CN116865740B - 一种模拟乘法器电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及乘法器技术领域,公开了一种模拟乘法器电路，包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管和MOS管；在实际使用时，本发明流过第一晶体管的电流为输出电流，其为输入到第二晶体管的电流和从第四晶体管流出的电流的乘积在除以流过第三晶体管的电流，尽管从晶体管流过或者从晶体管流出的电流会受温度和工艺影响，但是在经过乘除运算后可以使输出电流不受温度和工艺的影响，从而使本发明具有极高的线性度；另外MOS管可以起到负反馈控制作用，可以使本发明的工作稳定性更高。

Description

一种模拟乘法器电路

技术领域

本发明涉及乘法器技术领域，具体涉及一种模拟乘法器电路。

背景技术

在集成电路的应用领域中，乘法器作为可以实现两个或者多个模拟量相乘的功能的基本计算单元，得到了广泛的应用。例如在功率因数校正芯片中，乘法器几乎是不可或缺的模块，通过乘法器的乘积属性可以实现输入电压和输入电流的同频同相跟随。

传统的模拟乘法器电路由于存在线性度第和失真度大等缺点，已经无法满足当前的应用。虽然吉尔伯特乘法器具有高精度和高速度的优点，但是其性能颇受工艺和温度的影响。因此需要一种能在提升线性度的同时，还能确保其性能不受限工艺和温度影响的模拟乘法器。

发明内容

鉴于背景技术的不足，本发明是提供了一种模拟乘法器电路，所要解决的技术问题是现有模拟乘法器不能同时满足高线性度和不受工艺与温度的影响。

为解决以上技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种模拟乘法器电路，包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管和MOS管；

所述第三晶体管的第一连接端、第四晶体管的第一连接端和MOS管的第一连接端被配置于电源电连接；

所述第三晶体管的第二连接端分别与第四晶体管的第二连接端、MOS管的第三连接端和基准电流源电连接；

所述第三晶体管的第三连接端与第一晶体管的第二连接端电连接，所述第四晶体管的第三连接端与第二晶体管的第二连接端电连接；

所述第一晶体管的第三连接端分别与第二晶体管的第三连接端、第五晶体管的第一连接端和第五晶体管的第二连接端电连接，所述第五晶体管的第三连接端接地；

所述第一晶体管的第一连接端被配置于输入第一电流，所述第二晶体管的第一连接端被配置于输入第二电流，且与MOS管的第二连接端电连接。

在某种实施方式中，所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管和第五晶体管均为NPN型的三极管；三极管的集电极为晶体管的第一连接端，三极管的基极为晶体管的第二连接端，三极管的发射极为晶体管的第三连接端；

所述MOS管为NMOS管，所述MOS管的漏极为MOS管的第一连接端，所述MOS管的栅极为MOS管的第二连接端，所述MOS管的源极为MOS管的第三连接端。

在某种实施方式中，所述第三晶体管的第三连接端与第二基准电流源电连接，所述第二基准电流源用于产生从第三晶体管的第一连接端流向第三晶体管的第三连接端的第三电流。

在某种实施方式中，所述第二晶体管的第一连接端还与第一电压电流转换单元电连接，所述第一电压电流转换单元基于输入的电压产生输入到第二晶体管的第二电流。

在某种实施方式中，所述第一电压电流转换单元包括比较器AMP1、MOS管N1、电阻R1和第一电流镜，所述比较器AMP1的正输入端用于输入电压VA，所述比较器AMP1的负输入端分别与电阻R1一端和MOS管N1的源极电连接，电阻R1另一端接地，比较器AMP1的输出端与MOS管N1的栅极电连接，MOS管N1的漏极与第一电流镜的主支路电连接，第一电流镜的从支路与第二晶体管的第一连接端电连接。

在某种实施方式中，所述第一电流镜的主支路包括MOS管P1，所述第一电流镜的从支路包括MOS管P2，所述MOS管P1的源极和MOS管P2的源极电连接，被配置于输入电源，所述MOS管P1的栅极分别与MOS管P2的栅极、MOS管P1的漏极和MOS管N1的漏极电连接，所述MOS管P2的漏极与第二晶体管的第一连接端电连接。

在某种实施方式中，所述第四晶体管的第三连接端还与第二电压电流转换单元电连接，所述第二电压电流转换单元用于产生从第四晶体管的第一连接端流向第四晶体管的第三连接端的第四电流。

