JPH08147397A - Linear multiplier and divider - Google Patents

Linear multiplier and divider

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JPH08147397A
JPH08147397A JP6291388A JP29138894A JPH08147397A JP H08147397 A JPH08147397 A JP H08147397A JP 6291388 A JP6291388 A JP 6291388A JP 29138894 A JP29138894 A JP 29138894A JP H08147397 A JPH08147397 A JP H08147397A
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JP
Japan
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input
voltage
source
multiplication
fet
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JP6291388A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuichiro Hiyoshi
雄一郎 日吉
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Hitachi Maxell Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To improve the accuracy of multiplication and division and to reduce power consumption by making an FET a variable resistance. CONSTITUTION: As for the input X from an input terminal 8, the AC voltage XAC is separated by a capacitor 4 and the voltage is supplied as an input to be calculated to the source S of an FET 1 via a fixed resistor 3. Also the voltage E of a DC voltage source 5 is supplied as a division input to the source S of the FET 1 via an inductor 6 and the fixed resistor 3. The drain D of the FET 1 is grounded, the source S is connected with an output terminal 7 and the DC voltage ZDC of the output Z obtained at this output terminal 7 is supplied to an integrator 2. The DC multiplication input YDC as the reference voltage is supplied to the integrator 2 from an input terminal 9, the output of the integrator 2 is supplied as gain control voltage to the gate G of the FET 1, and servo is applied so that the DC voltage ZDC of the output Z may be equal to the multiplication input YDC. Thus, the AC voltage ZAC of the output Z becomes the voltage that the product of the input XAC to be calculated and the multiplication input YDC is divided by the division input E.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、FET(電界効果トラ
ンジスタ)を可変抵抗素子として用い、被乗算入力を乗
算入力で乗算または除算入力で除算するリニア乗除算器
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a linear multiplier / divider which uses an FET (field effect transistor) as a variable resistance element and which multiplies an input to be multiplied by a multiplication input or divides by a division input.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のリニア乗除算器としては、対数変
換方式によるものが一般的であった。これは、いま、ア
ナログの被乗数,乗数を夫々X,Yとすると、これらを
対数変換して、 Log(XY)=LogX+LogY の演算処理を行ない、得られたLog(XY)を逆対数変
換することにより、X,Yの積XYが得られる。
2. Description of the Related Art Conventional linear multipliers / dividers generally use a logarithmic conversion system. Here, assuming that analog multiplicands and multipliers are respectively X and Y, logarithmic conversion of these is performed, Log (XY) = LogX + LogY is calculated, and the obtained Log (XY) is inversely logarithmically converted. Gives the product XY of X, Y.

【0003】図9はかかる原理に基づくリニア乗算器の
基本構成を示す図であって、100,101は対数増幅
器、102は加算器、103は逆対数増幅器である。
FIG. 9 is a diagram showing the basic configuration of a linear multiplier based on such a principle. 100 and 101 are logarithmic amplifiers, 102 is an adder, and 103 is an antilogarithmic amplifier.

【0004】同図において、被演算入力X及び乗算入力
Yは夫々、対数増幅器100,101で対数に変換さ
れ、加算器102で加算される。この加算器102は演
算増幅器や抵抗,反転回路などで構成される。この加算
器102の出力は逆対数増幅器103で逆対数変換さ
れ、上記のように、被演算入力Xと乗算入力Yとの積X
Yが得られる。
In the figure, the operand input X and the multiplication input Y are converted into logarithms by logarithmic amplifiers 100 and 101, respectively, and added by an adder 102. The adder 102 is composed of an operational amplifier, a resistor, an inverting circuit and the like. The output of the adder 102 is antilogarithmically converted by the antilogarithmic amplifier 103, and as described above, the product X of the operand input X and the multiplication input Y is obtained.
Y is obtained.

【0005】また、加算器102の代わりに減算器を使
用することにより、Yを除算入力として、逆対数増幅器
103からX,Yの比X/Yが得られる。
By using a subtractor instead of the adder 102, the ratio X / Y of X and Y can be obtained from the antilogarithmic amplifier 103 with Y as a division input.

【0006】対数増幅器100,101や逆対数増幅器
103としては、通常、トランジスタのベース・エミッ
タ間電圧VBEとコレクタ電流ICとの関係が利用され
る。即ち、理想的なトランジスタでは、これらの間に、
As the logarithmic amplifiers 100 and 101 and the antilogarithmic amplifier 103, the relationship between the base-emitter voltage V BE of the transistor and the collector current I C is usually used. That is, in an ideal transistor, between these,

【0007】[0007]

【数1】 [Equation 1]

【0008】但し、k:ボルツマン定数 T:絶対温度 q:電子の電荷量 IC:トランジスタのコレクタ電流 IES:エミッタ接合短絡飽和電流 が成立し、コレクタ電流ICをリニアに変化させると、
ベース・エミッタ間にこのコレクタ電流ICの対数に比
例したベース・エミッタ間電圧VBEが得られる。
However, k: Boltzmann's constant T: Absolute temperature q: Electron charge amount I C : Transistor collector current I ES : Emitter junction short-circuit saturation current holds, and if the collector current I C is changed linearly,
A base-emitter voltage V BE proportional to the logarithm of the collector current I C is obtained between the base and the emitter.

