JPS6027061B2 - アナログ二乗演算回路 - Google Patents

アナログ二乗演算回路

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JPS6027061B2
JPS6027061B2 JP12975281A JP12975281A JPS6027061B2 JP S6027061 B2 JPS6027061 B2 JP S6027061B2 JP 12975281 A JP12975281 A JP 12975281A JP 12975281 A JP12975281 A JP 12975281A JP S6027061 B2 JPS6027061 B2 JP S6027061B2
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JP
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multiplier
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voltage
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開司 大野
謙二郎 遠藤
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • 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
    • G06G7/20Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers for evaluating powers, roots, polynomes, mean square values, standard deviation

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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、1象限電流乗算器を用いて構成したアナロ
グ二乗演算回路に関する。
従来、アナログ二乗演算を行なうには、四象限乗算器の
2個の入力端子に入力信号を印加し、出力端子より入力
信号の二乗値を得る方法が一般にとられていた。
しかし四象限秦算器の構成は通常かなり複雑であり、二
乗演算には無駄が多く、コスト面で問題があった。この
発明の目的は、回路的に簡単な1象限電流乗算器を用い
て二乗演算を行なうことができるアナログ二乗演算回路
を提供することにある。
この発明の原理を第1図を用いて説明する。第1図はこ
の発明の基本的な構成を示したもので、1象限電流乗算
器10と、第1,第2の電圧−電流変換器11,12と
から構成され、入力端子対1,2間に与えられる入力電
圧信号に対し、出力端子3にその二乗値、すなわち対称
2次関数の出力電流信号が得られるようになっている。
1象限電流乗算器10はその概念を第2図に示したよう
に例えば第1〜第3の電流入力端子T,〜九と1個の出
力端子T4を持ち、T,に電流する電流値をiN,,L
より流出する電流値をiN2,Lより流出する電流値を
iN4としたとき、io=1凶・1N2
..・..・【111N3なる電流
値jo、すなわちiN,とiN2との積に比例した電流
値を出力端子Lに得るものである。
第2図のように表わされる1象限電流乗算器10の具体
的な構成例を第3図に示す。これはトランジスタQ,,
Q2からなる第1の可変利得回路31と、トランジスタ
Q3,Q4および演算増幅器Aからなる第2の可変利得
回路32とを絹合せたものである。すなわち、第1の可
変利得回路31はQ,,Q2のェミッタ結合点N2から
流出する電流値IN2 に対して、Q,,Q2のコレク
タに. 1 . …・.・‘
2}11=・十ごtX2一XI}/VT・IN2.
1 ・ .・・・・・‘3’1
2=・十ご(XI一×2)/VT●IN2なる出力電流
が得られるもので、ゲインはQ,,Q2のベース電圧x
,,均の差で決定される。但し、VT=kT/q(kは
ポルツマン定数、Tは絶対温度、qは電子の電荷量)を
表わす。{21,【3’式はx,とめとの差の指数関数
によって関連づけられているため、その利得制御特性は
非線型となる。第2の可変利得回路32は演算増幅器A
の非反転入力端N,にトランジスタQ2のコレクタを接
続し、Q4のベースに演算増幅器Aの出力端N2を接続
して負帰還回路を構成したもので入力電流iN,と出力
&との間には、. − 1 ・
..・・・・‘4’IN1一・十ご蛇一XI)/VT・
IN3なる関係がある。
すなわち、その利得制御特性は、第1の可変利得制御回
路31のそれと逆となる。従って、第3図に示すように
第1,第2の可変利得回路31,32を粗合せると、【
2},‘4}式よりi2=joとおけば、【1}式が成
立し、1象限電流乗算器となる。
但し、io,IN.,IN2≧0,iN3>0である。
なお、第2図、第3図において基準電位端子T5,T6
にはそれぞれVref,,Vref2(=x2)なる電
位が与えられ、Vref,により端子T,の電位が決定
され、Vrer2 により端子T2,T3の電位が非反
転的に決定される。
この発明で用いる1象限電流乗算器10は第2図、第3
図に示したをのに限定されず、要するに少なくとも第1
,第2の電流入力端子T,,T2と出力端子Lを持ち、
T,に流入する電流値iN.とLより流出する電流値i
N2との積に比例した電流値iN4が出力端子T4に得
られるものであればなんでもよい。
第1図において、入力端子対1,2間に印加される入力
電圧信号〔V〕は第1,第2の電圧−電流変換器(以下
V/1変換器という)に与えられる。
これら第1,第2のV/1変換器11,12は、入力電
圧信号x〔V〕をk〔A/V〕なる1次の変換係数によ
る直線的結合で電圧−電流変換してkx〔A〕なる電流
信号を得るとともに、この電流信号kx〔A〕とa〔A
〕なる正の同一バイアス電流とを、kx〔A〕を互いに
逆極性に加算し、それぞれ士kx十a,土kx十aとし
て端子T,,T2へ結合せしめる。このとき、端子T3
から定電流回路13(後述するようにカレントミラー回
路でもよい)によりiN3〔A〕なる一定電流値を引出
すようにしておけば、乗算器10の出力端子T4‘3’
‘こ,。
=−k2×2十a2 ”
””‘5’IN3なる出力電流io、すなわち〔V〕に
対し1次項のない対称2次関数の電流信号が得られる。
なお、第1、第2のV/1変換器1 1,12はある定
数を乗じた電流信号を出力するものではよく、その定数
をp,qとおけば‘51式は,。
ニpq‐kを2十a2 ..
