專利名稱：模擬乘法電路和可變增益放大電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及模擬乘法電路和可變增益放大電路。具體地講，本發(fā)明涉及一種使無線電設(shè)備的調(diào)制/解調(diào)電路中的兩個(gè)模擬信號相乘以對相乘的模擬信號進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換的模擬乘法電路，還涉及一種可變增益放大電路。
最近，無線電設(shè)備當(dāng)中使用了大量用于處理高頻(射頻)信號的電路，特別地，這些無線電設(shè)備中采用了大量的如放大器和頻率轉(zhuǎn)換器的電路。另一方面，工作這些電路所需的電源電壓也逐步降低。例如，幾年前，電源電壓VCC通常選4.8V。在當(dāng)前的無線電設(shè)備中，電源電壓VCC通常選2.6V。
圖9是由雙極晶體管構(gòu)成的常規(guī)雙均衡型模擬乘法電路(吉爾伯特單元混頻器(Gilbert cell mixer))的電路圖。在此模擬乘法電路中，第一模擬差動信號V1P和V1N分別施加到采用晶體管Q1到Q4的兩組差動對(differentialpairs)Q1-Q2和Q3-Q4中的晶體管Q2和Q3的共基極及Q1和Q4的共基極上。晶體管Q1的集電極連接到晶體管Q3的集電極上以形成一個(gè)輸出端VOP，晶體管Q2的集電極連接到晶體管Q4的集電極上以形成一個(gè)輸出端VON。并且這些集電極又通過負(fù)載電阻R1和R2連接到電源電壓VCC上。晶體管Q5和Q6的集電極分別連接到差動對Q1-Q2的發(fā)射極和差動對Q3-Q4的發(fā)射極上。第二模擬差動信號V2p和V2n分別施加到晶體管Q5和Q6的基極上。晶體管Q5的發(fā)射極和晶體管Q6的發(fā)射極分別連接到晶體管Q7的集電極和晶體管Q8的集電極上，構(gòu)成了一個(gè)電流值為Ics的電流源。一個(gè)能夠線性化第二模擬信號輸入單元的反饋電阻Re連接在晶體管Q5和Q6的發(fā)射極之間。偏壓Vb施加到晶體管Q7和Q8的基極上。
現(xiàn)在假定晶體管Q5基極-發(fā)射極間的電壓為Vbe5，并且晶體管Q6基極-發(fā)射極間的電壓為Vbe6，則構(gòu)成第一差動放大器的晶體管Q5的輸出電流I3和晶體管Q6的輸出電流I4分別用下面的公式(1)和(2)表示I3＝ICS＋(V2p－V2n－Vbe5＋Vbe6)/Re…(1)I4＝ICS－(V2p－V2n－Vbe5＋Vbe6)/Re…(2)結(jié)果輸出電流2*ΔI＝I3－I4可以用下面的公式(3)表示2*ΔI＝I3－I4
＝2*(V2p－V2n－Vbe5＋Vbe6)/Re＝2*{V2p－V2n＋Vt*In(I4/I3)}/Re…(3)注意，假設(shè)晶體管Q5和Q6基極和發(fā)射極之間的電壓為Vbe5＝Vt*In(I3/Is)，Vbe6＝Vt*In(I4/Is)此外，假設(shè)流經(jīng)負(fù)載電阻R1的電流是I1，流經(jīng)負(fù)載電阻R2的電流是I2，并且符號Vt表示熱電壓，則如果基極電流忽略不計(jì)，差動輸出I1-I2可以用下面給出的公式(4)表示I1－I2＝2*ΔI*tan h{(V1p－V1n)/2Vt}＝2*{V2p－V2n＋Vt*In(I4/I3)}/Re*tan h{(V1p－V1n)/2Vt}…(4)此外，當(dāng)V1p－V1n＜＜Vt時(shí)，下述公式可以化簡為tan h{(V1p－V1n)/2Vt}＝(V1p－V1n)/2Vt然后，如下面的公式(5)所示，兩個(gè)信號相乘I1－I2＝2*{(V2p－V2n)＋Vt*In(I4/I3)}/Re*(V1p－V1n)/2Vt…(5)在圖6所示的常規(guī)電路中，晶體管的縱性疊加級總數(shù)為3級。因此，在使用雙極硅晶體管的情況下所需的最小電源電壓Ucc(最小)必須大于或等于2.6V，以便使晶體管基極和發(fā)射極之間電壓以及輸入/輸出信號的幅值電壓由于電源電壓Vcc(最小)安全可靠。
