applicant of the present invention (Chinese Patent No. CN1)
No. 003319513, filed on July 25, 1986, 1
The patent entitled "Notice Feb. 1, 989, Approved May 31, 1989" is a major step toward realizing such an ideal device.

【0005】この広バンド掛算器は逆方向ダイオードの
逆方向降伏特性がゼロ フィードスルー通電特性を示す
通電方向として使用され、同じダイオードの順方向通電
特性の“デッド ゾーン”が遮蔽方向として使用された
とき、ペアの逆方向ダイオードのピーク電流がこれら個
々のダイオードのそれぞれの逆方向通電電流に対すして
互いに補償しあうと言う概念に基づく。この概念に基づ
いて構成された掛算器は、掛算器の出力電流があるダイ
ナミック レンジ内において入力電圧の二乗に実質的に
比例すると言う伝達特性を示す。つまり、これはi=k
2 の特性を持つ。ここでuは入力信号電圧であり、i
は出力信号電流であり、そしてkは定数である。しかし
この掛算器はまだ以下のような欠陥を持つ。つまりこの
伝達特性曲線の上側部分が二乗則から大きく逸脱し、従
ってこのデバイスのダイナミック レンジが大きく制限
され、また、A.C.信号とD.C.信号の伝達特性の
間の差が大きく;さらに掛算器の出力と接続されるべき
出力回路が掛算器の出力電流によってドライブされなけ
ればならない。
In this wide band multiplier, the reverse breakdown characteristic of the reverse diode is used as the conduction direction showing zero feedthrough conduction characteristic, and the "dead zone" of the same diode forward conduction characteristic is used as the shielding direction. This is based on the concept that the peak currents of a pair of backward diodes compensate each other for the respective reverse conduction currents of these individual diodes. A multiplier constructed according to this concept exhibits a transfer characteristic in which the output current of the multiplier is substantially proportional to the square of the input voltage within a certain dynamic range. That is, this is i = k
with the characteristics of the u 2. Where u is the input signal voltage and i
Is the output signal current, and k is a constant. However, this multiplier still has the following defects. That is, the upper part of the transfer characteristic curve deviates significantly from the square law, thus greatly limiting the dynamic range of the device. C. Signal and D.S. C. The difference between the transfer characteristics of the signals is large; moreover, the output circuit to be connected to the output of the multiplier must be driven by the output current of the multiplier.

【0006】本発明の一つの目的は、従って二乗則デバ
イス、より詳細には、理想二乗則特性に非常に近い二乗
器を提供することにある。つまり本発明による二乗器の
伝達特性は、かなり広いダイナミック レンジ内で二乗
則特性(つまり、Uo=Kui2 、ここでUiは入力信
号電圧、Uoは出力信号電圧、そしてKは定数)と正確
に一致し、D.C.からマイクロ波周波数バンドまでの
周波数レンジに適用する。
It is an object of the present invention, therefore, to provide a square law device, and more particularly, a squarer that is very close to ideal square law characteristics. That is, the transfer characteristic of the squarer according to the present invention is exactly square-law characteristic (ie, Uo = Kui 2 , where Ui is the input signal voltage, Uo is the output signal voltage, and K is a constant) within a fairly wide dynamic range. Match; C. Applies to the frequency range from to the microwave frequency band.

【0007】本発明のもう一つの目的は、様々な出力回
路に使用でき上記の優れた特性を持つ二乗器を提供する
ことにある。
Another object of the present invention is to provide a squarer which can be used in various output circuits and has the above excellent characteristics.

【0008】本発明のさらにもう一つの目的は、上記の
優れた特性を持つ低コストの二乗器を提供することにあ
る。
It is still another object of the present invention to provide a low cost squarer having the above excellent characteristics.

【0009】[0009]