・・・・【61IN3となる。
ところで、第1図の機においては第1,第2のV/1変
換器11,12によって士kx+a,士kx+aなる第
1,第2の電流信号をバランスよく取出す必要がある。
これらのバランスが悪いと出力電流ioに誤差が生じる
からである。この発明では、第1,第2のV/1変換器
をいずれも抵抗とカレントミラー回路で構成することに
よって、この要求を実現している。
第4図はこの発明の一実施例を示したもので、第1のV
/1変換器11は入力電圧信号xが印加される入力端子
対1,2の一方の端子1に一端が接続された第1の抵打
ロ,と、この抵抗r,の他端に入力端P,.が接続され
出力端P8が1象限電流乗算器10の第1の電流入力端
子T,に接続された第1のカレントミラー回路CM,と
から構成され、また第2のV/1変換器12も同様に端
子1に一端が接続された第2の抵打ロ2と、この抵抗ら
の池端に入力端P2,が接続され出力端P22が1象限
電流乗算器10の第2の電流入力端子T2に接続された
第2のカレントミラー回路CM2とから構成されている
そして、第1,第2のカレントミラー回路CM,,CM
2の各入力機P,.,P幻の電位は、入力端子対1,2
の他方の端子2に対して、対称電位に保たれている。
すなわちP,.,P2,の端子2に対する電位をV,,
−V2とすればIV,l=IV2lである。今、第1,
第2の抵打ロ,,らの値を同じ記号で表わすと、これら
の抵抗r,,らを流れる電流値ir,,ir2 は,r
,=−x+V, ……{7’rl
lr2 ニX−(一V2)X+V2 ……
【81r2 r2となる。
従って、第1,第2の電流信号iN,,IN2は、第1
,第2のカレントミラー回路CM,,CM2の電流増幅
率をQ,,Q2とすると、INI ニニQI1rl−Q
,(−x+V,) ...・・・【9
1rlINI ニQ21r2 −Qよ×十V2) ・…・・00r
2となる。
よって、‘1’,■,OQ式より出力電流ioはi。=
点・叫(−X+VI)・凶仇V22・・・・・・(・・
)rl r2となる。
ここでIV,l=IV2lであるから、i。は結局、i
=美毒害(−だ+V字) ……(12)となり、■
式と同様、対称2次関数となる。このような構成であれ
ば、V,と−V2とが端子2に対し対象電位に保たれて
いるため、‘71,‘81式のin,lr2のバランス
を常にとることができ、出力電流ioの誤差を少なくす
ることができる。なお、第1,第2のカレントミラー回
路CM,,CM2は例えば、互いに相補型のトランジス
タを用いて簡単に構成することができる。
すなわち、第4図においては第1のカレントミラー回路
CM・は第1,第2のPNPトランジスタQ,.,Q,
2によって構成され、Q,.のコレクタおよびベースは
第1の抵抗r,の池端は共通接続され、Q,2のコレク
タは端子T2に接続され、Q,.,Q,2のェミッタは
第1の定電位点である正の電圧源十V3に接続されてい
る。また、第2のカレントミラー回路CM2は第1,第
2のNPNトランジスタQ幻,Q22によって構成され
、Q2,のコレク夕およびベースは第2の抵抗らの池端
に接続され、Q22のコレクタは端子ちに接続され、Q
2,,Q22のェミッタは第1の定電位点より低電位の
第2の定電位点である負の電圧源一V4に接続されてい
る。この場合、第1,第2のカレントミラー回路CM,
,CM2の電流増幅率。
,,Q2 はいずれもほぼ1となるから、出力電流io
は}=rこ書;(−だ+V字) ……(13)とな
る。
このように第1,第2のカレントミラー回路CM,,C
M2を各々PNPトランジスタ、NPNトランジスタで
構成すれば、両者の熱的なバランスを保つことによって
、(13)式におけるその頃は温度ドリフトの影響を受
けなくなり、より一層oの誤差を少〈することができる
なお、以上の説明では入力端子対1,2間に印加される
入力電圧信号xに対して二乗演算を行ったが、端子1と
第1,第2の抵抗r,,らの一端との間に直流分阻止用
のコンデンサCを介在させることによって、入力電圧信
号xの交流成分に対してのみ二乗演算を行なうことも可
能である。
この場合、第1,第2の抵抗r,,らを流れる直流lr
・’lr2 は共通となり、lr,=lr2 =V,−
(−V2)iV,十V凶十r2r・十r2
・…・・(1公となる。
従って、iN・,IN2は. X
・・・・・・(191NIニlrl−−こ.
