JPH06176178A - マルチプライヤ - Google Patents
マルチプライヤInfo
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- JPH06176178A JPH06176178A JP4328258A JP32825892A JPH06176178A JP H06176178 A JPH06176178 A JP H06176178A JP 4328258 A JP4328258 A JP 4328258A JP 32825892 A JP32825892 A JP 32825892A JP H06176178 A JPH06176178 A JP H06176178A
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- Japan
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- transistors
- multiplier
- transistor
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- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06G—ANALOGUE COMPUTERS
- G06G7/00—Devices in which the computing operation is performed by varying electric or magnetic quantities
- G06G7/12—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers specially adapted therefor
- G06G7/16—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers specially adapted therefor for multiplication or division
- G06G7/163—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers specially adapted therefor for multiplication or division using a variable impedance controlled by one of the input signals, variable amplification or transfer function
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06G—ANALOGUE COMPUTERS
- G06G7/00—Devices in which the computing operation is performed by varying electric or magnetic quantities
- G06G7/12—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers specially adapted therefor
- G06G7/16—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers specially adapted therefor for multiplication or division
- G06G7/164—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers specially adapted therefor for multiplication or division using means for evaluating powers, e.g. quarter square multiplier
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 低電圧動作可能で、ギルバートマルチプライ
ヤと同等の特性を有するマルチプライヤを実現する。 【構成】 出力が交叉接続される2対のトランジスタ対
が1つの定電流源で駆動され、一方のトランジスタ対の
ベース対には第1の入力信号が印加され、他方のトラン
ジスタ対のベース対には第2の入力信号が減じられて第
1の入力信号が印加される。
ヤと同等の特性を有するマルチプライヤを実現する。 【構成】 出力が交叉接続される2対のトランジスタ対
が1つの定電流源で駆動され、一方のトランジスタ対の
ベース対には第1の入力信号が印加され、他方のトラン
ジスタ対のベース対には第2の入力信号が減じられて第
1の入力信号が印加される。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、2以上のアナログ信号
を乗算するマルチプライヤに関し、特に、バイポーラ集
積回路中に構成されるマルチプライヤに関する。
を乗算するマルチプライヤに関し、特に、バイポーラ集
積回路中に構成されるマルチプライヤに関する。
【0002】
【従来の技術】この種のマルチプライヤには、従来、い
