JPS60214612A - 線形性を改善したアナログ・マルチプライヤ回路 - Google Patents

線形性を改善したアナログ・マルチプライヤ回路

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JPS60214612A
JPS60214612A JP59173986A JP17398684A JPS60214612A JP S60214612 A JPS60214612 A JP S60214612A JP 59173986 A JP59173986 A JP 59173986A JP 17398684 A JP17398684 A JP 17398684A JP S60214612 A JPS60214612 A JP S60214612A
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JP
Japan
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transistors
circuit
current
transistor
collector
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JP59173986A
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デレク・エフ・ボウアーズ
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Precision Monolithics Inc
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Precision Monolithics Inc
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Publication date
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    • G06COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • 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 specially adapted therefor
    • G06G7/16Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers specially adapted therefor for multiplication or division
    • G06G7/163Arrangements 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

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) 本発明は1%子回路に関し、更に詳細には2つの電気信
号を乗算する回路に関する。
(従来技術) 4クオドラント・マルチプライヤ回路は。
2つの電圧信号X及びYを理想的に乗算して、2つの信
号の大きさの積に比例し正しい代数的符号を有する出力
を発生する。反転した形式の4クオドラント・マルチプ
ライヤ回路を使用する普及型の回路が、TEEE Jo
urnal of 5olid−8tateCircu
its、 vol、 5C−3,1968年12月、 
pI)。
365〜373. Barrie Gi Ibert著
r A、 PrecisePour −Quadran
t Mult ipl ier wi th 5ubn
a−nosecond Re5ponse J及びI 
EEE Journalof 5olid −5tat
e C1rcuits、 vol、 5c−9゜197
4年12月り +)I)、364〜373.Barri
e G1−11〕ert著r A High Perf
ormanceMonolithicMultipli
er Using Active Fcedl)ack
 Jに開示されている。
前記参考文献に開示される回路と同様の回路が第1図に
示される。4つの電流源TI、I2.T3及びI4は9
乗算された電圧信号X及びYからχTn。
(1−22) Tll、 y、TE及び(1−y)TI
”iの形で引き出さJする。ここで2−汲びyはX及び
Yの無次元の指数で零から1の範囲にあり、TI3及び
TIは一定電流である。一対のnpn l−ランジスタ
Q1及びG2は、正電圧バスV十からコレクターエミッ
タ回路を通って11及びI2に電流を渾す。Ql及びG
2はそのベース及びコレクタが結合したダイオード接続
されて示されているが、実際はベースを別個のバイアス
点に接続するのが通例である。トランジスタはいずれの
形式でも同様に動作する。
第1図の従来のマルチプライヤ回路は、一対の差動増幅
器を使用して乗算された出力を発生する。
第1増幅器はnpn )ランジスタQ3及びG4−II
ら成り、それらのエミッタは一緒に接続されてI3に電
流を供給し、それらのベースは夫々Q2及びQlのエミ
ッタによってバイアスされるように接続され、それらの
コレクタは夫々出力ライン2及び4に接続される。第2
の差動増幅器はnpn )ランジスタQ5及びG6から
成り、第1の差動増幅器と同様に接続される。G5及び
G6のエミッタは一緒に接続されてI411m電流を供
給し、それらのベースは夫々Q1及びG2のエミッタ匠
よってバイアスされるように接続され、それらのコレク
タは夫々出力ライン2及び4に接続される。このような
構成によって、出力ライン2は電流(χ、y/2)I。
を送り、出力ライン4は電流(1−zy /2 ) I
oを送り、Ioは一定の出力電流である。
第1図の回路の主な制約は、X入力電圧が一定のとき、
出力はX入力電圧の変化に対してリニアでないことであ
る。この問題は従来のトランジスタ間に存在する不整合
に起因し、トランジスタの飽和電流が等しくないとき生
じる。前述の文献(19’74年の工EEE)VCおい
て、このXの非線形は、トランジスタ対Ql、Q2とG
3.G4との間及びトランジスタ対Q1.Q2とG5.