然而，當(dāng)電源電壓低于或等于2.6V時(shí)，常規(guī)模擬乘法電路無法工作，所以常規(guī)的模擬乘法電路有這樣的問題，即這種模擬乘法電路無法用于當(dāng)前的電源電壓為2.6V的無線電設(shè)備。
本發(fā)明用來解決上述問題，因此本發(fā)明的目的在于提供一種能在低于或等于2.6V的低電源電壓下按高線性狀態(tài)工作的模擬乘法電路。
為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的模擬乘法電路的特征在于，它包括由第一晶體管和第二晶體管構(gòu)成的第一差動對，它們的發(fā)射極互相連接在一起；由第三晶體管和第四晶體管構(gòu)成的第二差動對，它們的發(fā)射極互相連接在一起；連接到第二和第三晶體管共連基極上的第一輸入端；連接到第一和第四晶體管共連基極上的第二輸入端；連接到第一和第三晶體管的共連集電極上的第一輸出端；連接到第二和第四晶體管的共連集電極上的第二輸出端；連接在第一輸出端和電源之間的第一電阻；連接在輸出端和電源之間的第二電阻；集電極連接到第一差動對的共連發(fā)射極上的第五晶體管；集電極連接到第二差動對的共連發(fā)射極上的第六晶體管；連接在第五晶體管的發(fā)射極和地之間的第三電阻；連接在第六晶體管的發(fā)射極和地之間的第四電阻；連接到第五晶體管基極上的第一輸入裝置；以及連接到第六晶體管基極上的第二輸入裝置；其中第一輸入裝置配置有第一電流發(fā)生裝置、由第五晶體管和第七晶體管構(gòu)成的第一電流鏡裝置、連接在第七晶體管的發(fā)射極和地之間的第五電阻，以及連接到第七晶體管發(fā)射極上的第三輸入端；第二輸入裝置配置有第二電流發(fā)生裝置、由第六晶體管和第八晶體管構(gòu)成的第二電流鏡裝置、連接在第八晶體管的發(fā)射極和地之間的第六電阻；連接到第八晶體管的發(fā)射極上的第四輸入端。由于采用了這樣一種電路設(shè)計(jì)，模擬乘法電路能夠在低電源電壓情況下工作。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的模擬乘法電路的電路圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的可變增益放大電路的電路圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的模擬乘法電路的電路圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的可變增益放大電路的電路圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的模擬乘法電路的電路圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的可變增益放大電路的電路圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的模擬乘法電路的電路圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的可變增益放大電路的電路圖。
圖9是常規(guī)模擬乘法電路的電路圖。
參考圖1到圖8，對本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
(第一個(gè)實(shí)施例)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例是其中配置有電流鏡電路的輸入電路設(shè)置在吉爾伯特單元型乘法電路當(dāng)中的模擬乘法電路，晶體管的縱向疊加級總數(shù)選為2級。
圖1的電路圖所示的是根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的模擬乘法電路。應(yīng)當(dāng)注意，此模擬乘法電路中可以用相同的標(biāo)號來表示與已有技術(shù)相同的操作/功能元件。在圖1中，第一模擬差動信號V1p和第一模擬差動信號V1n分別施加到由晶體管Q1到Q4構(gòu)成的兩組差動對Q1-Q2和Q3-Q4的基極上。晶體管Q1的集電極連接到晶體管Q3的集電極上，形成一輸出端Vop，晶體管Q2的集電極連接到晶體管Q4的集電極上，形成一輸出端Von。這些集電極通過負(fù)載電阻R1和R2連接到電源電壓Vcc上。晶體管Q5和Q6的集電極分別連接到差動對Q1-Q2和差動對Q3-Q4的發(fā)射極上。