わゆるギルバートマルチプライヤが一般的に用いられて
いる。
わゆるギルバートマルチプライヤが一般的に用いられて
いる。
【0003】このギルバートマルチプライヤは、図4に
示すように、互いにエミッタ同士を接続した3組のトラ
ンジスタ対(Q43,Q44)、(Q45,Q46)及
び(Q41,Q42)を2段重ねに接続して構成され
る。
示すように、互いにエミッタ同士を接続した3組のトラ
ンジスタ対(Q43,Q44)、(Q45,Q46)及
び(Q41,Q42)を2段重ねに接続して構成され
る。
【0004】第1段目のトランジスタ対は、2組のトラ
ンジスタ対(Q43,Q44)及び(Q45,Q46)
から成り、トランジスタQ43とQ46のベース同士及
びトランジスタQ44とQ45のベース同士をそれぞれ
互いに接続して一方の入力端子対(31,32)を構成
している。また、トランジスタQ43とQ45のコレク
タ同士及びトランジスタQ44とQ46のコレクタ同士
をそれぞれ互いに接続して出力端子対(33,34)を
構成している。
ンジスタ対(Q43,Q44)及び(Q45,Q46)
から成り、トランジスタQ43とQ46のベース同士及
びトランジスタQ44とQ45のベース同士をそれぞれ
互いに接続して一方の入力端子対(31,32)を構成
している。また、トランジスタQ43とQ45のコレク
タ同士及びトランジスタQ44とQ46のコレクタ同士
をそれぞれ互いに接続して出力端子対(33,34)を
構成している。
【0005】一方、第2段目のトランジスタ対は、1組
のトランジスタ対(Q41,Q42)から成り、トラン
ジスタQ41のコレクタを上記トランジスタ対(Q4
3,Q44)のエミッタ共通接続点に接続し、トランジ
スタQ42のコレクタを上記トランジスタ対(Q45,
Q46)のエミッタ共通接続点に接続している。またト
ランジスタQ41及びQ42の各ベースにより他方の入
力端子対(36,37)を構成している。更に、トラン
ジスタ対(Q41,Q42)のエミッタ共通接続点を定
電流源回路35に接続している。
のトランジスタ対(Q41,Q42)から成り、トラン
ジスタQ41のコレクタを上記トランジスタ対(Q4
3,Q44)のエミッタ共通接続点に接続し、トランジ
スタQ42のコレクタを上記トランジスタ対(Q45,
Q46)のエミッタ共通接続点に接続している。またト
ランジスタQ41及びQ42の各ベースにより他方の入
力端子対(36,37)を構成している。更に、トラン
ジスタ対(Q41,Q42)のエミッタ共通接続点を定
電流源回路35に接続している。
【0006】さて、図4において、各トランジスタQ4
1〜Q46を構成する接合ダイオードのエミッタ電流を
IE とすると、このエミッタ電流IE は次の数式(1)
で示される。尚、数式(1)において、IS は飽和電
流、kはボルツマン定数、qは単位電子電荷、VBEはベ
ース・エミッタ間電圧、Tは絶対温度である。
1〜Q46を構成する接合ダイオードのエミッタ電流を
IE とすると、このエミッタ電流IE は次の数式(1)
で示される。尚、数式(1)において、IS は飽和電
流、kはボルツマン定数、qは単位電子電荷、VBEはベ
ース・エミッタ間電圧、Tは絶対温度である。
【0007】
【数1】
【0008】今、VT =kT/qとすると、VBE>>VT
であるから、数式1においてexp(VBE/VT )>>1とす
ると、エミッタ電流IE は、次の数式(2)に近似でき
る。
であるから、数式1においてexp(VBE/VT )>>1とす
ると、エミッタ電流IE は、次の数式(2)に近似でき
る。
【0009】 IE ≒Is exp(VBE/VT ) (2) このときに、図4における各トランジスタQ41〜Q4
6のコレクタ電流は、それぞれ、次の数式(3),
(4),(5),(6),(7)及び(8)で表わせ
る。尚、αF は電流増幅率である。
6のコレクタ電流は、それぞれ、次の数式(3),
(4),(5),(6),(7)及び(8)で表わせ
る。尚、αF は電流増幅率である。
【0010】
【数2】
【0011】
【数3】
【0012】
【数4】
【0013】
【数5】
【0014】
【数6】
【0015】
【数7】
【0016】従って、式(1)及び(8)を式(3)〜
(6)に代入すると、コレクタ電流IC43 ,IC44 ,I
C45 ,IC46 はそれぞれ次の数式(9),(10),
(11),(12)で示される。
(6)に代入すると、コレクタ電流IC43 ,IC44 ,I
C45 ,IC46 はそれぞれ次の数式(9),(10),
(11),(12)で示される。
【0017】
【数8】
【0018】
【数9】
【0019】
【数10】
【0020】
【数11】
【0021】よって出力電流IC43-45とIC44-46との差
電流ΔIは
電流ΔIは
【0022】
【数12】
【0023】一方、tanhxは次式で組数展開できる
から|x|<<1のときにはtanhx≒xと近似でき
る。
から|x|<<1のときにはtanhx≒xと近似でき
る。
【0024】
【数13】
【0025】従って、|V41|<<2VT ,|V42|<<2
VT のときには、出力端子33と34間にあらわれる差
電流ΔIは次の数式(15)のように近似できるから、
小信号の電圧V41,V42に対して、図4の回路はマルチ