在某种实施方式中，所述第二电压电流转换单元包括比较器AMP2、电阻R2、MOS管N2、第二电流镜和第三电流镜；所述比较器AMP2的正输入端用于输入电压VB，所述比较器AMP2的负输入端分别与电阻R2一端和MOS管N2的源极电连接，电阻R2另一端接地，比较器AMP2的输出端与MOS管N2的栅极电连接，MOS管N2的漏极与第二电流镜的主支路电连接，第二电流镜的从支路与第三电流镜的主支路电连接，所述第三电流镜的从支路与所述第四晶体管的第三连接端电连接。

在某种实施方式中，所述第二电流镜的主支路包括MOS管P3，所述第二电流镜的从支路包括MOS管4，所述MOS管P3的源极和MOS管P4的源极电连接，被配置于输入电源，所述MOS管P3的栅极分别与MOS管P4的栅极、MOS管P3的漏极和MOS管N2的漏极电连接，所述MOS管P4的漏极与第三电流镜的主支路电连接。

在某种实施方式中，所述第三电流镜的主支路包括MOS管N3，所述第三电流镜的从支路包括MOS管N4，MOS管N3的漏极分别与MOS管P4的漏极、MOS管N3的栅极和MOS管N4的栅极电连接，MOS管N3的源极和MOS管N4的源极均接地，MOS管N4的漏极与所述第四晶体管的第三连接端电连接。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：本发明流过第一晶体管的电流为输出电流，其为输入到第二晶体管的电流和从第四晶体管流出的电流的乘积在除以流过第三晶体管的电流，尽管从晶体管流过或者从晶体管流出的电流会受温度和工艺影响，但是在经过乘除运算后可以使输出电流不受温度和工艺的影响，从而使本发明具有极高的线性度；另外MOS管可以起到负反馈控制作用，可以使本发明的工作稳定性更高。

附图说明

图1为本发明的乘法器电路的电路图；

图2为本发明的第一电压电流转换单元的电路图；

图3为本发明的第二电压电流转换单元的电路图。

具体实施方式

本申请的说明性实施例包括但不限于一种模拟乘法器电路。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在......时”或“当......时”或“响应于确定”。

如图1所示，一种模拟乘法器电路，包括第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5和MOS管N0；

第三晶体管Q3的第一连接端、第四晶体管Q4的第一连接端和MOS管N0的第一连接端被配置于电源电连接；

第三晶体管Q3的第二连接端分别与第四晶体管Q4的第二连接端、MOS管的第三连接端和基准电流源电连接；基准电流源用于产生流过MOS管N0的基准电流Ibias；基准电流Ibias用于为第三晶体管Q3和第四晶体管Q3提供偏置电位；

第三晶体管Q3的第三连接端与第一晶体管Q1的第二连接端电连接，第四晶体管Q4的第三连接端与第二晶体管Q2的第二连接端电连接；

第一晶体管Q1的第三连接端分别与第二晶体管Q2的第三连接端、第五晶体管Q5的第一连接端和第五晶体管Q5的第二连接端电连接，第五晶体管Q5的第三连接端接地；

第一晶体管Q1的第一连接端被配置于输入第一电流，第二晶体管Q2的第一连接端被配置于输入第二电流，且与MOS管的第二连接端电连接。

具体地，本实施例中，第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4和第五晶体管Q5均为NPN型的三极管；三极管的集电极为晶体管的第一连接端，三极管的基极为晶体管的第二连接端，三极管的发射极为晶体管的第三连接端；

MOS管N0为NMOS管，MOS管N0的漏极为MOS管N0的第一连接端，MOS管N0的栅极为MOS管N0的第二连接端，MOS管N0的源极为MOS管N0的第三连接端。

将从第三晶体管Q3流出的电流作为第三电流I3，将从第四晶体管Q4流出的电流作为第四电流I4，将输入到第一晶体管Q1的电流作为第一电流I1，将输入到第二晶体管Q2的电流作为第二电流I2，对图1所示电路进行分析，具体如下：

对于第一电流I1和第二电流I2：

将I1除I2可以得到：

对于第三电流I3和第四电流I4：

将I3除I4可以得到：

将（I1/I2）*（I3/I4）可以得到：

从图1电路可以得到，第一晶体管Q1的BE结电压加上第三晶体管Q3的BE结电压等于第二晶体管Q2的BE结电压加上第四晶体管Q4的BE结电压。因此上述公式可以变换为：

故：

。

从本发明的推导公式可以得到，在本发明的四路电流即第一电流I1至第四电流I4中，即使没路电流受工艺和温度影响，但是在经过乘除运算后，输出的第一电流不再受三极管的Vbe、VT和Is等参数的影响，即本发明的输出电流不受工艺和温度的影响，使得本发明具有极高的线性度。