G6との間の電圧オフセットニ起因する。50マイクロ
ボルト程のオフセラ)’FJt圧が0.1%の非線形を
生じさせ得る。このよう[,0,1%の典型的非線形に
対して、従来の処理技術を使用する集積回路では非常r
(低い歩留りとなる。
オフセット電圧の問題を解消しようとする回路がG11
berlの別の文献、 T EEE Tnternat
io−nal 5olid −5tate QLrcu
its Conference。
1983年2月25日のrA Four Quadra
nt Ana−Iog Divider / Mult
ipl icr witllo、01%Distort
ion J IL開示される。この回路(第2図)にお
いては、Ql及びG2のベースと他のトランジスタのベ
ースとの間に、小さな制御された電圧降下が導かれ、不
所望のオフセット電圧が補償される。補償電圧はトリミ
ング電ff1T5.T6.T7及びI8によって抵抗T
t1. TI2. R3及びR4に発生され、そのトリ
ミング電流はレーザー調節又は他の周知の手段fよって
制御される。この回路はオフセットの問題をほぼ解決す
るけれども、トリミング電流がQl及びG2の通常の動
作電流を妨害して、大きな誤差を生じさせる。この誤差
は更に補償回路を付加することによって補正することが
できるが9回路全体が複雑になってしまう。
(発明の概要) 従来技術の前述した問題に鑑み9本発明の目的は1乗算
される両方の入力信号に対してほぼリニアで、正確な、
そしてそれ程複雑でない新規にして改良された4クオド
ラント・マルチプライヤ回路を提供することである。
前記目的及び他の目的を達成するため、Ql及びQ2を
2組のトランジスタ対で置き換え、その第1対は第1差
動増幅器のトランジスタに対するバイアスを制御し、第
2対は第2差動増幅器のトランジスタに対するバイアス
を制御する。第1対のトランジスタは第2対のトランジ
スタと直列に接続され、各対のトランジスタのベース間
の全電圧差をトリミングする手段が設けられ、X入力信
号に関する回路動作における非線形がそのベース電圧差
の適切なトリミングによって減少させられる。
電圧トリミング手段は、所定の温度範囲において絶対温
度に実質上正比例するトリミング電圧な加える。
X入力信号に関する非線形は、Y電圧信号と無関係の第
1及び第2組のトランジスタ間に電流不平衡を与えるこ
とによって減少させられる。これは、差動増幅器トラン
ジスタと整合され、そしてそのトランジスタと共通のベ
ース接続を有する付加トランジスタを追加すイ)ことπ
よって達成される。1γ’H市、流源から電流か供給さ
れる増幅器のために、利幅トランジスタには(1−y)
TE電流源から電流が供給される一方、(1−、¥)T
B電流源から電流が供給される増幅器のためKけ利幅l
・ランジスタにはyIE電流源から(It給される。そ
の結果、2対のトランジスタ間の動作電流の不平衡をY
入力と無関係にする利幅電流源が差動増幅器の一方のト
ランジスタにベース電流を供給し、静的電流不平衡を訂
正する。
全体回路は、)′入力に関する非線形が殆んどあるいは
全くなく、X入力に関する非線形を非常に小さくあるい
け零レベルK l−IJ ミンクすることができる4ク
オドラント・マルチプライヤである。
本発明の他の目的及び特徴は以下の実施例の詳細な説明
から当業者には明らかである。
(実施例の説明) 第3図に示す回路は、第1図に示す従来技術π関連する
X信号の非線形問題を9通常のトランジスタ動作電RK
影響を与えず、また第2図に示す従来の回路のよ、う匠
回路を複雑にしないで。
実質」二補正する。第3図のトランジスタはnpn形で
あるが1回路の極性を適切に反転させることによってp
np形トランジスタを使用することもできる。しかし+
 pnp形を歩留りよく製造することは実際1 面tI
 Lいことから+ npnの方が好ましい。
]つのトランジスタ対Ql、Q2の代りに、第3図の回
路は2組の対になったトランジスタQ7. Q8とQ9
. QIOを使用し、各対は関連の差動増幅器のトラン
ジスタをバイアスする。第1トランジスタ対は、 Q7
及びQ8から成り、それらのエミッタは差動増幅器トラ
ンジスタQ4及びQ3に夫々ベース駆動電流を供給する
ように接続される。第2トランジスタ対は、Q9及びQ
10から成り、それらのエミッタは差動増幅器トランジ
スタQ6及びQ5に夫々ベース−駆動電流を(JU給す
るように接続される。Q7及びQ9のコレクタ・エミッ
タ回路は、直列に接続され■1から電流が供給され、Q
7のコ1/クタは+■に、Q9のエミッタはTI(l′
i″接続される。
同様vc、 Q8及びQl(+のコレクタ・エミッタ回
路は直列に接続されて12から電流が供給され、Q8の
コレクタはV−1−1/r、、QIOのエミッタげT2
に接続される。これとは違って、トランジスタ対Q7.