【0009】また、リニア乗除算器の他の例としては、
図10に示すようなギルバートセルが知られている。こ
れはモノリシックICに適したリニア乗除算器の代表的
なものであって、現在では、ほとんどのリニア乗除算器
がこの方式を採用している。この方式も、トランジスタ
のVBE−ICの対数特性を利用しているが、4現象の乗
除算を行なうことができ、コアが対数変換と電流加算と
を同時に行なっているのが特徴である。
As another example of the linear multiplier / divider,
A Gilbert cell as shown in FIG. 10 is known. This is a typical linear multiplier / divider suitable for a monolithic IC, and most linear multiplier / dividers currently employ this method. This system also utilizes the logarithmic characteristic of V BE -I C of the transistor, but is characterized in that it can perform multiplication / division of four phenomena and the core simultaneously performs logarithmic conversion and current addition. .

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】ところで、図9に示し
た上記のリニア乗除算器では、対数増幅器100,10
1や逆対数増幅器103としてトランジスタのVBE−I
C特性を利用した場合、この特性は、上記数1に示した
ように、絶対温度Tに依存しているため、温度による影
響を受けやすく、温度補償が難しい。しかも、対数増幅
器100,101と逆対数増幅器103との間に特性の
差があったり、対数増幅器100,101と逆対数増幅
器103とが離れた位置に配置されて夫々に温度差があ
ったりすると、逆対数増幅器103の出力に誤差が生ず
るという問題がある。
By the way, in the above linear multiplier / divider shown in FIG. 9, logarithmic amplifiers 100 and 10 are used.
1 or a transistor V BE -I as the antilogarithmic amplifier 103
When the C characteristic is used, this characteristic depends on the absolute temperature T, as shown in the above mathematical expression 1, so that it is easily affected by the temperature and temperature compensation is difficult. Moreover, if there is a difference in characteristics between the logarithmic amplifiers 100 and 101 and the antilogarithmic amplifier 103, or if there is a difference in temperature between the logarithmic amplifiers 100 and 101 and the antilogarithmic amplifier 103 that are located apart from each other. However, there is a problem that an error occurs in the output of the antilogarithmic amplifier 103.

【0011】また、図10に示したギルバートセルで
は、図示するように、定電流源までも含めると、能動領
域で動作するトランジスタが3段直列に接続されてお
り、このため、1段当り3Vの電圧が必要とすると、少
なくとも9Vの電源電圧が必要となり、低電圧化が難し
いという問題がある。また、電源からみて差動増幅器を
構成する回路が複数並列に接続されており、このため、
消費電流も多くなる。この結果、低消費電力化も難しい
という問題もある。
Further, in the Gilbert cell shown in FIG. 10, as shown in the figure, when a constant current source is included, three stages of transistors operating in the active region are connected in series. Is required, a power supply voltage of at least 9 V is required, which makes it difficult to reduce the voltage. In addition, a plurality of circuits that configure the differential amplifier are connected in parallel when viewed from the power source, and therefore,
The current consumption also increases. As a result, there is also a problem that it is difficult to reduce power consumption.

【0012】本発明の目的は、かかる問題を解消し、演
算精度を高め、消費電力を大幅に低減することができる
ようにしたリニア乗除算器を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a linear multiplier / divider which solves such a problem, improves the calculation accuracy, and can significantly reduce the power consumption.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ソースに交流電圧の被演算入力と直流電
圧の除算入力とが供給され可変抵抗領域で動作するFE
Tと、直流電圧の乗算入力が基準電圧として供給され該
FETのソースに得られる直流電圧と該乗算入力との差
を積分する積分器とを備え、該積分器の出力をコントロ
ール電圧として該FETのゲートに供給し、該FETの
ソース・ドレイン間に得られる直流電圧と該乗算入力と
が等しくなるようにサーボをかけて、該FETのソース
から乗除算出力を得るようにする。
In order to achieve the above object, the present invention provides an FE which operates in a variable resistance region in which a source is supplied with an operated input of an AC voltage and a divided input of a DC voltage.
T and an integrator which is supplied with a DC voltage multiplication input as a reference voltage and integrates the difference between the DC voltage obtained at the source of the FET and the multiplication input, and the output of the integrator is used as a control voltage for the FET. Is supplied to the gate of the FET and the servo is applied so that the DC voltage obtained between the source and drain of the FET becomes equal to the multiplication input, and the multiplication / division calculation force is obtained from the source of the FET.

