專利名稱：線性乘法器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于一種乘法器電路，特別是有關(guān)于一種線性乘法器，其輸入信號與輸出信號具有較佳的線性關(guān)系。
背景技術(shù)：
模擬乘法器根據(jù)兩個(gè)模擬輸入信號的大小，產(chǎn)生一與輸入信號呈比例關(guān)系的輸出信號。模擬乘法器所接收的輸入信號一般為電壓信號，因此，模擬乘法被稱為電壓模式模擬乘法器。模擬乘法器可被組成兩象限或是四象限的電路。由模擬乘法器所產(chǎn)生的輸出信號可能會被模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A/Dconverter)轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式。
模擬乘法器可應(yīng)用于許多不同裝置中，例如，調(diào)幅器、相位比較器、適應(yīng)性濾波器(adaptive filter)、模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器、以及正弦/余弦合成器(sine/cosine synthesizers)。模擬乘法器被使用在精細(xì)的模糊邏輯控制器(fuzzy logic controller)以及人工類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(artificial neuralnetwork)。另外，在其它的應(yīng)用上，也需要利用乘法器以提供雙輸入的線性乘積。在數(shù)字的領(lǐng)域中，雙輸入的線性乘積是容易完成的。然而模擬乘法器電路并沒有較佳的線性特性。要改善模擬乘法器電路的線性特性是困難的，尤其是由CMOS技術(shù)所完成的固態(tài)乘法器。改善模擬乘法器電路的的成本大于模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A/D converter)及數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器(D/A converter)的制造成本，并且需占用相當(dāng)大的芯片面積，以及造成電源的損耗。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種線性乘法器電路，在其輸入及輸出信號間，具有比公知乘法器電路更佳的線性特性。
本發(fā)明提供一種線性乘法器電路，分別由其輸入端接收第一及第二輸入信號，然后在輸出端產(chǎn)生一與第一及第二輸入信號呈比例關(guān)系的輸出電流。本發(fā)明的線性乘法器電路具有一第一至第四晶體管，所有晶體管均具有漏極、源極、柵極、以及大體上相同的閾值電壓。固定晶體管的漏極與源極間的電壓，使得第一至第四晶體管均工作于飽和模式(saturation mode)。第一及第二晶體管的源極以及第三及第四晶體管的漏極均連接在一起。在此實(shí)施例中，第一晶體管的柵極對源極的電壓為第一、第二輸入信號、另外引入的輸入信號與第一晶體管的閾值電壓的總和；第二晶體管的柵極對源極的電壓為另外引入的輸入信號與第二晶體管的閾值電壓的總和；第三晶體管的柵極對源極的電壓為第一輸入信號、另外引入的輸入信號與第三晶體管的閾值電壓的總和；第四晶體管的柵極對源極的電壓為第二輸入信號、另外引入的輸入信號與第四晶體管的閾值電壓的總和。在本實(shí)施例中，另外引入的輸入信號以用以消除非線性現(xiàn)象發(fā)生在乘法器電路中。
上述的線性乘法器電路還包括，一運(yùn)算放大器以及一電阻。運(yùn)算放大器具有第一、第二輸入端以及輸出端，其第一輸入端用以接收第一電壓電平。電阻連接到運(yùn)算放大器的第二輸入端與輸出端之間。第一晶體管的漏極接收第二電壓電平，其源極連接運(yùn)算放大器的第二輸入端。第一晶體管的柵極接收第一、第二輸入信號、另外引入的輸入信號、與第一補(bǔ)償電壓的總和。第二晶體管的漏極接收第二電壓電平，其源極連接運(yùn)算放大器的第二輸入端，其柵極接收另外引入的輸入信號、與第一補(bǔ)償電壓的總和。第三晶體管的漏極連接運(yùn)算放大器的第二輸入端，其源極接地，其柵極接收第一輸入信號、另外引入的輸入信號、與第二補(bǔ)償電壓的總和。第四晶體管的漏極連接運(yùn)算放大器的第二輸入端，其源極接地，其柵極接收第二輸入信號、另外引入的輸入信號、與第二補(bǔ)償電壓的總和。
