Аналоговое множительное устройство

 

<оюэ <оветсиик

Социалистичесиик

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (>932506 (б1) Дополнительное к авт. свид-ву(22)Заявлено 10.12 ° 79 (21) 2869189/18 2q с присоединением заявки щ (2З) Приоритет

Опубликовано 30 ° 05 82. Бюллетень рГе 20 дата опубликования описания 01.06 82 (5I)M. Кл.

4 06 Q 7/16

@вударст авай комитет

СССР по делам вэобретений н впрытвй (5 ) УДК 681. 335 (088.8) «»»

1 а

$ (72) Авторы изобретения

В. Н. Галкин и В. А. Пикулев i

Ленинградский ордена Ленина электрот чй=кий институт нм. B. И. Улняноаа (Ленйдй3 (71) Заявитель

{54) АНАЛОГОВОЕ МНОЖИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в радиотехнических устройствах различного назначения, в частности в детекторах, и как самостоятельная интегральная микросхема (ИМС) .

Известны умножители на биполярных транзисторах, широко используемые как самостоятельные микросхемы и как узлы различных микросхем.

Получили распространение умножители на МДП-транзисторах, имеющие ряд характеристик лучше, чем умножители на биполярных транзисторах. Эти устройства используются и как самостоя15 тельные узлы (1) .

Недостатком их является низкая точность умножения.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является множительное устройство, содержащее четыре одинаковых умножающих МДП-транзистора и два нагрузочных МДП-транзистора, затворы умножающих МДП-транзисторов являются первым входом устройства, попарно объединенные истоки умножающих МДП-транзисторов подключены к стокам опорных МДП-транзисторов, затворы которых являются вторым sxoдом устройства, стоки умножающих транзисторов подключены к истокам соответствующих нагрузочных МДП-транзисторов и является выходом устройства, затворы и стоки нагрузочных МДПтранзисторов объединены и подключены к первой шине питания, истоки опорных

МДП-транзисторов объединены и подключены к выходу стабилизатора тока, образованного двумя усилительными и двумя нагрузочными МДП-транзисторами..

Входы стабилизатора тока подключены к соответствующим шинам питания P2).

Недостатком этого устройства является низкая точность умножения, обусловленная недостаточно хорошей линейностью характеристики и невысоким подавлением синфазных помех, а также небольшой диапазон изменения

3 93250 сигналов, обусловленный недостаточным коэффициентом умножения.

Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона изменения входных сигналов. 5

Поставленная цель достигается тем, что в аналоговое множительное устройство, содержащеее четыре умножающих

МДП-транзистора одного типа проводимости, два опорных МДП-транзистора >р того же типа проводимости и два нагрузочных МДП-транзистора, истоки первого и второго умножающих МДП-транзисторов объединены и подключены к стоку первого опорного МДП-транзистора, истоки третьего и четвертого умножающих МДП-транзисторов объединены и подключены к стоку второго опорного

МДП-транзистора, затворы первого и четвертого умножающих МДП-транзисторов объединены и подключены к первой входной шине устройства, затворы второго и третьего умножающих МДП-транзисторов объединены и подключены ко второй входной шине устройства, первая и вторая входные шины являются первым входом устройства, затворы первого и второго опорных МДП-транзисторов являются вторым входом устройства, стоки первого и .третьего умножающих МДП-транзисторов объединены и подключены к первой выходно" шине устройства и к стоку первого нагрузочного МДП-транзистора, стоки второго и четвертого умножающих МДПтранзисторов объединены и подключены

35 к второй выходной шине устройства и, к стоку второго нагрузочного транзистора, первая и вторая выходные шины являются выходом устройства, затво40 ры первого и второго нагрузочных

МДП-транзисторов объединены, стоки первого и второго нагрузочных МДПтранзисторов объединены и подключены к первой шине питания, два усилительных ИДП- транзистора, третий и четвертый нагрузочные МДП-транзисторы, затворы третьего и четвертого нагрузочных ИДП-транзисторов и сток третьего нагрузочного МДП-транзистора объединены и подключены к первой шине питания, исток третьего нагрузочного МДП-транзистора, сток первого усилительного МДП-транзистора и затвор второго усилительного МДП-транзистора объединены, исток второго усилительного МДП-транзистора, сток четвертого нагруэочного МДП-транзистора и затвор первого усилительного

6 а

МДП-транзистора объединены, истоки первого усилительного и четвертого нагрузочных МДП-транзисторов объединены и подключены ко второй шине питания, сток второго усилительного

МДП-транзистора и истоки первого и второго опорных МДП-транзисторов объединены, введены третий и четвертый усилительные МДП-транзисторы и пятый, шестой и седьмой нагрузочные