【0014】[0014]

【作用】ゲインコントロール回路として、FETの可変
抵抗特性を利用したものが知られている。図11はその
基本構成を示す図であって、第1の入力Xが固定抵抗器
105を介してFET104のソースSに供給され、こ
のFET104のゲートGに第2の入力Yが供給され
る。FET104のドレインDは接地されている。
As a gain control circuit, one using a variable resistance characteristic of FET is known. FIG. 11 is a diagram showing the basic configuration thereof, in which the first input X is supplied to the source S of the FET 104 via the fixed resistor 105, and the second input Y is supplied to the gate G of the FET 104. The drain D of the FET 104 is grounded.

【0015】かかる構成において、FET104のソー
スSから出力Zが得られるが、FET104は可変抵抗
器として作用させるものであるから、いま、このFET
104のソース・ドレイン間の抵抗値をR1、固定抵抗
器105の抵抗値をR0とすると、
In this configuration, the output Z is obtained from the source S of the FET 104, but since the FET 104 acts as a variable resistor, this FET is now used.
When the resistance value between the source and drain of 104 is R 1 and the resistance value of the fixed resistor 105 is R 0 ,

【0016】[0016]

【数2】 [Equation 2]

【0017】の関係があり、FET104のソース・ド
レイン間の抵抗値R1はFET104のゲートGに供給
される入力Yに応じて変化する。
The resistance value R 1 between the source and the drain of the FET 104 changes according to the input Y supplied to the gate G of the FET 104.

【0018】ここで、抵抗値R1が抵抗値R0よりも充分
小さい場合には、上記数2により、出力ZはFET10
4のソース・ドレイン間の抵抗値R1に比例し、また、
この抵抗値R1が入力Yに比例すれば、出力Zは入力
X,Yの積XYとなる。従って、図11に示すゲインコ
ントロール回路はリニア乗算器としての機能をもつこと
になる。
Here, when the resistance value R 1 is sufficiently smaller than the resistance value R 0 , the output Z is the FET 10 according to the above equation ( 2).
4 is proportional to the resistance value R 1 between the source and drain, and
If this resistance value R 1 is proportional to the input Y, the output Z will be the product XY of the inputs X and Y. Therefore, the gain control circuit shown in FIG. 11 has a function as a linear multiplier.

【0019】しかしながら、実際には、FET104の
ゲートGに供給される入力Yの電圧値(ゲインコントロ
ール電圧)に対するFET104のソース・ドレイン間
の抵抗値R1やインピーダンスは、図12に示すよう
に、非直線の特性を呈することになる(FETとして、
2SJ105GRを例とした)。そして、図11において、入力
Xを一定として、入力Yを変化させたときの直流増幅度
をみると、図13に示すように、非直線の特性となる。
このことから、図11に示すようなゲインコントロール
回路は、そのままでは、リニア乗除算器として使用する
ことができない。
However, in reality, the resistance value R 1 between the source and drain of the FET 104 and the impedance with respect to the voltage value (gain control voltage) of the input Y supplied to the gate G of the FET 104 are as shown in FIG. It will exhibit non-linear characteristics (as an FET,
2SJ105GR as an example). In FIG. 11, when the input X is kept constant and the input Y is changed, the degree of direct current amplification shows a non-linear characteristic as shown in FIG.
Therefore, the gain control circuit as shown in FIG. 11 cannot be used as it is as a linear multiplier / divider.

【0020】本発明は、基本的には図11に示した回路
を一部に有する構成をなすものであるが、上記のよう
に、固定抵抗器を介してFETのソースに上記の交流の
入力Xと直流の入力Eとを供給し、かつ積分器を設けた
ものであり、積分器の出力で、FETのソース・ドレイ
ン間に得られる直流電圧と乗算入力とが一致するよう
に、FETを制御することにより、FETのソース・ド
レイン間に得られる交流電圧が上記の入力Xに入力Yを
掛けたものを入力Eで除したものに等しくなる。従っ
て、入力Xを被演算入力、入力Yを乗算入力、入力Eを
除算入力とすることにより、FETのソース・ドレイン
間に得られる交流電圧が被演算入力を乗算入力Y,除算
入力Eで乗除算したものとなる。
The present invention basically has a structure having a part of the circuit shown in FIG. 11, but as described above, the above-mentioned AC input is input to the FET source through the fixed resistor. X is supplied with X and DC input E, and an integrator is provided, and the FET is connected to the output of the integrator so that the DC voltage obtained between the source and drain of the FET matches the multiplication input. By controlling, the AC voltage obtained between the source and drain of the FET becomes equal to the product of the input X and the input Y divided by the input E. Therefore, by setting the input X as the operated input, the input Y as the multiplication input, and the input E as the division input, the AC voltage obtained between the source and drain of the FET multiplies the operated input by the multiplication input Y and the division input E. It will be the sum.