晶體管Q11和Q12的發(fā)射極分別通過電阻R11和R13接地。晶體管Q11和Q12的基極分別連接到輸入電路101和另一輸入電路102上。輸入電路101和輸入電路102由電流源Ics1和Ics2、晶體管Q12和Q14、電阻R12和R14構(gòu)成。還假設(shè)電流源Ics1或電流源Ics2的電流選為“Ics”。晶體管Q12和Q14的發(fā)射極形成輸入端V1p和另一輸入端V1n，并且通過電阻R12和另一電阻R14接地。晶體管Q12和Q11構(gòu)成一個(gè)電流鏡電路，晶體管Q13和Q14構(gòu)成一個(gè)電流鏡電路。這些晶體管Q12/Q11/Q13/Q14的功能是設(shè)置晶體管Q11和Q13偏壓以傳輸輸入信號。
參考圖1，對根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的、采用上述電路結(jié)構(gòu)的模擬乘法電路的操作進(jìn)行描述。首先對輸入電路101和輸入電路102的操作進(jìn)行描述。輸入電路101和輸入電路102由晶體管Q11和Q12組成的電流鏡電路以及由晶體管Q13和Q14組成的電流鏡電路構(gòu)成。這些電流鏡電路設(shè)置了晶體管Q11和Q13偏置電流。
在輸入端V1p和V1n沒有輸入信號的情況下，假設(shè)晶體管的電流放大倍數(shù)“hfe”非常大，則流經(jīng)晶體管Q11和Q13的電流Ics，晶體管Q11的偏置電流I13和晶體管Q14的偏置電流I14的之間關(guān)系可以用下面的公式(6)和(7)來表示Ics*R12＋Vt*In(Ics/Is)＝I13*R11＋Vt*In(I13/Is)…(6)Ics*R14＋Vt*In(Ics/Is)＝I14*R13＋Vt*In(I14/Is)…(7)另外，當(dāng)信號輸入到輸入端V1p和V1n時(shí)，由于流經(jīng)晶體管Q12和Q14的集電極電流由電流源Ics來決定，所以晶體管Q12和Q14起到緩沖器的作用。這時(shí)輸入端V2p的輸入阻抗變成晶體管Q12動態(tài)電阻re12和電阻R12之間的并聯(lián)阻抗，輸入端V2n的輸入阻抗變成晶體管Q14動態(tài)電阻re14和電阻R14之間的并聯(lián)阻抗。因此晶體管Q11和Q13的偏置電流可以由此輸入電路設(shè)置。此外輸入端V2p的輸入阻抗和輸入端V2n的輸入阻抗也可由此輸入電路確定。
然后，計(jì)算出晶體管Q11的輸出電流I13和晶體管Q14的輸出電流I14，晶體管Q11和晶體管Q14構(gòu)成連接到輸入電路101和輸入電路102的差動放大器?，F(xiàn)在假設(shè)晶體管Q11的基極-發(fā)射極間電壓是Vbe11，晶體管Q13基極-發(fā)射極間電壓是Vbe13，構(gòu)成另一差動放大器的晶體管Q11的輸出電流I13和晶體管Q13的輸出電流I14可以用下面公式(8)和(9)來表示
I13＝{V2p－Vt*In(Ics/I13)}/R11…(8)I14＝{V2n＋Vt*In(Ics/I14)}/R13…(9)因此，在電阻值設(shè)定為R11＝R13的情況下，第一差動放大器的輸出電流2*ΔI＝I13－I14可以用下面的公式(10)表示2*ΔI＝I13－I14＝{(V2p－V2n)＋Vt*In(I14/I13)}/R11…(10)與已有技術(shù)相同的是，此差動電流輸入到由晶體管Q1-Q2和晶體管Q3-Q4構(gòu)成的差動電路中。