Q8とQ9. QIOとを相互に分離し、各対をV+、
TI及び12間に直接接続することも可能である。Q7
及びQ8はダイオードとして絹)Iろことも可能であり
、第3図においてはベースとコレクク間のダイオード接
続は破線で示されている。
可変電圧発生器T1として示されている電圧トリミング
回路はQ7及びQ8のベース間に接続され同様の電圧1
リミング回路T2はQ9及びQ10のベース間に接続さ
れる。これらの電圧トリミング回路は、詳細は第4図に
示されるが、 Q3. Q4 K対するQ7. Q8の
電圧オフセット及びQ5.Q66C対するQ9. QI
Oの電圧オフセットを相互に独立に調節する。この電圧
オフセットの減少は、X入力信号に関する回路の非線形
の対応する減少によって達成される。
Q7及びQ9のベースは夫々の電圧バイアス信号に接続
され、Q7に対するバイアス・レベルはQ9に対するバ
イアスよりも少なくともトランジスタのベース・エミッ
タ電圧(約07ボルト)だけ大きくしてQ9及びQIO
の飽和を防止しなければならない。トリミング回路を除
き、トランジスタ電流利得を無限大と仮定することによ
ってトランジスタのベース電流の二次的影響を無視する
と、第3図のマルチプライヤ回路は第1図の回路と実質
上同じ動作をする。しかし、トリミング回路を付加する
ことによって、Xの非線形を実質的に減少させる。
ここで第4図を参照すると、電圧トリミング回路の詳細
が示される。第1バイアス信号は抵抗R1及びR2を介
してトリミング回路T1の対向する端子に加えられると
共に、第2バイアス信号は抵抗R3及びT1./Iを介
してトリミング回路T2の対向する端子に加えられる。
トリミング回路端−Fは、トランジスタQll、 Q1
2. Q13及びQl/Iのコレクタに夫々接続され、
これらのトランジスタは可変抵抗R5,R6,R7及び
R8を夫々介して■−に接続される。Qll〜Q14は
、共通のベース接続を有し、電流源■5からベース電流
を受け、その電流源の出力は絶対福1度に正比例して変
化する。抵抗R9及びダイオードD1から成る直列回路
Li、 Qll〜Q14のベースと■−との間に接続さ
れ、トランジスタを過度Jバイアスすることを回避する
可変11(1ゲi:R5−R8げ、1/−ザー・トリミ
ング又は「ツェナー・ザップJ (zcner zap
 ) )リミング等の周知技術によって、TIとT2と
の間π所望の電圧差が達成される迄、トリミングされる
温度依存電流源によってトランジスタQll〜Q1/I
へのベース駆動を変化させて、これらのトランジスタを
流れる電流、従ってT1及びT2)!Jミング電圧は同
様に絶対温度に比例する。このように。
マルチプライヤ回路に、自動的温度補償が与えられ、 
Q7. Q8とQ3. Q4との間及びQ9. Q]、
0とQ5. Q6との間の電圧オフセットが所定の温度
範囲で非常に小さく抑えられる。
第3図の回路はXの非線形を減少あるいは除去するけれ
ども、Yの非線形を生じさせる。これは2つの原因によ
る。第1.に、実際のトランジスタは有限の電流利得を
有し、差動増幅器のトランジスタが零よりも大きいベー
ス電流を流し、Q7及びQ8はQ9及びQIOよりも少
し大きい電流で動作することである。これ゛によって、
第3図のマルチプライヤ回路の上半分の実効利得が、下
半分よりも少し低くなる。第2に、前記電流差が一定で
なく。
X入力信号の関数となることである。
第5図はYの非線形の問題を解決する回路を示す。この
回路は第3図の基本回路を補強し、この回路においては
付加的補償トランジスタがQ7〜Q10のエミッタによ
って駆動され、そのトランジスタによって与えられるベ
ース駆動電流はY電圧信号と実質的に無関係である。付
加的npn )ランジスタQ15. Q16. Q17
及びQ18は、 Q3. Q4. Q5及びQ6と夫々