【発明の概要】これら目的を達成するために、上に述べ
た特許第CN1003195B号に対する改良が行なわ
れた。本発明によると、選択された抵抗を持つ抵抗体R
が逆方向ダイオードの逆方向通電特性の上側部分を補償
するために加えられ、結果としての特性は二乗則と正確
に一致する。逆方向ダイオードの逆方向通電特性の下側
部分がもう一つの逆方向ダイオードのピーク電流によっ
て補償されるとき、同じ逆方向ダイオードの逆方向通電
特性の上側部分も、本発明によると選択された抵抗を持
つ抵抗体を加えることによって補償できる。このように
して、上に述べられた先行技術の欠点が克服され、従っ
て、本発明による二乗器は先行技術のそれよりもかなり
広いダイナミック レンジ内で二乗則特性を持つ。この
アプリケーションに従うと、本発明の二乗器の出力は、
コンデンサーあるいは周波数選択回路に接続できる。オ
プションとして、これら二つの出力端子O及びO’を短
絡させ、こうして出力信号を補償抵抗体Rの二つの端を
通じて直接に得ることもできる。コンデンサーあるいは
これに接続された周波数選択回路、あるいは補償抵抗体
(端子OとO’が短絡された場合)からの出力電圧は、
入力信号電圧の二乗に比例し、従って本発明による二乗
器は、Uo=KUi2 の伝達特性を持つ。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve these objects, improvements have been made to the above-mentioned patent CN 100003195B. According to the present invention, a resistor R having a selected resistance
Is added to compensate for the upper portion of the reverse conduction characteristic of the reverse diode, and the resulting characteristic exactly matches the square law. When the lower part of the reverse conduction characteristic of the reverse diode is compensated by the peak current of another reverse diode, the upper part of the reverse conduction characteristic of the same reverse diode also has the selected resistance according to the invention. Can be compensated by adding a resistor having In this way, the above-mentioned disadvantages of the prior art are overcome, so that the squaring device according to the invention has a square-law characteristic within a much wider dynamic range than that of the prior art. According to this application, the output of the squarer of the invention is
Can be connected to a capacitor or frequency selection circuit. Optionally, these two output terminals O and O 'can be short-circuited, so that the output signal is obtained directly through the two ends of the compensation resistor R. The output voltage from the capacitor or the frequency selection circuit connected to it, or the compensation resistor (when the terminals O and O 'are short-circuited)
It is proportional to the square of the input signal voltage and therefore the squarer according to the invention has a transfer characteristic of Uo = KUi 2 .

【0010】[0010]

【実施例】図1は本発明の二乗器(squarer )の一つの
実施態様を示すが、これは、二つの逆方向ダイオードD
1及びD2、及び選択された抵抗を持つ一つの補償抵抗
体を示す。ダイオードD1の陰極はダイオードD2の陽
極に接続され、補償抵抗体Rの一端は、ダイオードD1
の陽極に接続され、補償抵抗体Rの他端は、二乗器の一
つの出力に接続される。この二乗器の動作の基本原理が
以下に説明される。
FIG. 1 shows one embodiment of the squarer of the present invention, which comprises two reverse diodes D.
1 and D2, and one compensating resistor having a selected resistance. The cathode of the diode D1 is connected to the anode of the diode D2, and one end of the compensation resistor R is connected to the diode D1.
The other end of the compensation resistor R is connected to one output of the squarer. The basic principle of operation of this squarer will be described below.

【0011】逆方向ダイオードD1の逆方向降伏特性
は、図5の第一四分円内に点線にて示されるようにゼロ
フィード スルー伝導特性を持つ。しかしこの特性曲
線は、二乗則から大きく逸脱する。この問題を解決する
ために、この実施態様においては、ダイオードD1が逆
方向通電となると、ダイオードD2は、順方向通電とな
り、従ってダイオードD2のピーク電流がダイオードD
1の通電特性曲線の下側部分を補償するように提供さ
れ、この結果として、この結合された特性曲線の下側部
分は、正確な二乗則特性を示す。さらに本発明の抵抗体
補償方法によると、図1の選択された抵抗を持つ抵抗体
Rが逆方向ダイオードD1の逆方向通電特性曲線の上側
部分を補償するように使用され、結果としての特性曲線
の上側部分もまた正確な二乗則形状を示す。こうして、
この実施態様の二乗器の結果としての全体としての特性
曲線は、図5の第一四分円内に実線にて示されるよう
に、ゼロフィード スルー ポイントから非常に高いレ
ベルに至るまでの非常に広い動的レンジ内で二乗則特性
を持つ。ところで、あるアプリケーションにおいては、
厳密な二乗則特性を持つことは必要でなく、従ってダイ
オードD2が削除される。この場合は、この二乗器の特
性の下側部分は二乗則から幾分逸脱する。
The reverse breakdown characteristic of the reverse diode D1 has a zero feedthrough conduction characteristic as shown by a dotted line in the first quadrant of FIG. However, this characteristic curve deviates greatly from the square law. To solve this problem, in this embodiment, when diode D1 is in reverse conduction, diode D2 is in forward conduction, so that the peak current of diode D2 is less than diode D2.
1 is provided to compensate for the lower part of the current-carrying characteristic curve, so that the lower part of this combined characteristic curve exhibits accurate square law characteristics. Further in accordance with the resistor compensation method of the present invention, resistor R having the selected resistance of FIG. 1 is used to compensate for the upper portion of the reverse conduction characteristic curve of reverse diode D1, resulting in a characteristic curve. Also shows the exact square law shape. Thus,
The resulting overall characteristic curve of the squarer of this embodiment is very high from the zero feedthrough point to a very high level, as shown by the solid line in the first quadrant of FIG. It has a square law characteristic within a wide dynamic range. By the way, in some applications,
It is not necessary to have a strict square law characteristic, so the diode D2 is eliminated. In this case, the lower part of the squarer characteristic deviates somewhat from the square law.

