SU1474685A1 - Аналоговый четырехквадратный умножитель - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электрическим вычислительным устройствам и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах. Целью изобретени   вл етс  расширение динамического диапазона, повышение точности преобразовани  и снижение мощности потреблени . Аналоговый четырехквадрантный умножитель содержит с первого по третий преобразователи 1-3 напр жени  в ток, первый и второй преобразователи 4 и 5 тока в напр жение, первый и второй резисторы 6 и 7 нагрузки, с первого по двенадцатый усилительные полевые транзисторы 8-19, с первого по шестой регулируемые источники 20-25 напр жени  смещени , с первого по шестой регулируемые источники 26-31 напр жени  сопр жени , первую шину 32 питани , шину 33 опорного напр жени , входные шины 34-37 первого и второго сигналов-сомножителей, выходныешины 38 и 39. Принцип работы умножител  основан на реализации метода переменной крутизны. 4 ил.

Description

Изобретение относитс  к электрическим вычислительным устройствам и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах,

Целью изобретени   вл етс  расширение динамического диапазона, повышение точности преобразовани  и снижение мощности потреблени „

На фиг.1 изображена функциональна  схема аналогового четырехквад- рантного умножител ; на фиг.2 - функциональна  схема регулируемого источ- ника напр жений смещени ; на фиг.З - 15 функциональна  схема регулируемого источника напр жени  сопр жени ; на фиг,4 - графики зависимости выходных токов третьего преобразовател  напр жени  в ток от входного напр жени  20 (сплошна  лини ) и график передаточ- ной характеристики третьего преобразовател  напр жени  в ток (пунктирна 

лини ).

125

На схемах обозначены первьй 1,

второй 2.и третий 3 преобразователи напр жени  в ток, первый 4 и второй 5 преобразователи тока в напр жение. первый 6 и второй 7 резисторы на- 30 грузки, с первого по двенадцатый усилительные полевые транзисторы 8-19, с первого по шестой регулируемые источники 20-25 напр жени  смещени  с первого по шестой регулируемые ис- точники 26-31 напр жени  сопр жени , перва  шина 32 питани , шина 33 озорного напр жени , перва  34 и втора  35 входные шины первого сигнала- сомножител  перва  36 и втора  37 40 входные шины второго сигнала-сомножител , перва  38 и втора  39 выходные шины, тринадцатый усилительный полевой транзистор 40j регулируемый источник 41 тока смещени , повторитель 42 напр жени , первый 43 и второй 44 выводы регулируемого источника напр - жени  смещени , вход 45 управлени , перва  46 и втора  47 шины питани , четырнадцатый 48 и п тнадцатый 49 усилительные полевые транзисторы п- типа, шестнадцатый 50 и семнадцатый 51 усилительные полевые транзисторы р-типа, регулируемый источник 52 тока сопр жени , первый 53 и второй 5 54 выводы регулируемого источника напр жени  сопр жени , вход 55 управлени , перва  56 и втора  57 шины питани „

0

5 0

5

0 e 0 5

(О

Аналоговый четырехквадрантный умножитель работает следующим образом .

Принцип действи  основан на использовании метода переменной крутизны . При подаче на входные шины 36 и 37 напр жени  второго сигнала-сомножител  на выходах третьего преобразовател  3 напр жени  в ток протекают токи

I4 k(Vb + Vy)2 ;

Iz k(V5- V5)z,

где k, Va - посто нные параметры, Vy - напр жение второго сигнала-сомножител  „ Разность этих токов описываетс  выражением