プライヤ(乗算器)として働くことがわかる。
VT のときには、出力端子33と34間にあらわれる差
電流ΔIは次の数式(15)のように近似できるから、
小信号の電圧V41,V42に対して、図4の回路はマルチ
プライヤ(乗算器)として働くことがわかる。
【0026】
【数14】
【0027】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のマルチプライヤでは、上述したように第1段
目のトランジスタ対(Q43,Q44)及び(Q45,
Q46)と第2段目のトランジスタ対(Q41,Q4
2)とを2段重ねに接続して構成されている。従って、
このマルチプライヤを動作させるために必要な電圧に
は、その分だけ高い電圧を印加する必要があるので、電
源電圧を低くすることができないという問題点があっ
た。
うな従来のマルチプライヤでは、上述したように第1段
目のトランジスタ対(Q43,Q44)及び(Q45,
Q46)と第2段目のトランジスタ対(Q41,Q4
2)とを2段重ねに接続して構成されている。従って、
このマルチプライヤを動作させるために必要な電圧に
は、その分だけ高い電圧を印加する必要があるので、電
源電圧を低くすることができないという問題点があっ
た。
【0028】本発明の目的は、従来のマルチプライヤセ
ルに比べて低電圧で動作させることができるマルチプラ
ヤセルを提供することにある。
ルに比べて低電圧で動作させることができるマルチプラ
ヤセルを提供することにある。
【0029】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、第1の
入力電圧と第2の入力電圧との積を演算するマルチプラ
イヤにおいて、第1及び第2のトランジスタから成る第
1のトランジスタ対と、第3及び第4のトランジスタか
ら成る第2のトランジスタ対と、前記第1のトランジス
タのコレクタと前記第3又は第4のトランジスタのうち
一方のトランジスタのコレクタとを互いに接続して構成
された第1の出力端子と、前記第2のトランジスタのコ
レクタと前記第3又は第4のトランジスタのうち他方の
トランジスタのコレクタとを互いに接続して構成された
第2の出力端子と、前記第1,第2,第3及び第4のト
ランジスタの各エミッタが共通に接続される定電流源と
を有し、第1及び第2のトランジスタ対のベース間に
は、それぞれ第1の入力電圧及び第2の入力電圧相互間
の演算値によって定まる電圧を与え、前記第1及び第2
の出力端子間には、前記第1の入力電圧と第2の入力電
圧との積に相当する出力信号が出力されることを特徴と
するマルチプライヤが得られる。
入力電圧と第2の入力電圧との積を演算するマルチプラ
イヤにおいて、第1及び第2のトランジスタから成る第
1のトランジスタ対と、第3及び第4のトランジスタか
ら成る第2のトランジスタ対と、前記第1のトランジス
タのコレクタと前記第3又は第4のトランジスタのうち
一方のトランジスタのコレクタとを互いに接続して構成
された第1の出力端子と、前記第2のトランジスタのコ
レクタと前記第3又は第4のトランジスタのうち他方の
トランジスタのコレクタとを互いに接続して構成された
第2の出力端子と、前記第1,第2,第3及び第4のト
ランジスタの各エミッタが共通に接続される定電流源と
を有し、第1及び第2のトランジスタ対のベース間に
は、それぞれ第1の入力電圧及び第2の入力電圧相互間
の演算値によって定まる電圧を与え、前記第1及び第2
の出力端子間には、前記第1の入力電圧と第2の入力電
圧との積に相当する出力信号が出力されることを特徴と
するマルチプライヤが得られる。
【0030】
【実施例】以下、本発明の一実施例に係るマルチプライ
ヤについて図面を参照して説明する。
ヤについて図面を参照して説明する。
【0031】本実施例のマルチプライヤの基本単位セル
は、図1に示すように、互いにエミッタを共通に接続さ
れた第1のトランジスタQ1及び第2のトランジスタQ
2から成る第1のトランジスタ対(Q1,Q2)と、同
様に、互いにエミッタを共通に接続された第3のトラン
ジスタQ3及び第4のトランジスタQ4から成る第2の
トランジスタ対(Q3,Q4)とを有している。第1の
トランジスタQ1のコレクタと第4のトランジスタQ4
のコレクタとは互いに接続されて第1の出力端子1を構
成している。また、第2のトランジスタQ2のコレクタ
と第3のトランジスタQ3のコレクタとは互いに接続さ
れて第2の出力端子2を構成している。
は、図1に示すように、互いにエミッタを共通に接続さ
れた第1のトランジスタQ1及び第2のトランジスタQ
2から成る第1のトランジスタ対(Q1,Q2)と、同
様に、互いにエミッタを共通に接続された第3のトラン
ジスタQ3及び第4のトランジスタQ4から成る第2の
トランジスタ対(Q3,Q4)とを有している。第1の
トランジスタQ1のコレクタと第4のトランジスタQ4
のコレクタとは互いに接続されて第1の出力端子1を構
成している。また、第2のトランジスタQ2のコレクタ
と第3のトランジスタQ3のコレクタとは互いに接続さ
れて第2の出力端子2を構成している。
【0032】第1,第2,第3及び第4のトランジスタ
Q1〜Q4の各エミッタは互いに共通に接続されて定電
流源3に接続されている。第1のトランジスタQ1のベ