整合され、それらと共通ベース接続ヲ有する。Q15及
びQll’iのコレクタは夫々出力ライン2及び4に接
続され、それらのエミッタはQ5及びQ6のコレクタ、
従って74に接続される。
Q17及びQ18のコレクタは、Q3及びQ4の共通の
エミッタ接続に接続され、それらのエミッタけ13に直
接接続される。このようにして、T3によって与えられ
るy、TE主電流Q3. Q/1. Q17及びQll
’lを通り、T4の(1−y)TE主電流Q 15. 
Q 16. Q5及びQ6を通る。こうして、トランジ
スタQ7〜Q10の各々は、コレクタ・エミッタ電流が
21.TEVC比例する第1のトランジスタとコレクタ
・エミッタ電流が(1−y)TEに比例する第2のトラ
ンジスタπベーヌ駆動電流を与える。各トランジスタQ
7〜Q、l0yrよってり、えられるデュアル補償ベー
ス駆動電渾の累積的効果は、 Q7. Q8とQ9. 
QIOとの間の動作電流の不平衡をY入力と実質的に無
関係とし、動作電流レベルにおいてYの非線形を実質上
除去する。
前述のマルチプライヤ回路は、まだ、Q7. Q8とQ
9. Q10との間の静的電流不平衡を有する。この電
流不平衡の大きさは、2■x/B″として言摸すること
ができる。ここで、IxはX入力がないときのQ7又は
Q8の固定電流で、Bは゛トランジスタの電流利得であ
る。この不平衡を補償するため、電流源■6及び■7が
設けられ、Q3及びQ4のベースに夫々平衡電流を供給
する。これらの電流源の各々は、一定のエミッタ電流で
動作するときの差動増幅器に等しいトランジスタのベー
ス電流を使用することによって、前述の不平衡と同じ大
きさの平衡電流を発注する。これらの電流を発生する回
路が第6図に示される。差動増幅器のトランジスタと同
一のトランジスタQ19は、そのエミッタに接続されろ
定電流源I8によって与えられる一定電流を伝達する。
その結果のQ10のベース電流は、そのコレクタ電流な
りで割った値に等しい。
この電流は、マルチ・コレクタ・トランジスタQ20の
1つのコレクタによって与えられ、このトランジスタは
、またypnp)ランジスタQ21からベース電流を引
き出す。Q20の他のコレクタは。
そのベースに接続され1次KQ21のエミッタに接続さ
れる。Q20のベースは、また、第2のデュアル・=+
 レクタrlnl) )ランジスタQ22のベースに接
続され、このトランジスタのデュアル・コレクタは夫々
■6及び■7を供給する。Q19のコレクタと、Q20
及びQ22のエミッタはV十に接続され。
Q21のコレクタ及び■8は■−に接続される。■8を
Ixに等しくシ、二次的効果を無視すると、Q19に流
れるベース電流はT X /B、 Q 22からのベー
ス電流はI x /B” 、そしてQ22のコレクタ電
流(16及び■7どなる)は夫々Tx/Bとなる。
この結果の回路(丁、X入力信号に関する非線形が殆ん
どないあるいは零の、そしてX入力信号に関する非線形
な零又げ零に近いレベルK l−リミングし得る。アナ
ログ・マルチプライヤとなる。
本発明を実施例に従って説明したが、多くの変更あるい
は他の実M1j例が可能であることは当業者には明らか
である。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は、従来のマルチプライヤ回路の回路
図である。 第:3図は、Xの非線形を実質上除去してはいるがYの
非線形が生じる1本発明に従って構成されるマルチプラ
イヤ回路の回路図である。 第4図は、第3図に示す回路に使用されるトリミング電
圧発生回路の回路図である。 第5図は、第4図の回路を改良してYの非線形を実質上
除去する回路の回路図である。。 第6図は、第5図の回路に使用される所定の補償電流を
発生する回路・の回路図である。 (外5名)