I I, - 1г 4kVBV9 (2) При этом первый выходной ток третьего преобразовател  3 напр жени  в ток посредством первого преобразовател  4 тока в напр жение, в качестве которого может быть использован полевой транзистор в диодном включении , измен ет крутизну первого преобразовател  1 напр жени  в ток вследствие изменени  значений напр жени  между первым и вторым выводами первого 20 и второго 21 регулируемых источников напр жени  смещени  и первого 26 и второго 27 регулируемых источников напр жени  сопр жени . Одновременно с этим второй выходной ток третьего преобразовател  3 напр жени  в ток посредством второго преобразовател  5 тока в напр жение измен ет крутизну второго преобразовател  2 напр жени  в ток вследствие изменени  значений напр жени  между первым и вторым выводами,третьего 22 и четвертого 23 регулируемых источников напр жени  смещени  и третьего 28 и четвертого 29 регулируемых источников напр жени  сопр жени . Соответствующие значени  выходных токов первого 1 и второго 2 преобразователей напр жени  в ток при подаче на их входы напр жени  первого сигнала- сомножител  с входных шин 34 и 35 описываютс  выражени ми

IM k(vB + V4 + vjf;

I2.f fc(vB - vy - vy) ,

I4i k(VB + Vy - V«) , (3)

IZ.4 Vy + V),

где I - выходной ток 1-го выхода преобразовател  напр жени  в ток (i,,2).

Ток на выходе умножител  описываетс  выражением

I6b,X UM +I..)-(I«.,2) (

После подстановки в 04) выражений (3) получают

W 4kVxVr(5)

Выходное напр жение

иВьи 4kRVxVb,(6)

где R - величина сопротивлени  идеи- тичных резисторов нагрузки.

Методы реализации регулируемых источников напр жени  смещени , значени  напр жений которых определ ют значени  крутизны соответствующих преобразователей напр жени  в ток, могут быть различны. Схема регулируемого источника напр жени  смещени  (фиг.2) имеет разность -напр жений между выводами 43 и 44, равную

k + %

(7)

k Jnop

где I - значение тока регулируемого источника 41 тока смещени ; крутизна тринадцатого усилительного полевого транзистора 40;

- пороговое напр жение (параметр полевого транзистора). Значени  напр жений сопр жений определ ют значени  крутизны соответствующих преобразователей напр жени  в ток при больших уровн х входного напр жени , При выборе отношени  ширины канала к длине канала четырнадцатого усилительного полевого транзитора 48 в 9 раз меньше отношени  ширины канала к длине канала п тнадцатого усилительного Полевого транзистора 49, размеры канала которого совпадают с размерами канала входных полевых транзисторов первого 1, второго 2 и третьего 3 преобразователей напр жени  в ток, получают, что напр жение между первым 53 и вторым 54 выводами определ етс  разностью напр жений затвор - исток четырнадцатого 48 и п тнадцатого 49 усилительных полевых (транзисторов. Величина этого напр жени 

U

сопр

(8)

где I - значение тока регулируемого источника 52 тока сопр жени  .

Следует заметить, что при реализации всего умножител  в интегральном исполнении изменение токов всех

,.

jg

5 0

5

С

5

0

5

0

5

используемых регулируемых источников тока пропорционально при температурных изменени х окружающей среды. В соответствии с этим пропорционально измен ютс  и напр жени  источников напр жени  смещени , что приводит к сохранению точности преобразовани  умножител  в широком диапазоне температур.

Таким образом, в умножителе отсутствует св зь между точностью преобразовани , значением тока потреблени  и значением максимально допустимого - Входного напр жени . Это приводит к тому, что максимально допустимое входное напр жение умножител  ограничиваетс  лишь допустимыми технологическими параметрами процесса производства полевых транзисторов: напр жением пробо  сток-исток, напр жением пробо  диэлектрика затвора в случае использовани  МДП-транзис- торов, а также значением напр жени  используемых источников питани . Кроме того, посто нный уровень точности преобразовани  сохран етс  во всем используемом диап-азоне входных напр жений и величина ток  потреблени  вли ет лишь на значение ширины полосы рабочих частот и не оказывает вли ни  на значение точности преобразовани  при различных уровн х входного напр жени 

В результате аналоговый четырех- квадрантный умножитель обладает расширенным динамическим диапазоном, повышенной точностью преобразовани  и сниженной мощностью потреблени .