ースは入力端子4に接続され、第2のトランジスタQ2
のベースは入力端子5に接続されている。一方、第3の
トランジスタQ3のベースは入力端子6に接続され、第
4のトランジスタQ4のベースは入力端子7に接続され
ている。また、入力端子4と入力端子5の間には端子8
が設けられ、入力端子6と入力端子7の間には端子9が
設けられている。
Q1〜Q4の各エミッタは互いに共通に接続されて定電
流源3に接続されている。第1のトランジスタQ1のベ
ースは入力端子4に接続され、第2のトランジスタQ2
のベースは入力端子5に接続されている。一方、第3の
トランジスタQ3のベースは入力端子6に接続され、第
4のトランジスタQ4のベースは入力端子7に接続され
ている。また、入力端子4と入力端子5の間には端子8
が設けられ、入力端子6と入力端子7の間には端子9が
設けられている。
【0033】以下、本実施例のマルチプライヤの動作に
ついて詳しく説明する。
ついて詳しく説明する。
【0034】図1において、入力端子4と8の間には1
/2V1 の電圧、入力端子5と8の間には−1/2V1
の電圧を印加し、一方、入力端子6と9の間には1/2
V1−V2 の電圧、入力端子7と9の間には−1/2V1
−V2 の電圧を印加するものとする。
/2V1 の電圧、入力端子5と8の間には−1/2V1
の電圧を印加し、一方、入力端子6と9の間には1/2
V1−V2 の電圧、入力端子7と9の間には−1/2V1
−V2 の電圧を印加するものとする。
【0035】図1において、各トランジスタ間の整合性
は良いと仮定し、ベース幅変調を無視すると、それぞれ
のトランジスタQ1,Q2,Q3及びQ4のコレクタ電
流はそれぞれ
は良いと仮定し、ベース幅変調を無視すると、それぞれ
のトランジスタQ1,Q2,Q3及びQ4のコレクタ電
流はそれぞれ
【0036】
【数15】
【0037】
【数16】
【0038】
【数17】
【0039】
【数18】
【0040】と表わされる。
【0041】図1に示すように、基本回路セルは1つの
定電流源3で駆動されているから IC1+IC2+IC3+IC4=αF IO (20) (16)〜(19)式の共通項
定電流源3で駆動されているから IC1+IC2+IC3+IC4=αF IO (20) (16)〜(19)式の共通項
【0042】
【数19】
【0043】は(16)〜(19)式を(20)式に代
入することによって得られ、(21)式であらわされ
る。
入することによって得られ、(21)式であらわされ
る。
【0044】
【数20】
【0045】また、出力端子1及び2に流れる電流IL
及びIR の差であらわされる差動出力電流は
及びIR の差であらわされる差動出力電流は
【0046】
【数21】
【0047】(22)式に(21)式を代入すると
【0048】
【数22】
【0049】と求まる。(23)式は(13)式に示さ
れるギルバートマルチプライヤの差動出力電流と比較す
ると、αF かαF2かの差しかない。
れるギルバートマルチプライヤの差動出力電流と比較す
ると、αF かαF2かの差しかない。
【0050】一般に、αF は0.98〜0.99程度で
あり、通常はαF ≒1として省略される場合が多い。従
って(23)式で示される入出力特性を持つ回路は、従
来例で説明したギルバートマルチプライヤと実質上同様
な動作が可能である。
あり、通常はαF ≒1として省略される場合が多い。従
って(23)式で示される入出力特性を持つ回路は、従
来例で説明したギルバートマルチプライヤと実質上同様
な動作が可能である。
【0051】しかも、図1に示されたマルチプライヤの
入出力特性も図2に示すように、従来のギルバートマル
チプライヤとほぼ同一である。
入出力特性も図2に示すように、従来のギルバートマル
チプライヤとほぼ同一である。
【0052】尚、図1のマルチプライヤの入力電圧±1
/2V1 ,±1/2V1 −V2 は一般に、オペアンプな
どの差動増幅器を用いれば容易に実現出来るから、図1
の基本回路セルは簡単に実現できる。
/2V1 ,±1/2V1 −V2 は一般に、オペアンプな
どの差動増幅器を用いれば容易に実現出来るから、図1
の基本回路セルは簡単に実現できる。
【0053】図3は基本回路セルに与えられる入力電圧
の生成回路をも含めたマルチプライヤ全体回路の一例を
示す。図3においては、トランジスタQ1〜Q4によっ
て、図1の場合と同様に、基本回路セルが構成されてお
り、差動対(Q1,Q3)のベース間には(−1/2V
1 −V2 )、差動対(Q2,Q4)のベース間には(−
1/2V1 −V2 )の電圧が与えられる。
の生成回路をも含めたマルチプライヤ全体回路の一例を
示す。図3においては、トランジスタQ1〜Q4によっ
て、図1の場合と同様に、基本回路セルが構成されてお
り、差動対(Q1,Q3)のベース間には(−1/2V
1 −V2 )、差動対(Q2,Q4)のベース間には(−
1/2V1 −V2 )の電圧が与えられる。
【0054】上記したベース電圧を印加するために、差
動対(Q5,Q6)で入力電圧V2は電流変換され、更
に2対の差動対(Q7,Q8)、(Q9,Q10)のト
ランジスタQ8,Q10で電圧変換され、それぞれの差
動対(Q1,Q3)、(Q2,Q4)に逆相入力電圧V
2 として与えられる。各差動対(Q1,Q3)、(Q
2,Q4)の正相入力電圧はそれぞれ1/2V1 ,−1