【0021】[0021]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。図1は本発明によるリニア乗除算器の一実施例を示
す回路図であって、1はFET、2は積分器、2aは演
算増幅器、2bはコンデンサ、2c,3は固定抵抗器、
4はコンデンサ、5は直流電圧源、6はインダクタ、7
は出力端子、8,9は入力端子である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a linear multiplier / divider according to the present invention, in which 1 is an FET, 2 is an integrator, 2a is an operational amplifier, 2b is a capacitor, 2c and 3 are fixed resistors,
4 is a capacitor, 5 is a DC voltage source, 6 is an inductor, 7
Is an output terminal, and 8 and 9 are input terminals.

【0022】同図において、入力端子8からの入力Xは
コンデンサ4に供給されて入力Xの交流電圧XACが抽出
され、固定抵抗器3を介しFET1のソースSに供給さ
れる。このFET1のドレインDは接地されている。ま
た、直流電圧源5の直流電圧Eが、インダクタ6と固定
抵抗器3を介してFET1のソースSに供給される。F
ET1のソースSは、出力端子7に接続されるととも
に、積分器2にも接続され、この積分器2の出力端子が
FET1のゲートGに接続されている。
In the figure, the input X from the input terminal 8 is supplied to the capacitor 4, the AC voltage X AC of the input X is extracted, and is supplied to the source S of the FET 1 via the fixed resistor 3. The drain D of this FET 1 is grounded. Further, the DC voltage E of the DC voltage source 5 is supplied to the source S of the FET 1 via the inductor 6 and the fixed resistor 3. F
The source S of ET1 is connected to the output terminal 7 and also to the integrator 2, and the output terminal of the integrator 2 is connected to the gate G of the FET1.

【0023】積分器2では、出力端子7(従って、FE
T1のソースS)に得られる出力Zの直流電圧ZDCが固
定抵抗器2cを介して演算増幅器2aに反転入力として
供給され、また、演算増幅器2aの非反転入力として
は、入力端子9から基準電圧としての直流電圧の入力Y
が供給される。これら直流電圧ZDCと入力YDCとの差の
積分値である演算増幅器2aの出力がFET1のゲート
Gにゲインコントロール電圧として供給される。演算増
幅器2aの入出力端子間にコンデンサ2bが設けられて
いる。
In the integrator 2, the output terminal 7 (hence the FE
The DC voltage Z DC of the output Z obtained at the source S) of T1 is supplied as an inverting input to the operational amplifier 2a via the fixed resistor 2c, and as a non-inverting input of the operational amplifier 2a, the reference from the input terminal 9 is used. Input of DC voltage as voltage Y
Is supplied. The output of the operational amplifier 2a, which is the integrated value of the difference between the DC voltage Z DC and the input Y DC , is supplied to the gate G of the FET 1 as a gain control voltage. A capacitor 2b is provided between the input and output terminals of the operational amplifier 2a.

【0024】なお、インダクタ6は、コンデンサ4から
の交流電圧XACが直流電源5側に漏れないようにするた
めのものである。
The inductor 6 is for preventing the AC voltage X AC from the capacitor 4 from leaking to the DC power source 5 side.

【0025】FET1は、能動領域ではなく、可変抵抗
領域で動作し、ドレイン・ソース間にはほとんど電圧を
かけないようにする。そして、積分器2の出力がFET
1のゲートGにゲインコントロール電圧として与えられ
ることにより、FET1のソース・ドレイン間の電圧で
ある出力Zの直流電圧ZDCと基準電圧である入力Yとの
差分が0となるように、即ち、これら直流電圧ZDCと入
力Yとが等しくなるようにサーボがかけられる。
The FET1 operates in the variable resistance region, not in the active region, so that almost no voltage is applied between the drain and the source. And the output of the integrator 2 is FET
By being applied to the gate G of 1 as a gain control voltage, the difference between the DC voltage Z DC of the output Z, which is the voltage between the source and drain of the FET 1, and the input Y, which is the reference voltage, becomes 0, that is, Servo is applied so that the DC voltage Z DC and the input Y become equal.

【0026】そこで、いま、FET1のソース・ドレイ
ン間の抵抗値をr1、固定抵抗器3の抵抗値をr0とする
と、直流電圧に関しては、
Therefore, assuming that the resistance value between the source and drain of the FET 1 is r 1 and the resistance value of the fixed resistor 3 is r 0 , the DC voltage is as follows.