另外在图1中，MOS管N0用于形成负反馈结构，其中当MOS管N0的栅极电压上升会导致MOS管N0的源极（第四晶体管Q4的基极）电压上升，进而导致第四晶体管Q4的发射极（第二晶体管Q2的基极）电压上升，最终导致第二晶体管Q2的集电极（MOS管N0的栅极）电压下降，由此形成负反馈结构，从而使得本发明的乘法器结构工作稳定可靠。

具体地，本实施例中，第三晶体管Q3的第三连接端与第二基准电流源电连接，第二基准电流源用于产生从第三晶体管Q3的第一连接端流向第三晶体管Q3的第三连接端的第三电流I3。

具体地，本实施例中，第二晶体管Q2的第一连接端还与第一电压电流转换单元电连接，第一电压电流转换单元基于输入的电压产生输入到第二晶体管Q2的第二电流I2。

如图2所示，本实施例中，第一电压电流转换单元包括比较器AMP1、MOS管N1、电阻R1和第一电流镜1，比较器AMP1的正输入端用于输入电压VA，比较器AMP1的负输入端分别与电阻R1一端和MOS管N1的源极电连接，电阻R1另一端接地，比较器AMP1的输出端与MOS管N1的栅极电连接，MOS管N1的漏极与第一电流镜1的主支路10电连接，第一电流镜1的从支路11与第二晶体管Q2的第一连接端电连接。

另外第一电流镜1的主支路10包括MOS管P1，第一电流镜1的从支路11包括MOS管P2，MOS管P1的源极和MOS管P2的源极电连接，被配置于输入电源，MOS管P1的栅极分别与MOS管P2的栅极、MOS管P1的漏极和MOS管N1的漏极电连接，MOS管P2的漏极与第二晶体管Q2的第一连接端电连接。

具体地，本实施例中，第四晶体管Q4的第三连接端还与第二电压电流转换单元电连接，第二电压电流转换单元用于产生从第四晶体管Q4的第一连接端流向第四晶体管Q4的第三连接端的第四电流I4。

如图3所示，本实施例中，第二电压电流转换单元包括比较器AMP2、电阻R2、MOS管N2、第二电流镜2和第三电流镜3；比较器AMP2的正输入端用于输入电压VB，比较器AMP2的负输入端分别与电阻R2一端和MOS管N2的源极电连接，电阻R2另一端接地，比较器AMP2的输出端与MOS管N2的栅极电连接，MOS管N2的漏极与第二电流镜2的主支路20电连接，第二电流镜2的从支路21与第三电流镜3的主支路30电连接，第三电流镜3的从支路31与第四晶体管Q4的第三连接端电连接。

另外，第二电流镜2的主支路20包括MOS管P3，第二电流镜2的从支路21包括MOS管4，MOS管P3的源极和MOS管P4的源极电连接，被配置于输入电源，MOS管P3的栅极分别与MOS管P4的栅极、MOS管P3的漏极和MOS管N2的漏极电连接，MOS管P4的漏极与第三电流镜3的主支路30电连接。

另外，第三电流镜3的主支路30包括MOS管N3，第三电流镜3的从支路31包括MOS管N4，MOS管N3的漏极分别与MOS管P4的漏极、MOS管N3的栅极和MOS管N4的栅极电连接，MOS管N3的源极和MOS管N4的源极均接地，MOS管N4的漏极与第四晶体管Q4的第三连接端电连接。

结合图2和图3具体分析，假设第一电流镜1的主支路10和从支路11的比例为1:1，第二电流镜2的主支路20和从支路21的比例为1:1，第三电流镜3的主支路30和从支路31的比例为1:1；

则第二电流I2还可以表示为：

第四电流I4还可以表示为：

因此输出的第一电流I1的公式还可以表示为：

其中，R1、R2和I3均为常数，因此本发明乘法器的输出为两个电压信号的乘积。需要注意的是，第一电流镜1、第二电流镜2和第三电流镜3的比例可以依据实际需求调整。

另外如果第二电流I2也为固定的偏置电流源，则输出的第一电流I1为第四电流I4与第三电流I3的除法运算。因此本发明可灵活应用于乘除运算。另外整体电路结构简单，在实际制作时版图上两组对管极易匹配，易于实现，其中第一晶体管Q1和第二晶体管Q2为一组对管，第三晶体管Q3和第四晶体管Q4为一组对管。

上述依据本发明为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种模拟乘法器电路，其特征在于，包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管和MOS管；