МДП-транзисторы, первый и второй нагрузочные ИДП-транзисторы имеют тип проводимости, противоположный типу проводимости умножающих МДПтранзисторов, стоки третьего и четветого усилительных ИДП-транзисторов объединены и подключены к первой шине питания затворы соответственно подключены к стокам третьего и четвертого умножающих МДП-транзисторов, а исток подключен к объединенным стоку и затвору седьмого нагрузочного

МДП-транзистора и к затворам nepsoro и второго нагрузочных МДП-транзисторов, затвор пятого нагрузочного МДПтранзистора, сток и затвор шестого нагруэочного МДП-транзистора и исток седьмого нагрузочного МДП-транзистора объединены, сток и исток пятого нагруэочного МДП-транзистора подклю мены соответственно к стоку и истоку четвертого нагрузочного МДП-транзистора.

На чертеже приведена принципиальная схема аналогового. множительного устройства.

Аналоговое множительное устройство содержит четыре умножающих МДПтранзистора 1-4, два опорных МДПтранзистора 5 и 6, нагрузочные МДПтранзисторы 7 и 8, усилительные МДПтранзисторы 9 и 10, нагруж>чные МДПтранзисторы 11 и 12, МДП-транзисторы

9- 12 образуют двухвходовый повторитель, усилительный МДП-транзистор 13, нагрузочные МДП-транзисторы 14-16, усилительный транзистор 17, МДП-транзисторы 13-17 образуют токостабилиэатор.

На чертеже также обозначены первая 18 и вторая 19 входные шины, обраэующие первый вход устройства, третья 20 и четвертая 21 входные шины, образующие второй вход устройства, первая 22 и вторая 23 шины питания, первая 24 и вторая 25 выходные шины, образующие выход. устройства.

Аналоговое множительное устройство работает следующим образом.

9325

Характеристика тока стока МДПтранзистора в режиме насыщения имеет вид

2 c=» Р(" ьн "зи пор1 I, где P —; Ugg - напряжение смещения затвор-исток;

Ugg happ - пороговое напряжение.

Если на входы устройства подать два парафазных сигнала: на вх. 1

U4t на вх. 1 -Uq и соответственно на вх. 2 U2s íà sx. 2Ц -U2, то поI лучим ток в каждом нагрузочном плече

1иагр = AU, +Вцп+СЦ У2+%2+ЕЦ2+Г, (2)

1 где коэффициенты А, В, С, D Е, à — 15 функции от удельных крутизн МДП-транзисторов 1,1,5,7,8,13,14 и 15 соответственно и напряжений смещений на их затворах U,, i = 1,1,5,7,8,13, 14,15. и

Полезным сигналом будет составляющая С Ug Ug где С - коэффициент умножения; BU1 и EUg — остаточные напряжения - нежелательные сигналы перем-. ножения; AU< и П1 — нелинейные иска- р5 жения, также нежелательные составляющие.; F - постоянная составляющая то" ка. Составляющие ВБ,1 u EQ на выходе противофазны и подавление их можно

"осуществить только балансом схемы, который состоит в одинаковости удельных крутизн ИДП-транзисторов 1,2 и

14,15 между собой т.е. P, = Pi< =

= ц =, их смещений на затво" " н4 ЦМ " И Н "ЗИб а также пороговых напряжений; ба.ланс также требует (37 Pg ф Цщ7

Us>g p UsNg0p7 = 1 5н пор9 Р(3 = Рвт

"мв = "мв "зи ор э = " изморе °

Таким образом, степень достижения баланса зависит от качества технологии

1,возможность создания строго идентичных .структур) и тем самым определяется степень подавления остаточных напряжений перемножителя. Составляющее

AU u DU на выходе синфазны и зависят от свойств устройства подавлять синфазные помехи. Напряжение на выходе устройства и коэффициент умножения определяется величиной сопротив50 лений в нагрузке плеч. Имеем 9яХ нагр нс(гр (3) и линейность умножителя определяется линейностью нагрузки. В прототипе имеем

lear(s s(s(Рs(s(l" sss(s("esm "seneps(s()s(4(При тех же параметрах нагрузочных транзисторов, что и в прототипе

Оо 6 (геометрических размерах, токе стока и потенциалах смещения на затворах), величина 1/Е нагр (формула 4) будет значительно больше, чем в прототипе, так как она будет определяться величиной дифференцильного выходного сопротивления R<> = 1/Ggg нагрузочных транзисторов, а не их крутиз- ной. 4(з вестно, что си поэтому коэффициент умножения будет больше. поскольку величина G I4 значительно меньше зависит от 0ВцХ, чем крутизна S, то предлагаемое устройство будет обладать большей линейностью. Однако такое включение нагрузочных МДП-транзисторов и следующие из этого включения преимущества можно реализовать при включении их затворов на выход двухвходового повтори-. теля, затворы усилительных МДП-транзисторов которого подключены к разным выходным шинам устройства, а выход повторителя - к затвору одного из нагрузочных МДП-транзисторов токостабилизатора.