【0027】[0027]

【数3】 (Equation 3)

【0028】[0028]

【数4】 [Equation 4]

【0029】が成立する。従って、数3,数4から、Is satisfied. Therefore, from Equations 3 and 4,

【0030】[0030]

【数5】 (Equation 5)

【0031】である。また、交流電圧に関しては、FE
T1のソース・ドレイン間のインピーダンスがr1に等
しいとすると、
It is Regarding the AC voltage, FE
Assuming that the impedance between the source and drain of T1 is equal to r 1 ,

【0032】[0032]

【数6】 (Equation 6)

【0033】であり、これに上記数5を代入すると、Substituting the above equation 5 into

【0034】[0034]

【数7】 (Equation 7)

【0035】となる。[0035]

【0036】上記数7により、出力端子7に得られる出
力Zの交流電圧ZACは、入力Xの交流電圧XACを被演算
入力、入力Yを乗算入力、直流電圧Eを除算入力とする
と、被演算入力XACに乗算入力Yを掛算したものを除算
入力Eで割算したものである。従って、この実施例は、
直流電圧Eを一定とすると、出力Zの交流電圧ZACは被
演算入力XACに乗算入力Yを乗算したものであり、ま
た、入力Yを一定とすると、交流電圧ZACは被除算入力
ACを除算入力Eで除したものであり、さらに、入力Y
を乗算入力とし、直流電圧Eを除算入力とすると、交流
電圧ZACは被演算入力XACに乗算入力Yを乗算して除算
入力Eで割算したものとなり、リニア乗除算回路とな
る。
According to the above equation 7, when the AC voltage Z AC of the output Z obtained at the output terminal 7 is the operated input of the AC voltage X AC of the input X, the multiplication input of the input Y, and the division input of the DC voltage E, This is the product of the calculated input X AC and the multiplication input Y divided by the division input E. Therefore, this example
If the DC voltage E is constant, the AC voltage Z AC of the output Z is the operated input X AC multiplied by the multiplication input Y. If the input Y is fixed, the AC voltage Z AC is the divided input X AC. AC divided by input E, and input Y
Is a multiplication input, and the DC voltage E is a division input, the AC voltage Z AC is the product input X AC multiplied by the multiplication input Y and divided by the division input E, which is a linear multiplication / division circuit.

【0037】このように、FET1を可変抵抗器とし、
積分器2によってFET1のソース・ドレイン間の抵抗
やインピーダンスを制御して出力Zの直流電圧ZDCが入
力Yと等しくなるようにサーボをかけることにより、図
12,図13に示したような非直線の特性を改善し、リ
ニア乗除算器として機能し得るのである。
In this way, FET1 is used as a variable resistor,
By controlling the resistance and impedance between the source and drain of the FET 1 by the integrator 2 and performing servo control so that the DC voltage Z DC of the output Z becomes equal to the input Y, the non-synchronization as shown in FIGS. It can improve the characteristics of the straight line and function as a linear multiplier / divider.

【0038】ところで、この実施例で消費される電力と
しては、図1において、FET1のソース・ドレイン間
の抵抗に流れる直流電流によるものと、積分器2で消費
されるものとが考えられる。しかし、前者のものは、F
ET1のソース・ドレイン間の抵抗に流れる電流を0.
2mA程度であって、この抵抗は充分小さいものである
ため、これに生ずる電圧を50mV程度と小さくするこ
とができ、従って、この抵抗の消費電力は0.01mW
程度とすることができる。また、後者のものについて
は、例えば、演算増幅器2aの電源が3V単一であっ
て、0.3mAとすると、消費電力は0.9mWであ
る。そして、これらを合計しても、非常に消費電力が少
ない。因みに、例えば特開昭64ー82815号公報や
特開平2ー11014号公報、特開平2ー193402
号公報に記載されるような対数方式による市販されてい
る除算器では、消費電力は128mWであり、この実施
例では、この除算器の1/100以下である。
By the way, as the power consumed in this embodiment, in FIG. 1, it is considered that the power is consumed by the direct current flowing through the resistance between the source and the drain of the FET 1 and the power consumed by the integrator 2. However, the former one is F
The current flowing through the resistance between the source and drain of ET1 is set to 0.
Since the resistance is about 2 mA and the resistance is sufficiently small, the voltage generated in the resistance can be reduced to about 50 mV. Therefore, the power consumption of the resistance is 0.01 mW.
It can be a degree. Regarding the latter, for example, if the operational amplifier 2a has a single power supply of 3V and has a power of 0.3 mA, the power consumption is 0.9 mW. And even if these are summed up, power consumption is very low. Incidentally, for example, JP-A-64-82815, JP-A-2-11014, and JP-A-2-193402.
In a commercially available divider using a logarithmic method as described in Japanese Patent Publication No. JP-A-2003-242, the power consumption is 128 mW, which is 1/100 or less of this divider in this embodiment.