在本實(shí)施例中，第一補(bǔ)償電壓約等于第一電壓電平與晶體管的閾值電壓的總和，而第二補(bǔ)償電壓約等于晶體管的閾值電壓；其中，第一電壓電平約等于第二電壓電平的一半。
固定晶體管的漏極與源極間的電壓時(shí)，便可消除非線性的現(xiàn)象，并且改善乘法器電路的線性特性。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉出較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下


圖1本發(fā)明的線性乘法器電路的示意圖。
符號說明1線性乘法器電路；11運(yùn)算放大器；12電阻；111、112輸入端；113輸出端；131-134晶體管具體實(shí)施方式
如圖1所示，線性乘法器電路1包括，運(yùn)算放大器11、電阻12、以及晶體管131-134。晶體管131-134具有大致相同的閾值電壓。運(yùn)算放大器11具第一輸入端111、第二輸入端112、以及輸出端113。第一輸入端111接收第一電壓電平VDD/2。電阻12連接到運(yùn)算放大器11的第二輸入端112、以及輸出端113之間。晶體管131的漏極接收第二電壓電平VDD，其源極連接運(yùn)算放大器11的第二輸入端112，其柵極接收輸入信號A、B、另外引入的輸入信號C、與第一補(bǔ)償電壓的總和。晶體管132漏極接收第二電壓電平VDD，其源極連接運(yùn)算放大器11的第二輸入端112，其柵極接收另外引入的輸入信號C與第一補(bǔ)償電壓的總和。晶體管133漏極連接運(yùn)算放大器11的第二輸入端112，其源極連接至地GND，其柵極接收輸入信號A、另外引入的輸入信號C、與第二補(bǔ)償電壓的總和。晶體管134漏極連接運(yùn)算放大器11的第二輸入端112，其源極連接至地GND，其柵極接收輸入信號B、另外引入的輸入信號C、與第二補(bǔ)償電壓的總和。晶體管131及132的源極及晶體管133及134的漏極通過節(jié)點(diǎn)D，均連接至運(yùn)算放大器11的第二輸入端112。在此實(shí)施例中，晶體管131-134均工作于飽和模式。另外引入的輸入信號C用以消除公知乘法器電路的非線性現(xiàn)象的缺點(diǎn)。以下將詳細(xì)說明非線性現(xiàn)象消除的方法。
線性乘法器電路1接收輸入信號A及B，并產(chǎn)生電流I0，其中，電流I0與在節(jié)點(diǎn)D的輸入信號A及B呈比例關(guān)系。當(dāng)晶體管工作于飽和模式時(shí)，為了改善電流由漏極到源極的平方定律(square rule)的非線性特性，通過運(yùn)算放大器11，將節(jié)點(diǎn)D的電壓電平被固定在VDD/2(亦即約等于第二電壓電平的一半)，如此，便可使得晶體管131、132的源極、以及晶體管133、134的漏極電壓固定。此外，每一晶體管131-134的柵極電壓均包括一補(bǔ)償電壓，其中，運(yùn)用于晶體管131、132的第一補(bǔ)償電壓約等于VDD/2與晶體管本身的閾值電壓VT的總和，而運(yùn)用在晶體管133、134的第二補(bǔ)償電壓約等于晶體管本身的閾值電壓VT。通過補(bǔ)償電壓，可保證晶體管131-134工作于飽和模式下。因此，晶體管131的柵極電壓電平為信號A、B、C與第一補(bǔ)償電壓的總和；晶體管132的柵極電壓電平為信號C與第一補(bǔ)償電壓的總和；晶體管133的柵極電壓電平為信號A、C與第二補(bǔ)償電壓的總和；晶體管134的柵極電壓電平為信號B、C與第二補(bǔ)償電壓的總和。應(yīng)用于晶體管131、132的柵極的第一補(bǔ)償電壓用以消除晶體管柵極與源極間的電壓電平VDD/2，并可確保晶體管工作于飽和模式。另外，由于外加信號C后可能會在晶體管中引起大電流，而可能會損壞晶體管131，并降低本身的壽命，因此，在實(shí)際應(yīng)用中需適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)另外引入的輸入信號C的電壓電平。