Claims (3)

1. Аналоговый четырехквадрантный умножитель, содержащий первый и второй преобразователи ток - напр жение , первый и второй резисторы нагрузки , первый преобразователь напр жени  в ток, выполненный на первом и втором усилительных полевых транзисторах и первом и втором регулируемых источниках напр жени  смещени , второй преобразователь напр жени  в ток, выполненный на третьем и четвертом усилительных полевых транзисторах и третьем и четвертом регулируемых источниках напр жени  смещени , третий преобразователь напр жени  в ток, выполненный на п том и шестом усилительных полевых транзисторах

и п том и шестом регулируемых источниках напр жени  смещени , затворы первого и четвертого усилительных полевых транзисторов соединены с -первыми выводами второго и третьего регулируемых источников напр жени  смещени  и  вл ютс  первой входной шиной первого сигнала-сомножител  умножител , затворы второго и третьего усилительных полевых транзисторов с соединены с первыми выводами первого и четвертого регулируемых источников напр жени  смещени  и  вл ютс  второй входной шиной первого сигнала- сомножител  умножител , затворы п того и шестого усилительных полевых транзисторов соединены с первым выводом соответственно шестого и п того регулируемых источников напр жени  смещени  и  вл ютс  соответственно первой и второй входными шинами второго сигнала-сомножител  умножител , входы управлени  п того и шестого регулируемых источников напр жени  смещени  соединены между собой и  вл ютс  шиной опорного напр жени , стоки п того и шестого усилительных полевых транзисторов соединены с входами соответственно первого и второго преобразователей ток - напр жение, выходы которых соединены с входами управлени  соответственно первого и четвертого регулируемых источников напр жени  смещени , сток первого усилительного полевого транзистора через первый резистор нагрузки соединен с первой шиной питани , сток четвертого усилительного полевого транзистора через второй резистор нагрузки соединен с первой шиной питани , стоки первого и четвертого усилительных полевых транзисторов  вл ютс  соответственно первой и второй выходными шинами умножител , отличающийс  тем, что, с целью расширени  динамического диапазона, повышени  точности преобразовани  и снижени  мощности потреблени , в первый преобразователь напр жени  в ток введены седьмой и восьмой усилительные полевые транзисторы и первый и второй регулируемые источники напр же- ни  сопр жени , во второй преобразонапр жени  в ток введены одиннадцатый и двенадцатый усилительные полевые транзисторы и п тый и шестой регулируемые источники напр жени  сопр же

ни , исток первого усилительного полевого транзистора соединен с вторым выводом первого регулируемого источника напр жени  смещени  и истоком

седьмого усилительного полевого тра; зистора, затвор которого соединен с первым выводом первого регулируемого источника напр жени  сопр жени , второй вывод которого соединен с aai

вором первого усилительного полевого транзистора, исток второго усилительного полевого транзистора соединен с вторым выводом второго регулируемого источника напр жени  смещени  и истоком восьмого усилительного полевого транзистора , затвор которого соединен с первым выводом второго регулируемого источника напр жени  сопр жени , второй

вывод которого соединен с затвором второго усилительного полевого транзистора , сток которого соединен со стоками первого, седьмого и восьмого усилительных полевых транзисторов,

исток третьего усилительного полевого транзистора соединен с вторым выводом третьего регулируемого источни ка напр жени  смещени  и с истоком дев того усилительного полевого трап

зистора, затвор которого соединен с первым выводом третьего регулируемого источника напр жени  сопр жени , второй вывод которого соединен с зат вором третьего усилительного полевог

транзистора, исток четвертого усилительного полевого транзистора соединен с вторым выводом четвертого регулируемого источника напр жени  смещени  и истоком дес того усилительного полевого транзистора, затвор которого соединен с первым выводом четвертого регулируемого, источника напр жени  сопр жени , второй вывод которого соединен с затвором четвертого усилительного полевого транзистора , сток которого соединен со сто- ками тр етьего, дев того и дес того усилительных полевых транзисторов, исток п того усилительного полевого