因此當(dāng)忽略基極電流時(shí)，從負(fù)載電阻R1和R2輸出的差動電流“I11-I12”可以用下面的公式(11)表示I11－I12＝2*ΔI*tan h{(V1p－V1n)/2Vt}＝{(V2p－V2n)＋Vt*In(I14/I13)}/R11*tan h{(V1p－V1n)/2Vt}…(11)而且，當(dāng)V1p－V1n＜＜Vt時(shí)，下面的等式是成立的tan h{(V1p－V1n)/2Vt}＝(V1p－V1n)/2Vt接著兩個(gè)信號進(jìn)行相乘，如下面公式(12)表示I11－I12＝{(V2p－V2n)＋Vt*In(I14/I13)}/R11*(V1p－V1n)/2Vt…(12)如前所述，可以得到兩個(gè)模擬信號之間的乘法輸出。由于縱向疊加的晶體管的總級數(shù)為2級，假設(shè)所用的是雙極硅晶體管，即使當(dāng)雙極硅晶體管的基極-發(fā)射極間電壓和輸入/輸出信號的幅值電壓部分受限制(secure)，此模擬乘法電路也可以在電源電壓Vcc＝2.0V的情況下工作。
此外，為了抑制晶體管Q11和晶體管Q13非線性特性造成的不利影響，即使在晶體管Q11和晶體管Q13集電極電流增加的情況下，可以根據(jù)輸入電路101和102的電流源Ics1和Ics2以及電阻R12和R14任意設(shè)置集電極電流。
可以理解，與已有技術(shù)相比，本實(shí)施例模擬乘法電的耗電量僅增加了電流源Ics1和Ics2的電流。由于電流源的電流值可以通過改變電阻R12和R14來自由設(shè)置，所以可以抑制耗電量的增加。
如圖2中所示，當(dāng)晶體管Q2的集電極和晶體管Q3的集電極連接到電源電壓上時(shí)，由于增益是根據(jù)輸入信號V1p和輸入信號V1n之間的壓差進(jìn)行控制的，所以這種可變增益放大電路可以這樣構(gòu)成，即按照所需的增益放大輸入信號V2p和輸入信號V2n。在這種情況下，由此可變增益放大電路可以實(shí)現(xiàn)上述模擬乘法電路的相似效果。
如前所述，根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例，在吉爾伯特單元型模擬乘法電路中使用了由電流鏡電路構(gòu)成的輸入電路，按照2級實(shí)現(xiàn)縱向疊加晶體管級數(shù)。因此最小電源電壓可以為2.0V。
(第二個(gè)實(shí)施例)本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例涉及這樣一種模擬乘法放大電路，其特征在于在晶體管縱向疊加級數(shù)選為2級的吉爾伯特單元型模擬乘法電路中的由電流鏡電路組成的輸入電路中設(shè)置了一個(gè)基極電流補(bǔ)償電路。
圖3的電路圖所示的是根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的模擬乘法電路。應(yīng)當(dāng)注意，常規(guī)模擬乘法電路中所示的相同的標(biāo)號可以用來表示第二模擬乘法電路中的相同操作/功能元件。在圖3中，與圖1所示第一個(gè)實(shí)施例的不同點(diǎn)在于為了補(bǔ)償流經(jīng)輸入電路101和輸入電路102電流鏡電路的基極電流，另外使用了晶體管Q15和晶體管Q16。這些電流鏡像電路配置有晶體管Q12和Q11以及晶體管Q13和Q14。
現(xiàn)在參考圖3，對根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的采用上述結(jié)構(gòu)的模擬乘法電路的操作進(jìn)行描述。在第一個(gè)實(shí)施例中，由于晶體管Q11和Q13的非線性特性，對乘法電路的失真特性造成了極大的不利影響。為了抑制這種不利影響，需要增大晶體管Q11和晶體管Q12的集電極電流。在這種情況下，在由晶體管Q11/Q12與Q13/Q14構(gòu)成的輸入電路101和輸入電路102的電流鏡電路中，不能忽略晶體管的基極電流的不利影響。
在本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例中，加入用來補(bǔ)償基極電流的晶體管Q15和Q16，以減少第一個(gè)實(shí)施例中輸入電路101和102所用的電流鏡電路基極電流的不利影響。因此第二個(gè)實(shí)施例的工作與第一個(gè)實(shí)施例的工作相似，具有相同的功能。