流經(jīng)晶體管131-134的電流I1-I4如圖1所示。當(dāng)晶體管在飽和模式時(shí)，根據(jù)電流由漏極流至源極的平方定律，流經(jīng)晶體管的電流如下式所示IDS＝K·(VGS-VT)2·(1+λ·VDS)………………(1)其中，參數(shù)K及λ為固定的參數(shù)，因此，電流I1-I4如下所示I1＝(A2+B2+C2+2AB+2BC+2AC)·K·(1+λ·VDD/2)……(2)I2＝C2·K·(1+λ·VDD/2)……………………………………(3)I3＝(A2+C2+2AC)·K·(1+λ·VDD/2)………………………(4)I4＝(B2+C2+2BC)·K·(1+λ·VDD/2)………………………(5)電流I0如下所示I0＝I1+I2-I3-I4＝2AB·K·(1+λ·VDD/2)………………….(6)電流I0與輸入信號A、B呈比例關(guān)系，另外，運(yùn)算放大器11的輸出端113所輸出的電壓V0如下所示V0＝I0·R+VDD/2＝2AB·K·(1+λ·VDD/2)·R+VDD/2….(7)其中，R為電阻12的阻抗，如此，輸出電壓V0與輸入信號A、B之間的線性關(guān)系便可被定義出來。只要消除相關(guān)的參數(shù)K、VDD/2、λ(如第7式所示)，便可輕易地得到輸入信號A、B的電壓乘積。當(dāng)然，亦可直接得到節(jié)點(diǎn)D的電流I0(如第6式所示)。熟習(xí)本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)上述的乘法器電路，選擇導(dǎo)出其它的信號。
最后，本發(fā)明提供線性特性較佳的乘法器電路。利用固定漏極與源極間的電壓，以及將晶體管操作在飽和模式，便可消除當(dāng)電流由漏極流向源極時(shí)，漏極與源極間的電壓所產(chǎn)生的非線性現(xiàn)象。
本發(fā)明雖以優(yōu)選實(shí)施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可進(jìn)行更動與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍以所提出的權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種線性乘法器電路，接收一第一輸入信號以及一第二輸入信號，并具有一輸出端，用以產(chǎn)生一電流，該電流與該第一及第二輸入信號的乘積呈比例關(guān)系，該線性乘法器電路，包括一第一晶體管，具有一漏極、一源極、以及一柵極；一第二晶體管，具有一漏極、一源極、以及一柵極；一第三晶體管，具有一漏極、一源極、以及一柵極；以及一第四晶體管，具有一漏極、一源極、以及一柵極；其中，該第一、第二、第三、以及第四晶體管具有大致相等的閾值電壓，并且固定該第一、第二、第三、以及第四晶體管的漏極與源極間的電壓，以與柵極與源極間的電壓，使該第一、第二、第三、以及第四晶體管均工作于一飽和模式；該第一與第二晶體管的源極連接該第三與第四晶體管的漏極；該第一晶體管的柵極與源極間的電壓等于該第一輸入信號、該第二輸入信號、一另外引入的輸入信號、與該第一晶體管的閾值電壓的總和；該第二晶體管的柵極與源極間的電壓等于該另外引入的輸入信號、與該第二晶體管的閾值電壓的總和；該第三晶體管的柵極與源極間的電壓等于該第一輸入信號、該另外引入的輸入信號、與該第三晶體管的閾值電壓的總和；該第四晶體管的柵極與源極間的電壓等于該第二輸入信號、該另外引入的輸入信號、與該第四晶體管的閾值電壓的總和。
2.如權(quán)利要求1所述的線性乘法器電路，還包括，一運(yùn)算放大器，具有一第一、第二輸入端以及一輸出端，該第二輸入端連接該線性乘法器電路的輸出端，該運(yùn)算放大器的第一輸入端接收一第一電壓電平用以固定該第一、第二晶體管的源極電壓、以及第三、第四晶體管的漏極電壓。
3.如權(quán)利要求2所述的線性乘法器電路，其中，該第一電壓電平約為該第二電壓電平的一半。