/2V1 であるから、それぞれの差動対(Q1,Q
3)、(Q2,Q4)への差動入力電圧はそれぞれ1/
2V1 −V2 ,−1/2V1 −V2 となり、所望の差動
入力電圧が得られる。
動対(Q5,Q6)で入力電圧V2は電流変換され、更
に2対の差動対(Q7,Q8)、(Q9,Q10)のト
ランジスタQ8,Q10で電圧変換され、それぞれの差
動対(Q1,Q3)、(Q2,Q4)に逆相入力電圧V
2 として与えられる。各差動対(Q1,Q3)、(Q
2,Q4)の正相入力電圧はそれぞれ1/2V1 ,−1
/2V1 であるから、それぞれの差動対(Q1,Q
3)、(Q2,Q4)への差動入力電圧はそれぞれ1/
2V1 −V2 ,−1/2V1 −V2 となり、所望の差動
入力電圧が得られる。
【0055】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、4つのト
ランジスタを1つの定電流源で駆動したので、低電圧動
作可能なマルチプライヤが得られ、しかもギルバートマ
ルチプライヤと特性がほぼ同一となるという結果を有す
る。
ランジスタを1つの定電流源で駆動したので、低電圧動
作可能なマルチプライヤが得られ、しかもギルバートマ
ルチプライヤと特性がほぼ同一となるという結果を有す
る。
【図1】本発明の一実施例に係るマルチプライヤセルの
回路構成を示す図である。
回路構成を示す図である。
【図2】図1に示したマルチプライヤセルの入出力特性
を示す図である。
を示す図である。
【図3】図1に示したマルチプライヤセルを含むマルチ
プライヤの全体回路の一例を示す図である。
プライヤの全体回路の一例を示す図である。
【図4】従来のマルチプライヤセルの回路構成を示す図
である。
である。
Claims (2)
- 【請求項1】 第1の入力電圧と第2の入力電圧との積
を演算するマルチプライヤにおいて、第1及び第2のト
ランジスタから成る第1のトランジスタ対と、第3及び
第4のトランジスタから成る第2のトランジスタ対と、
前記第1のトランジスタのコレクタと前記第3又は第4
のトランジスタのうち一方のトランジスタのコレクタと
を互いに接続して構成された第1の出力端子と、前記第
2のトランジスタのコレクタと前記第3又は第4のトラ
ンジスタのうち他方のトランジスタのコレクタとを互い
に接続して構成された第2の出力端子と、前記第1,第
2,第3及び第4のトランジスタの各エミッタが共通に
接続される定電流源とを有し、第1及び第2のトランジ
スタ対のベース間には、それぞれ第1の入力電圧及び第
2の入力電圧相互間の演算値によって定まる電圧を与
え、前記第1及び第2の出力端子間には、前記第1の入
力電圧と第2の入力電圧との積に相当する出力信号が出
力されることを特徴とするマルチプライヤ。 - 【請求項2】 請求項1記載のマルチプライヤにおい
て、更に、前記第1のトランジスタ対のベース間に(1
/2V1 )−V2 で表される電圧を与える回路と、前記
第2のトランジスタ対のベース間に(−1/2V1 )−
V2 で表される電圧を与える回路とを有することを特徴
とするマルチプライヤ。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4328258A JP3037004B2 (ja) | 1992-12-08 | 1992-12-08 | マルチプライヤ |
| AU52230/93A AU670974B2 (en) | 1992-12-08 | 1993-12-07 | Analog multiplier operable on a low supply voltage |
| EP93119703A EP0601543A1 (en) | 1992-12-08 | 1993-12-07 | Analog multiplier operable on a low supply voltage |
| KR1019930026678A KR970005020B1 (ko) | 1992-12-08 | 1993-12-07 | 낮은 공급 전압에서 동작가능한 아날로그 곱셈기 |
| CA002110932A CA2110932C (en) | 1992-12-08 | 1993-12-08 | Analog multiplier operable on a low supply voltage |
| US08/458,008 US5576653A (en) | 1992-12-08 | 1995-06-01 | Analog multiplier operable on a low supply voltage |
| US08/917,689 US5886560A (en) | 1992-12-08 | 1997-08-26 | Analog multiplier operable on a low supply voltage |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4328258A JP3037004B2 (ja) | 1992-12-08 | 1992-12-08 | マルチプライヤ |
Publications (2)
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