如上所述，與第一個(gè)實(shí)施例相同，當(dāng)最小電源電壓Vcc(最小)選為2.0V時(shí)，可以獲得兩個(gè)模擬信號的乘積輸出。此外為了抑制晶體管Q11和Q13的非線性特性的不利影響，即使在晶體管Q11和晶體管Q13的集電極電流增加的情況下，由電流鏡電路基極電流引起的不利影響可以減少，并且模擬乘法電路中的畸變特性可以得到改善。
同樣如圖4中所示，當(dāng)晶體管Q2的集電極和晶體管Q3的集電極連接到電源電壓上時(shí)，由于增益是基于輸入信號V1p和輸入信號V1n之間的壓差進(jìn)行控制的，所以這種可變增益放大電路可以這樣配置，即能按所需增益放大輸入信號V2p和輸入信號V2n。同樣在這種情況下，此可變增益放大電路可以實(shí)現(xiàn)由上述模擬乘法電路所實(shí)現(xiàn)的相似效果。
如前所述，根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例，由于該模擬乘法電路以這樣一種方式構(gòu)成，即與晶體管縱向疊加級數(shù)為2級的吉爾伯特單元型模擬乘法電路相比，在由電流鏡電路構(gòu)成的輸入電路中采用基極電流補(bǔ)償電路，所以在改進(jìn)失真特性的同時(shí)抑制了非線性特征的不利影響。當(dāng)電源電壓Vcc(最小)的最小值選為2.0V時(shí)，可以獲得兩個(gè)模擬信號之間的乘積輸出。
(第三個(gè)實(shí)施例)根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的模擬乘法電路是這樣一種吉爾伯特單元型模擬乘法電路，其特征在于，晶體管的縱向疊加級數(shù)為2級，并且差動放大電路的發(fā)射極電阻器由電感構(gòu)成。
圖5是根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的模擬乘法電路結(jié)構(gòu)的電路圖。應(yīng)當(dāng)注意在第二模擬乘法電路中可以采用與常規(guī)模擬乘法電路中所用的相同參考標(biāo)號來表示相同的操作/功能元件。在圖5中，與圖3中所示的第二個(gè)實(shí)施例差別點(diǎn)在于分別用電感L11和電感L13來代替連接到晶體管Q11和晶體管Q13的發(fā)射極上的電阻R11和電阻R13。
參考圖5，對本發(fā)明第三實(shí)施例的采用上述結(jié)構(gòu)的模擬乘法電路的操作進(jìn)行說明。輸入電路201和輸入電路202以與第二實(shí)施例中相同的方式進(jìn)行設(shè)置，并且具有同樣的功能和同樣的性能。假設(shè)電感器L11的阻抗為“Z11”，且電感器L13的阻抗為“Z13”，則在高頻范圍內(nèi)構(gòu)成差動放大器的晶體管Q11和Q13的輸出電流I13和I14可以用下面的公式(13)和(14)來表示。
I13＝{V2p＋Vt*In(Ics/I13)}/Z11…(13)I14＝{V2n＋Vt*In(Ics/I14)}/Z13…(14)因此，在選擇阻抗值Z11＝Z13的情況下，第一差動放大器的輸出電流2*ΔI＝I13－I14可以用下面的公式(15)表示2*ΔI＝I13－I14＝{(V2p－V2n)＋Vt*In(I14/I13)}/Z11…(15)與已有技術(shù)相同，此差動電流流入到由晶體管Q1-Q2和晶體管Q3-Q4構(gòu)成的差動電路中。因此當(dāng)基極電流忽略不計(jì)時(shí)，從負(fù)載電阻R1和R2輸出的差動電流“I11-I12”可以用下面的公式(16)表示I11－I12＝2*ΔI*tan h{(V1p－V1n)/2Vt}＝{(V2p－V2n)＋Vt*In(I14/I13)}/Z11*tan h{(V1p－V1n)/2Vt}…(16)
而且，當(dāng)V1p－V1n＜＜Vt時(shí)，下面的等式是成立的tan h{(V1p－V1n)/2Vt}＝(V1p－V1n)/2Vt接著兩個(gè)信號之間進(jìn)行相乘，如下面公式(17)所示I11－I12＝{(V2p－V2n)＋Vt*In(I14/I13)}/Z11*(V1p－V1n)/2Vt…(17)如前所述，當(dāng)通過電感L11和L13的直流壓降消除，而且電源電壓進(jìn)一步下降時(shí)，可以獲得兩個(gè)模擬信號之間的乘法輸出。