【0039】また、この実施例では、上記数7に示した
出力ZACが得られるものであるから、乗除算の精度は非
常に高い。この精度を劣化させるものと考えられる誤差
要因は、図1において、演算増幅器2aのオフセット
と、FET1のソース・ドレイン間の直流抵抗値と交流
インピーダンスとの不一致(図12において、コントロ
ール直流電圧がほぼ2V以上になると、これらの不一致
が生ずることを示している)とである。しかし、後者に
ついては、これらが充分一致するようなFETは市販さ
れているし、また、直流と交流との利得の偏差が5%以
内に納まることが、以下に説明するように、実験の結果
からわかった。従って、高い精度が得られることにな
る。
Further, in this embodiment, since the output Z AC shown in the above equation 7 is obtained, the precision of multiplication / division is very high. An error factor that is considered to deteriorate this accuracy is that the offset of the operational amplifier 2a does not match the DC resistance value between the source and drain of the FET1 and the AC impedance in FIG. 1 (in FIG. 12, the control DC voltage is almost the same). It is shown that these disagreements occur at 2 V or more). However, regarding the latter, FETs with which they are sufficiently matched are commercially available, and the deviation of the gain between DC and AC is within 5%, as will be explained below. I understood from. Therefore, high accuracy can be obtained.

【0040】なお、図1において、FET1をPチャン
ネルのものとしたが、電源の極性を反転することによ
り、Nチャンネルのものを使用することが可能である。
In FIG. 1, the FET 1 is a P-channel type, but it is possible to use an N-channel type by reversing the polarity of the power source.

【0041】また、電圧源5とインダクタ6の代わり
に、図14に示すように、電流源と半導体インダクタと
を用いるようにしてもよい。
Further, instead of the voltage source 5 and the inductor 6, a current source and a semiconductor inductor may be used as shown in FIG.

【0042】図2は図1に示したリニア乗除算器をリニ
ア乗算器として用いた場合のより具体的な構成を示す回
路図であって、1a,1b,1cはFETであり、図1
に対応する部分には同一符号をつけて重複する説明を省
略する。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a more specific structure when the linear multiplier / divider shown in FIG. 1 is used as a linear multiplier. 1a, 1b and 1c are FETs, and FIG.
The same reference numerals are given to the portions corresponding to, and the overlapping description will be omitted.

【0043】同図において、ここでは、FET1とし
て、2SJ105を3個(FET1,FET2,FET3)並
列に設け、FETの抵抗値の可変レンジが広くなるよう
にしている。演算増幅器2aとしてはAD820を用いてお
り、積分器2のカットオフ周波数は16Hzである。信
号周波数は3kHzであり、インダクタ6のインダクタ
ンスは約1.2Hとしている。また、積分器2の固定抵
抗器2cの抵抗値を100kΩとし、コンデンサ2cの
容量を0.1μFとしている。
In this figure, three FETs 2SJ105 (FET1, FET2, FET3) are provided in parallel as the FET1 so that the variable range of the resistance value of the FET is widened. An AD820 is used as the operational amplifier 2a, and the cutoff frequency of the integrator 2 is 16 Hz. The signal frequency is 3 kHz, and the inductance of the inductor 6 is about 1.2H. The resistance value of the fixed resistor 2c of the integrator 2 is 100 kΩ, and the capacitance of the capacitor 2c is 0.1 μF.

【0044】かかる構成において、入力XAC,Eを一定
にして入力Yを変化させたところ、図3に示すような利
得(ZAC/XAC)の変化が得られ、この図3でのプロッ
トされたデータから最小二乗法によって利得(ZAC/X
AC)を求めると、次のようになる。
In such a configuration, when the input X AC and E are kept constant and the input Y is changed, a change in gain (Z AC / X AC ) as shown in FIG. 3 is obtained, and the plot in FIG. 3 is obtained. Gain (Z AC / X
If we ask for AC ), we get:

【0045】[0045]

【数8】 (Equation 8)

【0046】従って、この数8の右辺の定数は非常に小
さいから、これを0とみると、この具体例は、
Therefore, the constant on the right-hand side of this equation 8 is very small, so if this is regarded as 0, this specific example

【0047】[0047]

【数9】 [Equation 9]

【0048】という乗算処理を行なうことになる。ここ
で、数8のように利得が1にならないのは、図12で示
したように、FET1a,1b,1cでの直流抵抗とイ
ンピーダンスとが完全には一致しないためであり、ま
た、利得を0にすることができないのは、FET1a,
1b,1cでのON抵抗が夫々約300Ωであるためで
ある。
The multiplication process is performed. Here, the reason why the gain does not become 1 as in Expression 8 is that the DC resistance and the impedance in the FETs 1a, 1b, and 1c do not completely match, as shown in FIG. FET1a, which cannot be set to 0,
This is because the ON resistances at 1b and 1c are about 300Ω, respectively.