Включение в устройство повторителя указанным способом уменьшает нестабильность и одновременно увеличива-. ет подавление синфазных помех по срав" нению с прототипом.

Подавление синфазных помех (или— что то же самое - стабилизация потенциалов), возникших на выходных шинах вых. l и вых. 2 устройства, происходит под действием двух петель отрицательной обратной связи, перваячерез входы повторителя и затворы нагрузочных МДП-транзисторов, вторая - через входы повторителя и затвор токостабилизатора (17). Эффекты от действия этих петель суммируются и подавление синфазных помех больше, чем в прототипе, в котором петли обратной связи отсутствуют вовсе.

Преимуществом предлагаемого множительного устройства по сравнению с известным является использование в нагрузке умножающих транзисторов

МДП-транзисторов с противоположным типом проводимости и повторителя, так как улучшаются его основные ха" рактеристики: коэффициент умножения, линейность,.подавление синфазных помех, что приводит к значительно повышенной точности и расширяет динамическйй диапазон входных сигналов.

Формула изобретения

9325

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гребен А. Б. Проектирование аналоговых интегральных схем. М., "Мир", 1976.

2. Патент США h" 3956643,кл.235-194, опублик. 11.05.76 (прототип).

Аналоговое множительное устройство, содержащее четыре умножающих МДП-транзистора одного типа проводимости, два опорных МДП-транзистора того же типа проводимости и два нагрузочных МДПтранзистора, истоки первого и второго умножающих МДП-транзисторов объеди нены и подключены к стоку первого опор- 10 ного МДП-транзистора, истоки третьего и четвертого умножающих МДП-транзисторов объединены и подключены к стоку второго опорного МДП-транзистора, затворы первого и четвертого ум- 1s ножающих МДП-транзисторов объединены и подключены к первой входной шине устройства, затворы второго и третьего умножающих МДП-транзисторов объединены и подключены к второй

20 входной шине устройства, первая и вторая входные шины являются первым входом устройства, затворы первого и второго опорных МДП-транзисторов являются вторым входом устройства, сто- у5 ки первого и третьего умножающих

МДП-транзисторов объединены и подключены к первой выходной шине устройства и к стоку первого нагрузочного МДП"транзистора, стоки второго и четвертого умножающих МДП-транзисторов объединены и подключены к второй выходной шине устройства и к стоку второго нагрузочного транзистора, первая и вторая выходные шины являются вы35 ходом устройства, затворы первого и второго нагрузочных МДП-транзисторов объединены, стоки первого и второго нагрузочных МДП-транзисторов объединеподключены к nepBDH шине питания 40 два усилительных МДП-транзистора, третий и четвертый нагрузочные МДПтранзисторы, затворы третьего и четвертого нагрузочных МДП-транзисторов и сток третьего нагрузочного МДПтранзистора объединены и подключены к первой шине питания, исток третьего нагрузочного МДП-транзистора, сток первого усилительного МДП-тран1

06 8 зистора и затвор усилительного МДПтранзистора объединены, исток второго усилительного МДП-транзистора, сток четвертого нагруэочного МДПтранзистора и затвор первого усилительного МДП-транзистора объединены, истоки первого усилительного и четвертого нагрузочных МДП-транзисторов объединены и подключены к второ" шине питания, сток второго усилительного МДП-транзистора и истоки первого и второго опорных МДП-транзисторов объединены, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности и расширения динамического диапазона входных сигналов, в него введены третий и четвертый усилительные МДП-транзисторы и пятый, шестой и седьмой нагрузочные МДП-транзисторы, первый и второй нагрузочные МДПтранзисторы имеют тип проводимости, противоположный типу проводимости умножающих МДП-транзисторов, стоки третьего и четвертого усилительных

МДП- транзисторов объединены и подключены к первой шине питания, затворы соответственно подключены к стокам третьего и.четвертого умножающих

МДП-транзисторов, а исток подключен . к объединенным стоку и затвору седьмого нагрузочного МДП-транзистора и к затворам первого и второго нагрузочных МДП-транзисторов, затвор пятого нагрузочного МДП-транзистора, сток и затвор шестого нагруэочного МДПтранзистора и исток седьмого нагрузочного МДП-транзистора объединены, сток исток пятого нагрузочного МДП-транзистора подключены соответственно к стоку и истоку четвертого нагруэочного

МДП-транзистора.

932506

"И.h Л

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Т. Сапунова

Реоактор И. Ткач Техреду 3. фанта Корректор Л. Бокшан

Заказ 3786/70 Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11 8 Иосква Ж-3 Ра шская наб. ц. 4/5