同樣如圖6中所示，當(dāng)晶體管Q2的集電極和晶體管Q3的集電極連接到電源電壓上時(shí)，由于增益是根據(jù)輸入信號V1p和輸入信號V1n之間的壓差進(jìn)行控制的，所以這種可變增益放大電路可以設(shè)置成能夠按所需的增益放大輸入信號V2p和輸入信號V2n。此外在這種情況下，用此可變增益放大電路能夠?qū)崿F(xiàn)由上述模擬乘法電路所實(shí)現(xiàn)的同樣的技術(shù)效果。
如前所述，根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例，與晶體管縱向疊加總級數(shù)為2級的吉爾伯特單元型模擬乘法電路相對比，在此模擬乘法電路中用電感代替了差動放大電路的發(fā)射極電阻，所以當(dāng)最小電源電壓Vcc(最小)低于2.0V時(shí)，可以獲得兩個(gè)模擬信號之間的乘積輸出。
(第四個(gè)實(shí)施例)根據(jù)本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的模擬乘法電路是這樣一種吉爾伯特單元型模擬乘法電路，其特征在于晶體管的縱向疊加的級數(shù)選為2級，并且一個(gè)并聯(lián)諧振電路連接到構(gòu)成差動放大電路的晶體管的發(fā)射極上。
圖7是根據(jù)本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的模擬乘法電路的電路圖。應(yīng)當(dāng)注意，在第四個(gè)模擬乘法電路中采用與常規(guī)模擬乘法電路中同樣的參考標(biāo)號來表示相同的操作/功能元件。在圖7中，與圖5中所示的第三實(shí)施例相比，該第四實(shí)施例的模擬乘法電路的不同點(diǎn)在于，電容C11和C12并聯(lián)連接到兩個(gè)電感L11和L13上，這兩個(gè)電感連接到構(gòu)成差動放大電路的晶體管Q11和Q13的發(fā)射極上。而且，在晶體管Q11和Q13的發(fā)射極之間加入電阻R15。
參考圖7，對根據(jù)本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的、采用上述結(jié)構(gòu)的模擬乘法電路的操作進(jìn)行說明。輸入電路201和輸入電路202與第三實(shí)施例中的設(shè)置方式相同，并且具有同樣的功能和同樣的性能。由于采用了由電感L11/L13和電容C11/C12構(gòu)成的并聯(lián)諧振電路，所以在所需頻率下，阻抗可以是無限大值，而在除該所需頻率以外的其它任何頻率下阻抗基本為零。這些電感L11/L13和電容C11/C12連接到晶體管Q11和Q13的發(fā)射極上，晶體管Q11和Q13構(gòu)成連接到輸入電路201和輸入電路202上的差動放大器。因此根據(jù)第四實(shí)施例的模擬乘法電路的偏置電流可以以與第三實(shí)施例相同的方式設(shè)置。此外由于在所需頻率下，阻抗可變?yōu)闊o限大值，因此可以以與已有技術(shù)同樣的方式，基于連接在晶體管Q11和Q13發(fā)射極之間的電阻R15來確定差動放大電路的輸出電流。此時(shí)輸出電流可以用下述公式(18)表示2*ΔI＝I13－I14＝2*{V2p－V2n＋Vt*In(I14/I13)}/R15…(18)此公式(18)是通過用電阻R15來代替常規(guī)模擬乘法電路中所用差動放大電路輸出電流中的電阻Re而獲得的。
與常規(guī)的模擬乘法電路相同，現(xiàn)在假設(shè)流經(jīng)負(fù)載電阻R1的電流是“I11”，流經(jīng)負(fù)載電阻R2的電流是“I12”，并且符號“Vt”指示熱電壓，差動輸出電流“I11-I12”可以用下面的公式(19)表示，基極電流忽略不計(jì)I11－I12＝2*{(V2p－V2n)＋Vt*In(114/I13)}/R15*{(V1p－V1n)/2Vt}…(19)如前所述，可以獲得兩個(gè)模擬信號之間的乘法輸出。與第三實(shí)施例相比，依照第四實(shí)施例的模擬乘法電路，可以忽略連接到晶體管Q11和Q13發(fā)射極上的阻抗，此外，由于是根據(jù)電阻R15來確定晶體管Q11和Q13的差動輸出電路，所以能夠改進(jìn)晶體管Q11和Q13的線性特性(線性度)。