4.一種線性乘法器電路，用以接收一第一輸入信號以及一第二輸入信號，以及在該線性乘法器電路的一輸出端產(chǎn)生一電流，該電流與該第一及第二輸入信號的乘積呈比例關(guān)系，該線性乘法器電路，包括一運(yùn)算放大器，具有一第一、第二輸入端以及一輸出端，該第一輸入端用以接收一第一電壓電平；一第一晶體管，其漏極接收收一第二電壓電平，其源極連接該運(yùn)算放大器的第二輸入端，其柵極接收該第一輸入信號、第二輸入信號、一另外引入的輸入信號與一第一補(bǔ)償電壓的總和；一第二晶體管，其漏極接收該第二電壓電平，其源極連接該運(yùn)算放大器的第二輸入端，其柵極接收該另外引入的輸入信號與該第一補(bǔ)償電壓的總和；一第三晶體管，其漏極連接該運(yùn)算放大器的第二輸入端，其源極連接一參考電壓電平，其柵極接收該第一輸入信號、該另外引入的輸入信號與一第二補(bǔ)償電壓的總和；一第四晶體管，其漏極連接該運(yùn)算放大器的第二輸入端，其漏極接收該參考電壓電平，其柵極接收該第二輸入信號、該另外引入的輸入信號與該第二補(bǔ)償電壓的總和。
5.如權(quán)利要求4所述的線性乘法器電路，其中，該第一電壓電平約為該第二電壓電平的一半。
6.如權(quán)利要求4所述的線性乘法器電路，其中，該第一、第二、第三與第四晶體管具有相同的一閾值電壓，該第一補(bǔ)償電壓約為該第一電壓電平與該閾值電壓的總和，該第二補(bǔ)償電壓約為該閾值電壓。
7.一種方法，用以在一乘法器電路中，產(chǎn)生一第一及第二輸入信號的一乘積，包括下列步驟利用該第一及第二輸入信號以及一另外引入的輸入信號，產(chǎn)生一第一電流；利用該另外引入的輸入信號，產(chǎn)生一第二電流；利用該第一輸入信號以及該另外引入的輸入信號，產(chǎn)生一第三電流；利用該第二輸入信號以及該另外引入的輸入信號，產(chǎn)生一第四電流；以及利用該第一、第二、第三以及第四電流，產(chǎn)生一與該乘積呈比例關(guān)系的電流。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中產(chǎn)生與該乘積呈比例關(guān)系的電流的步驟，包括下列步驟定義一第一電流和，該第一電流和為該第一電流與該第二電流的總和；定義一第二電流和，該第二電流和為該第三電流與該第四電流的總和；定義一電流差，該電流差為該第一電流和與該第二電流和的差，其中，該電流差與該乘積呈比例關(guān)系。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該乘法器電路，包括一第一晶體管，具有一漏極、一源極、以及一柵極；一第二晶體管，具有一漏極、一源極、以及一柵極；一第三晶體管，具有一漏極、一源極、以及一柵極；以及一第四晶體管，具有一漏極、一源極、以及一柵極；其中，該第一、第二、第三、以及第四晶體管具有大致相等的閾值電壓，并且固定該第一、第二、第三、以及第四晶體管的漏極與源極間的電壓，以與柵極與源極間的電壓；該第一與第二晶體管的源極連接該第三與第四晶體管的漏極；該第一晶體管的柵極與源極間的電壓等于該第一輸入信號、該第二輸入信號、一另外引入的輸入信號、與該第一晶體管的閾值電壓的總和；該第二晶體管的柵極與源極間的電壓等于該另外引入的輸入信號、與該第二晶體管的閾值電壓的總和；該第三晶體管的柵極與源極間的電壓等于該第一輸入信號、該另外引入的輸入信號、與該第三晶體管的閾值電壓的總和；該第四晶體管的柵極與源極間的電壓等于該第二輸入信號、該另外引入的輸入信號、與該第四晶體管的閾值電壓的總和。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該乘法器電路，還包括一運(yùn)算放大器，具有一第一、第二輸入端、以及一輸出端，該第二輸入端連接該輸出端，該第一輸入端接收一第一電壓電平，用以固定該第一、第二晶體管的源極電壓、以及第三、第四晶體管的漏極電壓。
全文摘要
一種線性乘法器電路，包括第一至第四晶體管，它們的閾值電壓大體相等；固定第一至第四晶體管的漏極源極間的電壓，以與柵極與源極間的電壓，使第一、第二、第三及第四晶體管工作于飽和模式；第一與第二晶體管的源極連接第三與第四晶體管的漏極；第一晶體管的柵極源極間的電壓等于第一、第二輸入信號、另外引入的輸入信號與第一晶體管的閾值電壓的總和；第二晶體管的柵極與源極間的電壓等于另外引入的輸入信號、與第二晶體管的閾值電壓的總和；第三晶體管的柵極源極間的電壓等于第一輸入信號、另外引入的輸入信號、與第三晶體管的閾值電壓的總和；第四晶體管的柵極源極間的電壓等于第二輸入信號、另外引入的輸入信號與第四晶體管的閾值電壓的總和。
文檔編號G06G7/00GK1641678SQ20051000411
公開日2005年7月20日 申請日期2005年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月30日
發(fā)明者居維上 申請人:威盛電子股份有限公司