所述第三晶体管的第一连接端、第四晶体管的第一连接端和MOS管的第一连接端被配置于电源电连接；

所述第三晶体管的第二连接端分别与第四晶体管的第二连接端、MOS管的第三连接端和基准电流源电连接；所述基准电流源用于产生流过MOS管的基准电流Ibias；所述第三晶体管的第三连接端与第二基准电流源电连接；

所述第三晶体管的第三连接端与第一晶体管的第二连接端电连接，所述第四晶体管的第三连接端与第二晶体管的第二连接端电连接；所述第四晶体管的第三连接端还与第二电压电流转换单元电连接，所述第二电压电流转换单元包括比较器AMP2、电阻R2、MOS管N2、第二电流镜和第三电流镜；

所述第一晶体管的第三连接端分别与第二晶体管的第三连接端、第五晶体管的第一连接端和第五晶体管的第二连接端电连接，所述第五晶体管的第三连接端接地；

所述第一晶体管的第一连接端被配置于输入第一电流，所述第二晶体管的第一连接端被配置于输入第二电流，且与MOS管的第二连接端电连接；所述第二晶体管的第一连接端还与第一电压电流转换单元电连接；所述第一电压电流转换单元包括比较器AMP1、MOS管N1、电阻R1和第一电流镜；

所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管和第五晶体管均为NPN型的三极管；三极管的集电极为晶体管的第一连接端，三极管的基极为晶体管的第二连接端，三极管的发射极为晶体管的第三连接端；

所述MOS管为NMOS管，所述MOS管的漏极为MOS管的第一连接端，所述MOS管的栅极为MOS管的第二连接端，所述MOS管的源极为MOS管的第三连接端。

2.根据权利要求1所述的一种模拟乘法器电路，其特征在于，所述第二基准电流源用于产生从第三晶体管的第一连接端流向第三晶体管的第三连接端的第三电流。

3.根据权利要求1所述的一种模拟乘法器电路，其特征在于，所述第一电压电流转换单元基于输入的电压产生输入到第二晶体管的第二电流。

4.根据权利要求3所述的一种模拟乘法器电路，其特征在于，所述比较器AMP1的正输入端用于输入电压VA，所述比较器AMP1的负输入端分别与电阻R1一端和MOS管N1的源极电连接，电阻R1另一端接地，比较器AMP1的输出端与MOS管N1的栅极电连接，MOS管N1的漏极与第一电流镜的主支路电连接，第一电流镜的从支路与第二晶体管的第一连接端电连接。

5.根据权利要求4所述的一种模拟乘法器电路，其特征在于，所述第一电流镜的主支路包括MOS管P1，所述第一电流镜的从支路包括MOS管P2，所述MOS管P1的源极和MOS管P2的源极电连接，被配置于输入电源，所述MOS管P1的栅极分别与MOS管P2的栅极、MOS管P1的漏极和MOS管N1的漏极电连接，所述MOS管P2的漏极与第二晶体管的第一连接端电连接。

6.根据权利要求1所述的一种模拟乘法器电路，其特征在于，所述第二电压电流转换单元用于产生从第四晶体管的第一连接端流向第四晶体管的第三连接端的第四电流。

7.根据权利要求6所述的一种模拟乘法器电路，其特征在于，所述比较器AMP2的正输入端用于输入电压VB，所述比较器AMP2的负输入端分别与电阻R2一端和MOS管N2的源极电连接，电阻R2另一端接地，比较器AMP2的输出端与MOS管N2的栅极电连接，MOS管N2的漏极与第二电流镜的主支路电连接，第二电流镜的从支路与第三电流镜的主支路电连接，所述第三电流镜的从支路与所述第四晶体管的第三连接端电连接。

8.根据权利要求7所述的一种模拟乘法器电路，其特征在于，所述第二电流镜的主支路包括MOS管P3，所述第二电流镜的从支路包括MOS管4，所述MOS管P3的源极和MOS管P4的源极电连接，被配置于输入电源，所述MOS管P3的栅极分别与MOS管P4的栅极、MOS管P3的漏极和MOS管N2的漏极电连接，所述MOS管P4的漏极与第三电流镜的主支路电连接。

9.根据权利要求8所述的一种模拟乘法器电路，其特征在于，所述第三电流镜的主支路包括MOS管N3，所述第三电流镜的从支路包括MOS管N4，MOS管N3的漏极分别与MOS管P4的漏极、MOS管N3的栅极和MOS管N4的栅极电连接，MOS管N3的源极和MOS管N4的源极均接地，MOS管N4的漏极与所述第四晶体管的第三连接端电连接。