此外，如圖8中所示，當(dāng)晶體管Q2的集電極和晶體管Q3的集電極連接到電源電壓上時(shí)，由于增益是根據(jù)輸入信號V1p和輸入信號V1n之間的壓差進(jìn)行控制的，所以這種可變增益放大電路可以按所需增益放大輸入信號V2p和輸入信號V2n。同樣，在這種情況下，用此可變增益放大電路能夠?qū)崿F(xiàn)由上述模擬乘法電路所實(shí)現(xiàn)的同樣的技術(shù)效果。
如前所述，根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例，在晶體管的縱向疊加級數(shù)為2級的吉爾伯特單元型模擬乘法電路中，并聯(lián)諧振電路連接到構(gòu)成差動放大電路的晶體管的發(fā)射極上。因此，能夠提高線性度。
此外應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明的實(shí)施例中采用的是雙極晶體管。除此之外，只要元件具有與雙極晶體管同樣的功能，也可以采用任何其他的電子器件例如FET和MOS晶體管。另外，輸入電路101、102、201和202的電路結(jié)構(gòu)僅僅是作為示例性的電路結(jié)構(gòu)。如果任何其他的電路具有同樣的功能，也可以采用等效這些電路。另外，當(dāng)采用本發(fā)明的模擬乘法電路和可變增益放大電路時(shí)，可以設(shè)置頻率轉(zhuǎn)換裝置、通訊終端裝置和基站裝置。同樣，這種采用通訊終端裝置和基站裝置的通訊系統(tǒng)可以通過采用上述模擬乘法電路和可變增益放大電路來形成。此外由于模擬乘法電路和可變增益放大電路可以在低電源電壓狀態(tài)下工作，能夠減少總的功耗。
從前面的描述中可以清楚地看出，本發(fā)明的模擬乘法電路是這樣一種模擬乘法電路，它包括由第一晶體管和第二晶體管構(gòu)成的第一差動對，它們的發(fā)射極互相共連在一起；由第三晶體管和第四晶體管構(gòu)成的第二差動對，它們的發(fā)射極互相共連在一起；連接到第二和第三晶體管共連基極上的第一輸入端；連接到第一和第四晶體管共連基極上的第二輸入端；連接到第一和第三晶體管的共連集電極上的第一輸出端；連接到第二和第四晶體管的共連集電極上的第二輸出端；連接在第一輸出端和電源之間的第一電阻；連接在輸出端和電源之間的第二電阻；集電極連接到第一差動對的共連發(fā)射極上的第五晶體管；集電極連接到第二差動對的共連發(fā)射極上的第六晶體管；連接在第五晶體管的發(fā)射極和地之間的第三電阻；連接在第六晶體管的發(fā)射極和地之間的第四電阻；連接到第五晶體管基極上的第一輸入裝置；以及連接到第六晶體管基極上的第二輸入裝置；其中第一輸入裝置配置有第一電流發(fā)生裝置、由第五晶體管和第七晶體管構(gòu)成的第一電流鏡裝置、連接在第七晶體管的發(fā)射極和地之間的第五電阻、以及連接到第七晶體管發(fā)射極上的第三輸入端；第二輸入裝置配置有第二電流發(fā)生裝置、由第六晶體管和第八晶體管構(gòu)成第二電流鏡裝置、連接在第八晶體管的發(fā)射極和地之間的第六電阻以及連接到第八晶體管的發(fā)射極上的第四輸入端。由于采用了這樣一種電路設(shè)計(jì)，模擬乘法電路能夠在低電源電壓情況下工作。因此，晶體管的縱向疊加總級數(shù)為2級?？梢赃_(dá)到下面的效果。即，即使當(dāng)晶體管的基極-發(fā)射極間電壓和輸入/輸出信號的幅值電壓部分受限制時(shí)，在使用雙極硅晶體管的情況下，最小電源電壓值Vcc(最小)可以為2.0V。因此此模擬乘法電路能夠在低電源電壓下工作。
由于此模擬乘法電路設(shè)置成在第一電流鏡裝置中采用第九晶體管來補(bǔ)償基極電流；在第二電流鏡裝置中采用第十晶體管來補(bǔ)償基極電流，所以能夠?qū)崿F(xiàn)以下技術(shù)效果。即即使在為了抑制乘法電路失真特性而增大晶體管集電極電流的情況下，也能減少由電流鏡電路的基極電流所產(chǎn)生的不利影響。