【0012】図1に示される二乗器は、多くの用途に使
用できる。これらアプリケーションによれば、ユーザー
は対応する回路を図1の線−−,−・−,及び−・・−
によって示されるように出力端子O及びO’に接続し、
これら端子が適当なキャパシタンスを持つコンデンサー
に接続された場合、D.C信号あるいは低周波数信号が
コンデンサーを介して得られるようにする。ユーザーが
特定の周波数、例えば、入力信号Uiの周波数の二倍の
周波数の出力信号を得ようとするようなケースあるいは
ユーザーが入力信号Ua及びUbの上側サイドバンド周
波数信号を得ようと試みるような場合,これら目的のた
めに設計された対応する周波数選択回路あるいはフィル
ターが要求される出力信号が得られるようにこれら端子
O及びO’に接続される。また本発明の二乗器によって
生成される二乗則特性内の周波数成分の全てを含む信号
が端子OとO’が短絡された場合、補償抵抗体Rの二つ
の端子から得られる。上に述べた全てのケースにおい
て、出力信号の電圧値は、入力信号電圧の二乗値に比例
する。
The squarer shown in FIG. 1 can be used for many applications. In accordance with these applications, the user would change the corresponding circuit from the line in FIG.
Connected to output terminals O and O 'as shown by
When these terminals are connected to a capacitor having an appropriate capacitance, D.C. A C signal or a low frequency signal is obtained via a capacitor. In the case where the user seeks to obtain an output signal at a specific frequency, for example, twice the frequency of the input signal Ui, or when the user attempts to obtain the upper sideband frequency signals of the input signals Ua and Ub. In that case, a corresponding frequency selection circuit or filter designed for these purposes is connected to these terminals O and O 'so as to obtain the required output signal. When the terminals O and O 'are short-circuited, a signal including all the frequency components within the square law characteristic generated by the squarer of the present invention is obtained from the two terminals of the compensation resistor R. In all the cases described above, the voltage value of the output signal is proportional to the square of the input signal voltage.

【0013】図2は本発明のもう一つの実施態様を示
す。これは2−四分円二乗器である。D1の逆方向通電
特性の下側部分はD2のピーク電流によって補償され、
同様にD2の逆方向通電特性の下側部分はD1のピーク
電流によって補償され、選択された抵抗を持つ二つの補
償抵抗体Rがこれら特性曲線の上側部分を補償するため
に使用される。このようにして、補償された伝達特性曲
線は図5に実線にて示されるように正確な二乗則特性を
示す。
FIG. 2 shows another embodiment of the present invention. This is a two-quarter squarer. The lower part of the reverse conduction characteristic of D1 is compensated by the peak current of D2,
Similarly, the lower part of the reverse conduction characteristic of D2 is compensated by the peak current of D1, and two compensating resistors R with selected resistances are used to compensate for the upper part of these characteristic curves. In this way, the compensated transfer characteristic curve shows an accurate square law characteristic as shown by the solid line in FIG.

【0014】同様にして、様々な複数−四分円二乗器が
形成できる。つまり本発明に従って、以下の長所を持つ
シリーズの新たなタイプの二乗器が形成できる。
Similarly, various multiple-quadrant squarers can be formed. That is, according to the present invention, a new type of squarer can be formed in a series having the following advantages.