【0049】次に、図3のグラフから利得偏差D{G
(Y)}を計算して、乗算特性のリニアリティを求め
た。ここでいう利得偏差は、微分利得偏差の代わりに、
図3のプロットされたデータ毎に次の方法で計算した。
Next, from the graph of FIG. 3, the gain deviation D {G
(Y)} was calculated to find the linearity of the multiplication characteristics. The gain deviation here is, instead of the differential gain deviation,
Each plotted data of FIG. 3 was calculated by the following method.

【0050】[0050]

【数10】 [Equation 10]

【0051】但し、G(Y):入力Yでの利得 F(Y):この入力Yでの上記数9による利得 この計算の結果を示すと、図4のようになった。これに
よると、利得を0.04から0.88まで20倍にわた
り変化させても、利得偏差は±5%以内に収まった。
However, G (Y): gain at the input Y F (Y): gain at the input Y according to the above equation 9 The result of this calculation is shown in FIG. According to this, even if the gain was changed from 0.04 to 0.88 by 20 times, the gain deviation was within ± 5%.

【0052】図5は図1に示したリニア乗除算器をリニ
ア除算器として用いた場合のより具体的な構成を示す回
路図であって、図2に対応する部分には同一符号をつけ
て重複する説明を省略する。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a more specific structure when the linear multiplier / divider shown in FIG. 1 is used as a linear divider, and the portions corresponding to those in FIG. A duplicate description will be omitted.

【0053】同図において、演算増幅器2aの2つの入
力端子間に10kΩの固定抵抗器を設け、また、演算増
幅器2aと固定抵抗器2cとの間に、100kΩの固定
抵抗器と47pFのコンデンサとからなるノイズフィル
タが設けられている。これ以外の構成は、図2に示した
リニア乗算器と同様である。
In the figure, a fixed resistor of 10 kΩ is provided between the two input terminals of the operational amplifier 2a, and a fixed resistor of 100 kΩ and a capacitor of 47 pF are provided between the operational amplifier 2a and the fixed resistor 2c. Is provided with a noise filter. The other configuration is the same as that of the linear multiplier shown in FIG.

【0054】かかる構成において、入力Yを5mV一定
とし、除算入力Eを5〜100mVの範囲で変化させた
ところ、図6に示すような除算特性が得られた。ここ
で、図6では横軸を正規化除数としているが、これはE
/Yである。また、この図6から除数係数を求めると、
図7に示すように、ほぼ1.057であることがわかっ
た。これにより、図5に示したリニア除算器は、
In this structure, when the input Y was kept constant at 5 mV and the division input E was changed within the range of 5 to 100 mV, the division characteristic as shown in FIG. 6 was obtained. Here, in FIG. 6, the horizontal axis is the normalized divisor, which is
/ Y. Further, when the divisor coefficient is calculated from FIG. 6,
As shown in FIG. 7, it was found to be approximately 1.057. As a result, the linear divider shown in FIG.

【0055】[0055]

【数11】 [Equation 11]

【0056】の演算を行なうことがわかる。It can be seen that the calculation of is performed.

【0057】また、利得を20倍にわたって変化させた
ときの除算利得偏差を求めると、図8に示すようにな
り、この偏差は±3%以内に収まった。
Further, when the division gain deviation when the gain is changed over 20 times is obtained, it becomes as shown in FIG. 8, and this deviation is within ± 3%.

【0058】[0058]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
FETを可変抵抗として、その抵抗値やインピーダンス
を定数入力に比例して変化させることができ。高精度で
乗除算を行なうことができるし、消費電力も大幅に低減
することができる。
As described above, according to the present invention,
The FET can be used as a variable resistor, and its resistance value and impedance can be changed in proportion to the constant input. Multiplication and division can be performed with high accuracy, and power consumption can be significantly reduced.

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

【図1】本発明によるリニア乗除算器の一実施例を示す
回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a linear multiplier / divider according to the present invention.

【図2】図1に示した実施例をリニア乗算器として用い
た場合のより具体的な構成を示す回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a more specific configuration when the embodiment shown in FIG. 1 is used as a linear multiplier.

【図3】図2に示した具体例での乗算特性を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing multiplication characteristics in the specific example shown in FIG.

【図4】図2に示した具体例での利得偏差特性を示す図
である。
FIG. 4 is a diagram showing a gain deviation characteristic in the specific example shown in FIG.

【図5】図1に示した実施例をリニア除算器として用い
た場合のより具体的な構成を示す回路図である。
5 is a circuit diagram showing a more specific configuration when the embodiment shown in FIG. 1 is used as a linear divider.

【図6】図5に示した具体例の除算特性を示す図であ
る。
6 is a diagram showing a division characteristic of the specific example shown in FIG.