X ・・・・・・(IQ1N2 =
lrl −r2となり、出力電流ioは ・。
=亨(・nも(1r・十桑) ‐‐…‐(17)となる
。ここでr,=r2とすれば・。
=亨{1妻・−くさ)2}−ゴヒ{(こ妻2)2−み
……(1粉となって、やはり対称2次関数となる。
第5図にこの発明をRMS検波回路に応用した例を示す
入力端子101にョ与えられる入力信号は、二乗演算回
路102および積分器103を通して二乗平均がとられ
る。積分器103は単なるCR積分型のものでもよい。
積分器103の出力は、演算増幅器104・とその帰還
路に設けられた二乗演算回路105からなる平方器によ
って1/2案根がとちれる。これによって出力端子10
6に入力信号のRMS(RootMeanSquare
)値が得られる。このような回路において、二乗演算回
路102,105にこの発明のアナログ二乗演算回路を
用いれば、回路全体を簡単に構成することができる。
以上説明したように、この発明によれば1象限鰭流乗算
器に若干の回路を付加することによって、四象限乗算器
を用いた従来の構成に比べ大幅に簡略化された経済的な
構成のアナログ二乗演算回路が得られる。
また、この発明によるアナログ二乗演算回路は本質的に
出力の誤差が少なく、高安定、高精度な二乗演算が可能
である。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明に係るアナログ二乗演算回路の基本構
成を示す図、第2図は1象限電流乗算器の概念図、第3
図は1象限電流乗算器の具体的構成例を示す図、第4図
はこの発明の実施例を示す図、第5図はこの発明の応用
例としてのRMS検波回路を示す図である。 1・・・・・・入力端子、3・…・・出力端子、10・
・・・・・1象限電流乗算器、11…第1の電圧−電流
変換器、12…・・・第2の電圧−電流変換器、13・
・・・・・定電流回路、r,,r2……第1,第2の抵
抗、CM,,CM2・・…・第1,第2のカレントミラ
ー回路。 第5図 第1図 第2図 第3図 第4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1の電流入力端子に流入すると電流値と第2の電
    流入力端子より流出する電流値との積に比例した電流値
    を出力端子に得る1象限電流乗算器と、入力電圧信号を
    直線的結合により電圧−電流変換した電流信号と正の同
    一バイアス電流とを上記電流信号を互いに逆極性にして
    加算した第1,第2の電流信号を得る第1,第2の電圧
    −電流変換器とを備え、前記第1,第2の電流信号を前
    記乗算器の第1,第2の電流入力端子に結合して、前記
    乗算器の出力端子に前記入力電圧信号の対称2次関数の
    出力電流信号を得るアナログ二乗演算回路であつて、前
    記第1の電圧−電流変換器は前記入力電圧信号が印加さ
    れる入力端子対の一方の端子に一端が接続された第1の
    抵抗と、この第1の抵抗の他端に入力端が接続された出
    力端が前記乗算器の第1の電流入力端子に接続された第
    1のカレントミラー回路とから構成され、前記第2の電
    圧−電流変換器は前記入力端子対の一方の入力端子に一
    端が接続された第2の抵抗と、この第2の抵抗の他端に
    入力端が接続され出力端が前記乗算器の第2の電流入力
    端子に接続された第2のカレントミラー回路とから構成
    され、さらに前記第1,第2のカレントミラー回路の各
    入力端の電位は前記入力端対の他方の端子に対して対称
    電位に保たれていることを特徴とするアナログ二乗演算
    回路。 2 第1のカレントミラー回路は、コレクタおよびベー
    スが第1の抵抗の他端に共通接続されエミツタが第1の
    定電位点に接続された第1のPNPトランジスタとベー
    スどうしが結合されエミツタが第1の定電位点に接続さ
    れコレクタが1象限電流乗算器の第1の電流入力端子に
    接続された第2のPNPトランジスタとから構成され、
    第2のカレントミラー回路は、コレクタおよびベースが
    第2の抵抗の他端に共通接続されエミツタが前記第1の
    定電位点より低電位の第2の定電位点に接続された第1
    のPNPトランジスタと、この第1のNPNトランジス
    タとベースどうしが結合されエミツタが第2の定電位点
    に接続されコレクタが1象限電流乗算器の第2の電流入
    力端子に接続された第2のNPNトランジスタとから構
    成されることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    アナログ二乗演算回路。 3 第1,第2の抵抗の一端はコンデンサを介して入力
    端子対の一方の端子に接続されていることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載のアナログ二乗演算回路。
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