【0015】つまり、X.Y軸上の不確定性が小さくさ
れ;これらは非常に広いダイナミック レンジ内で二乗
則特性を持ち、非常に広い周波数バンド内で動作でき、
さらに、これらは高速応答、低ノイズ及び良好な熱安定
性の性能を持つ。これに加えて、本発明の二乗器の入力
及び出力は、平衡端子あるいは非平衡端子として設計で
き、本発明による二乗器の入力には単一の信号あるいは
複数の信号を加えることができる。さらに、本発明の二
乗器の伝達特性は非線形回路の分析における上に述べた
式(1)の形式にて記述できる。例えば、二つの信号U
a及びUbが4−四分円二乗器に平衡形式にて入力され
た場合、この二乗器の出力信号は、Ua及びUbの純粋
な積にほぼ等しい。このため、関連する非線形回路の分
析においてパワー級数にて伝達関数を展開する必要がな
くなり、これは周波数選択あるいはフィルタリング回路
の選択を簡素化し、例えば、あるフィルタリング回路が
省略でき、さらに本発明の二乗器のゼロ フィード ス
ルー特性のために、本発明の二乗器を含む回路の設計に
対する新たな方法(低レベル設計法)が提供される。こ
の方法を使用すると、回路システムの先行段の利得が低
減でき、全システムの利得の殆どの部分がシステムの後
ろの段に分配できる。
That is, X. The uncertainties on the Y axis are reduced; they have a square law characteristic within a very wide dynamic range, can operate in a very wide frequency band,
Furthermore, they have the performance of fast response, low noise and good thermal stability. In addition, the inputs and outputs of the squaring device of the present invention can be designed as balanced terminals or unbalanced terminals, and a single signal or a plurality of signals can be applied to the input of the squaring device according to the present invention. Further, the transfer characteristic of the squarer of the present invention can be described in the form of the above-described equation (1) in analyzing a nonlinear circuit. For example, two signals U
If a and Ub are input in balanced form to a 4-quadrant squarer, the output signal of this squarer is approximately equal to the pure product of Ua and Ub. This eliminates the need to expand the transfer function in the power series in the analysis of the relevant non-linear circuit, which simplifies the frequency selection or the selection of the filtering circuit, for example, a certain filtering circuit can be omitted, and the square of the present invention Because of the zero feed-through characteristics of the device, a new method (low-level design method) is provided for the design of circuits containing the squarer of the present invention. Using this method, the gain of the preceding stages of the circuit system can be reduced, and most of the gain of the entire system can be distributed to the later stages of the system.

【0016】本発明のシリーズの二乗器は高精度にて電
子信号パワー、真の有効値及びノイズを測定するための
単純で簡単な方法及び装置を提供し、また良好な性能に
て周波数変換及び位相変換に使用できる。
The series of squarers of the present invention provides a simple and simple method and apparatus for measuring electronic signal power, true effective value and noise with high accuracy, and provides frequency conversion and good performance with good performance. Can be used for phase conversion.

【0017】本発明の好ましい実施態様が説明された
が、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の
精神及び範囲から逸とに注意する。従って、本発明及び
これらの全ての変更及び修正は、特許請求の範囲によっ
てのみ限定されるものである。
While the preferred embodiment of the invention has been described, it is to be noted that the invention is not limited to this, and departs from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the invention and all such changes and modifications are intended to be limited only by the appended claims.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による1−四分円二乗器の回路及びその
接続されるべき出力回路への接続を示す略線図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the circuit of a 1-quarter squarer according to the present invention and its connection to an output circuit to be connected.

【図2】本発明による2−四分円二乗器の回路の略線図
である。
FIG. 2 is a schematic diagram of a circuit of a 2-quadrant squarer according to the present invention.

【図3】いわゆる理想二乗器の特性曲線を示す。FIG. 3 shows a characteristic curve of a so-called ideal squarer.

【図4】本発明に従う選択された抵抗を持つ抵抗体を加
えることによる逆方向通電特性の補償を示す。
FIG. 4 shows the compensation of the reverse conduction characteristics by adding a resistor with a selected resistance according to the invention.

【図5】本発明による逆方向ダイオード補償と選択され
た抵抗の抵抗体補償の組み合わせによる二つの四分円内
での伝達特性曲線を示す。
FIG. 5 shows a transfer characteristic curve in two quadrants with a combination of reverse diode compensation and resistor compensation of a selected resistor according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

D1,D2 逆方向ダイオード R 補償抵抗体 D1, D2 Reverse diode R Compensation resistor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06G 7/20 H03G 11/02 H04N 5/202 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G06G 7/20 H03G 11/02 H04N 5/202

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 アノードおよびカソードを有する第一の
逆方向ダイオード(D1)と、 第一の逆方向ダイオー
ドのアノードに接続された一端を備えるとともに、他端
を備える抵抗(R)と、 第一の逆方向ダイオードのカソードに接続されたアノー
ドを備えるとともに、カソードを備える第二の逆方向ダ
イオード(D2)と、 第二の逆方向ダイオードのアノードおよびカソード間に
おいて入力電圧(Ui)を印加する入力端子手段とを備
え、 前記第二の逆方向ダイオードのカソードから前記抵抗の
他端までの出力電圧(Uo)は、Kを定数とした場合
に、Uo=KUi2 であることを特徴とする二乗器。
1. A first reverse diode (D1) having an anode and a cathode; a resistor (R) having one end connected to the anode of the first reverse diode and having the other end; A second reverse diode (D2) having an anode connected to the cathode of the reverse diode and having a cathode, and an input for applying an input voltage (Ui) between the anode and the cathode of the second reverse diode. A terminal means, wherein an output voltage (Uo) from the cathode of the second reverse diode to the other end of the resistor is Uo = KUi 2 where K is a constant. vessel.
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