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)2つの信号X及びYを乗算するアナログ・マルチ
    プライヤ回路であって、2及びyが零乃至]の範囲のX
    及びYの無次元の指数であり、IB及びIEが固定電流
    であるとき、” In、(1−”)IB、yIE及び(
    ]、−y)IFの大きさの電流源と。 各々が共通のコレクタ・エミッタ回路接続を有する一対
    のバイポーラ・トランジスタから成りマルチプライヤ回
    路の出力を供給する第1及び第2差動増幅器と、該第1
    及び第2増幅器に電流を供給するように接続されるy−
    IE及び(1−y)IE電流源と、zIf3及び(1−
    Z)IE電流源と接続され前記増幅器のトランジスタに
    ベース駆動電流を供給するベース駆動回路と、を含むマ
    ルチプライヤ回路において。 前記ZIB及び(1−2)IB電流源に接続されるコレ
    クタ・エミッタ回路を有する第1及び第2バイポーラ・
    トランジスタと。 前記χHn及び(1−χ)IB電流源に接続されるコレ
    クタ・エミッタ回路を有する第3及び第4バイポーラ・
    )・ランジスタと。 前記第1増幅器の各トランジスタπベース駆動電流を供
    給する第1及び第21−ランジスクのコレクタ・エミッ
    タ回路の接続装置と。 前記第2増幅器の各トランジスタにベース駆動電流を供
    給する第:3及び第4トランジスタのコレクタ・エミッ
    タ回路の接続装置と。 前記第1及び第2トランジスタのベースにバイアス電圧
    を加えるようVC接続される第1バイアス装置と。 前記第1及び第2トランジスタのベース間[トリミング
    電圧差を加え、それらのトランジスタ間の電圧オフセン
    トを調節する第1電圧トリミング装置と。 前記第3及び第4トランジスタのベースにバイアス電圧
    を加えるように接続される第2バイアス装置と。 前記第3及び第4トランジスタのベース間に前記第1電
    圧トリミング装置とは無関係にトリミング電圧差を加え
    、それらのトランジスタ間の電圧オフセントを独立して
    調節する第2電圧トリミング装置と。 から構成されるベース駆動回路から成り、前記マルチプ
    ライヤ回路の出力とX電圧信号との間の非線形が前記ベ
    ース電圧差の適当なトリミングによって減少させられる
    。アナログ・マルチプライヤ回路。
  2. (2)前記第1及び第3トランジスタのコレクタ・エミ
    ッタ回路が直列に接続され、前記第2及び第4トランジ
    スタが直列に接続される。特許請求の範囲第1項記載の
    マルチプライヤ回路。
  3. (3)前記第1及び第2トランジスタは、それらのコレ
    クタ・エミッタ回路が夫々前記第3及び第4トランジス
    タのコレクタ・エミッタ電流と前記第1増幅器のトラン
    ジスタのベース電流とを供給するよ5に接続され、前記
    第1増幅器のトランジスタの固定ベースTfi、 rf
    tfを供給するようπ接続される電流源を有する。特許
    請求の範囲第1項記載のマルチプライヤ回路。
  4. (4)前記第1及び第2トランジスタがダイオードとし
    て接続される特許請求の範囲第1項記載のマルチプライ
    ヤ回路。
  5. (5)前記第1及び第2電圧トリミング装置が。 所定の温度範囲で絶対温度匠実仙的に正比例するトリミ
    ング電圧を加えることか可能な9%許請求の範囲第1項
    記載のマルチプライヤ回路。
  6. (6)前記第1及び第2トランジスタと前記第:う及び
    第4トランジスタとのコl/クタ・エミッタ電流の不平
    衡をX電圧信号と無関係にし、マルチプライヤ回路出力