ватель напр жени  в ток введены дев - 55 транзистора соединен с вторым вывотый и дес тьй усилительные полевые транзисторы и третий и четвертый регулируемые источники напр жени  сопр жени , в третий преобразователь

дом п того регулируемого источника напр жени  смещени  и с истоком оди нэдцатого усилительного полевого транзистора, затвор которого соедидом п того регулируемого источника напр жени  смещени  и с истоком один- нэдцатого усилительного полевого транзистора, затвор которого соединен с первым выводом п того регулируемого источника напр жени  сопр жени , второй вывод которого соединен с затвором п того усилительного полевого транзистора, сток которого соединен со стоком двенадцатого усилительного полевого транзистора, исток шестого усилительного полевого транзистора соединен с вторым выводом шестого регулируемого источника напр жени  смещени  и с истоком двенадцатого усилительного полевого транзистора, затвор которого соединен с первым выводом шестого регулируемо- го источника напр жени  сопр жени , второй вывод которого соединен с затвором шестого усилительного полевого транзистора, сток которого соединен со стоком одиннадцатого усилительно- го полевого транзистора, входы управлени  первого и третьего регулируемых источников напр жени  сопр жени  соединены с выходом первого преобразовател  ток - напр жение и вхо- дом управлени  третьего регулируемо- го источника напр жени  смещени , входы управлени  второго и четвертого регулируемых источников напр жени  сопр жени  соединены с выходом второго преобразовател  ток-напр жение и входом управлени  второго ре (гулируемого источника напр жени  смещени , входы управлени  п того и шесjтого регулируемых источников напр - жени  сопр жени  соединены с шиной опорного напр жени .

2. Умножитель по п. 1, о т л и - чающийс   тем, что регулируемый источник напр жени  смещени  со- держит тринадцатый усилительный полевой транзистор, регулируемый источник тока смещени  и повторитель напр жени , затвор тринадцатого усилительного полевого транзистора  вл ет- руемого источника тока сопр жени  соес  первым выводом регулируемого источника напр жени  смещени , сток тринадцатого усилительного полевого транзистора соединен с первой шиной

питани , а исток соединен с первым выводом регулируемого источника тока смещени  и входом повторител  на- пр жени , выход которого  вл етс  вторым выводом регулируемого источника напр жени  смещени , второй вывод регулируемого источника тока смещени  соединен с второй шиной питани , а его вход управлени   вл етс  входом управлени  регулируемого т источника напр жени  смещени .

3.Умножитель по п. 1, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности преобразовани  в широком диапазоне температур, регулируемый источник напр жени  сопр жени  содержит четырнадцатый и п тнадцатый усилительные полевые транзисторы первого типа проводимости, напрмер n-типа, шестнадцатый и семнадцатый усилительные полевые транзисторы второго типа проводимости, например р-типа, и регулируемый источник тока сопр жени , затвор четырнадцатого усилительного полевого транзистора  вл етс  вторым выводом регулируемого источника напр жени  сопр - жени , сток четырнадцатого усилительного полевого транзистора соединен со стоком и затвором шестнадцатого усилительного полевого транзистора и затвором семнадцатого усилительного полевого транзистора и  вл етс  первым выводом регулируемого источника напр жени  сопр жени , истоки четырнадцатого и п тнадцатого усилительных полевых транзисторов соединены с первым выводом регулируемого источника тока сопр жени , вход управлени  которого  вл етс  входом управлени  регулируемого источника напр - жени  сопр жени , второй вывод регули-

динен с второй шиной питани , а истоки шестнадцатого и семнадцатого усили- тельных полевых транзисторов соединены с первой шиной питани .

«

Фиг. 2

Фиг.З

ЧЛ

Фиг. Ц