【図7】図5に示した具体例の除算係数の変化を示す図
である。
7 is a diagram showing changes in the division coefficient of the specific example shown in FIG.

【図8】図5に示した具体例の除算利得偏差を示す図で
ある。
8 is a diagram showing a division gain deviation of the specific example shown in FIG.

【図9】従来の乗除算器の一例を示す回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram showing an example of a conventional multiplier / divider.

【図10】従来の乗除算器の他の例を示す回路図であ
る。
FIG. 10 is a circuit diagram showing another example of a conventional multiplier / divider.

【図11】本発明の基本構成をなすFETを用いたゲイ
ンコントロール回路を示す回路図である。
FIG. 11 is a circuit diagram showing a gain control circuit using an FET, which is a basic configuration of the present invention.

【図12】FETのゲート電圧に対する抵抗,インピー
ダンスの特性を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing characteristics of resistance and impedance with respect to the gate voltage of the FET.

【図13】図11に示したゲインコントロール回路での
FETのゲート電圧に対する直流増幅度の特性を示す図
である。
13 is a diagram showing the characteristics of the DC amplification degree with respect to the gate voltage of the FET in the gain control circuit shown in FIG.

【図14】図1に示した実施例の一変形例の要部を示す
図である。
FIG. 14 is a diagram showing a main part of a modified example of the embodiment shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 FET 2 積分器 2a 演算増幅器 2b コンデンサ 2c,3 固定抵抗器 4 コンデンサ 5 直流電圧源 6 インダンタ 7 出力端子 8,9 入力端子 1 FET 2 integrator 2a operational amplifier 2b capacitor 2c, 3 fixed resistor 4 capacitor 5 DC voltage source 6 inductor 7 output terminal 8, 9 input terminal

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ソースに交流電圧の被演算入力と直流電
圧の除算入力とが供給され、可変抵抗領域で動作する電
界効果トランジスタと、 直流電圧の乗算入力が基準電圧として供給され、該電界
効果トランジスタのソースに得られる直流電圧と該乗算
入力との差を積分する積分器とを備え、該積分器の出力
をコントロール電圧として該電界効果トランジスタのゲ
ートに供給し、該電界効果トランジスタのソース・ドレ
イン間に得られる直流電圧と該乗算入力とが等しくなる
ようにサーボをかけて、該電界効果トランジスタのソー
スから乗除算出力を得るように構成したことを特徴とす
るリニア乗除算器。
1. A source is supplied with an AC voltage operated input and a DC voltage divided input, and a field effect transistor operating in a variable resistance region and a DC voltage multiplied input are supplied as a reference voltage. A source of the field effect transistor is provided with an integrator that integrates the difference between the DC voltage obtained at the source of the transistor and the multiplication input, and supplies the output of the integrator as a control voltage to the gate of the field effect transistor. A linear multiplier / divider characterized in that a servo is applied so that a direct current voltage obtained between the drains and the multiplication input are equalized to obtain a multiplication / division calculation force from the source of the field effect transistor.
【請求項2】 固定抵抗器を介してソースに交流電圧の
被演算入力と直流電圧の除算入力とが供給され、ドレイ
ンが接地され、ゲートに供給されるコントロール電圧に
対して直流抵抗値とインピーダンス値とがほぼ一致する
ように可変抵抗領域で動作する電界効果トランジスタ
と、 直流電圧の乗算入力が基準電圧として供給され、該電界
効果トランジスタのソースに得られる直流電圧と該乗算
入力との差を積分する積分器とを備え、該積分器の出力
を該コントロール電圧とし、該電界効果トランジスタの
ソース・ドレイン間に得られる直流電圧と該乗算入力と
が等しくなるようにサーボをかけて、該電界効果トラン
ジスタのソースから乗除算出力を得るように構成したこ
とを特徴とするリニア乗除算器。
2. A direct current resistance value and an impedance with respect to a control voltage supplied to a gate, the source of which is supplied with an operated input of an alternating voltage and the input of division of a direct current voltage via a fixed resistor, the drain of which is grounded. A field effect transistor that operates in a variable resistance region so that the values substantially match, and a multiplication input of a DC voltage is supplied as a reference voltage, and a difference between the DC voltage obtained at the source of the field effect transistor and the multiplication input is calculated. An integrator for integrating the output of the integrator as the control voltage, and applying a servo so that the direct current voltage obtained between the source and drain of the field effect transistor and the multiplication input are equalized, A linear multiplier / divider configured to obtain a multiplication / division calculation force from the source of an effect transistor.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2012043886A1 (en) * 2010-09-30 2012-04-05 シチズンホールディングス株式会社 Physical quantity sensor and multiplication/division circuit
JP5774016B2 (en) * 2010-09-30 2015-09-02 シチズンホールディングス株式会社 Physical quantity sensor

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