    とX電圧信号との間の非線形を減少させる回路を有し、
    該回路が 前記第]差動増幅器内のトランジスタの夫々と整合し、
    それらと共通のベース接続を有する第5及び第6のバイ
    ポーラ・トランジスタであって。 該トランジスタのコレクタ・エミッタ回路が該回路に(
    1−y、)TEE流源によって電流が供給されるように
    接続されるトランジスタと。 前記第2差動増幅器内のトランジスタの夫々と整合し、
    それらと共通のベース接続を有する第7及び第8のバイ
    ポーラ・トランジスタであって。 該トランジスタのコレクタ・エミッタ回路が該回路[y
    IE電流源によって電流が供給されるように接続される
    トランジスタと。 から成り、第1乃至第4トランジスタによって与えられ
    るベース駆動電流がyIE+(1−y )IEに実質的
    に比例し、X電圧信号と実質的に無関係になる。特許請
    求の範囲第1. 2. 3. 4又は第5項記載のマル
    チプライヤ回路。
  7. (7)2つの信号X及びYを乗算するアナログ・マルチ
    プライヤ回路であって、χ及びyが零乃至1の範囲のX
    及びYの無次元の指数であり、IB及びIEが固定電流
    であるとき、 ZIB、 (1−4)IB。 yIE及び(1−2)IEの大きさの電流源と、各々が
    共通のコレクタ・エミッタ回路接続を有する一対のバイ
    ポーラ・トランジスタから成りマルチプライヤ回路の出
    力を供給する第1及び第2差動増幅器と、該第1及び第
    2増幅器に電流を供給するようπ接続されるy、 T 
    E及び(1−y)TEE流源と。 χTI3及び(1−χ)TB電流源と接続され前記増幅
    器のトランジスタπベース駆動電流を供給するベース駆
    動回路と、を含むマルチプライヤ回路において。 前記ベース駆動電流間の不平(q!1をX電圧信号と実
    質−ヒ無関係にする回路から成り、マルチプライヤ回路
    出力とX電圧信号との間の非線形を減少させる回路であ
    って。 前記増幅器トランジスタの各々と整合されこれらのトラ
    ンジスタと共通のベース接続を有する複数の補償バイポ
    ーラ・トランジスタから成り、該補償トランジスタが、
    (1−、y)TEE流源から電流が与えられるように接
    続されるコレクタ・エミッタ回路を有するyTE電流源
    から電流が供給される増幅器トランジスタと共通のベー
    ス接続を有し。 前記補償トランジスタが、yTE電流源から電流が与え
    られるように接続されるコレクタ・エミッタ回路を有す
    る(1−y)TE電電源源よって電流が供給される増幅
    器トランジスタと共通のベース接続を有し、Y電圧信号
    と実質的に無関係にする回路。
JP59173986A 1984-04-02 1984-08-21 線形性を改善したアナログ・マルチプライヤ回路 Pending JPS60214612A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/595,905 US4572975A (en) 1984-04-02 1984-04-02 Analog multiplier with improved linearity
US595905 1990-10-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS60214612A true JPS60214612A (ja) 1985-10-26

Family

ID=24385199

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