另外，由于此模擬乘法電路設(shè)置成用第一電感來代替第三電阻，用第二電感來代替第四電阻，所以會有這樣的技術(shù)效果，即可以消除由電阻產(chǎn)生的直流壓降，還能使電源電壓下降。
此外，由于此模擬乘法電路進(jìn)一步包括連接在第五晶體管和第六晶體管發(fā)射極之間的第二電阻；并聯(lián)連接到第一電感上的第一電容；以及并聯(lián)連接到第二電感上的第二電容，所以會有這樣的技術(shù)效果，即能夠提高模擬乘法電路的線性度。
權(quán)利要求
1.一種模擬乘法電路，包括由第一晶體管和第二晶體管構(gòu)成的第一差動對，所述晶體管的發(fā)射極互相連接在一起；由第三晶體管和第四晶體管構(gòu)成的第二差動對，所述晶體管的發(fā)射極互相連接在一起；連接到所述第二和第三晶體管的共連基極上的第一輸入端；連接到所述第一和第四晶體管的共連基極上的第二輸入端；連接到所述第一和第三晶體管的共連集電極上的第一輸出端；連接到所述第二和第四晶體管的共連集電極上的第二輸出端；連接在所述第一輸出端和電源之間的第一電阻；連接在所述輸出端和電源之間的第二電阻；集電極連接到所述第一差動對的共連發(fā)射極上的第五晶體管；集電極連接到所述第二差動對的共連發(fā)射極上的第六晶體管；連接在所述第五晶體管的發(fā)射極和地之間的第三電阻；連接在所述第六晶體管的發(fā)射極和地之間的第四電阻；連接到第五晶體管基極上的第一輸入裝置；以及連接到第六晶體管基極上的第二輸入裝置；其中所述第一輸入裝置配置有第一電流發(fā)生裝置、由第五晶體管和第七晶體管構(gòu)成的第一電流鏡裝置、連接在第七晶體管的發(fā)射極和地之間的第五電阻，以及連接到第七晶體管發(fā)射極上的第三輸入端；以及第二輸入裝置配置有第二電流發(fā)生裝置、由第六晶體管和第八晶體管構(gòu)成第二電流鏡裝置、連接在第八晶體管的發(fā)射極和地之間的第六電阻以及連接到第八晶體管的發(fā)射極上的第四輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述模擬乘法電路，其特征在于在所述的第一電流鏡裝置中，采用第九晶體管來補(bǔ)償基極電流；并且在所述的第二電流鏡裝置中，采用第十晶體管來補(bǔ)償基極電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述模擬乘法電路，其特征在于所述第三電阻用第一電感來代替；并且所述第四電阻用第二電感來代替。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述模擬乘法電路，其特征在于所述的模擬乘法電路進(jìn)一步包括連接在所述第五晶體管的發(fā)射極和所述第六晶體管的發(fā)射極之間的第七電阻；并聯(lián)連接到所述第一電感上的第一電容；和并聯(lián)連接到所述第二電感上的第二電容。
5.一種可變增益放大電路，包括由第一晶體管和第二晶體管構(gòu)成的第一差動對，所述晶體管的發(fā)射極互相連接在一起；由第三晶體管和第四晶體管構(gòu)成的第二差動對，所述晶體管的發(fā)射極互相連接在一起；連接到所述第二和第三晶體管的共連基極上的第一輸入端；連接到所述第一和第四晶體管的共連基極上的第二輸入端；連接到所述第一晶體管集電極上的第一輸出端；連接到所述第四晶體管集電極上的第二輸出端；連接在所述第一輸出端和電源之間的第一電阻；連接在所述輸出端和電源之間的第二電阻；由所述的第二晶體管和將所述第三晶體管的集電極連接到電源上的裝置構(gòu)成的可變增益控制裝置；集電極連接到所述第一差動對的共連發(fā)射極上的第五晶體管；集電極連接到所述第二差動對的共連發(fā)射極上的第六晶體管；連接在所述第五晶體管的發(fā)射極和地之間的第三電阻；連接在所述第六晶體管的發(fā)射極和地之間的第四電阻；連接到第五晶體管基極上的第一輸入裝置；以及連接到第六晶體管基極上的第二輸入裝置；其中所述第一輸入裝置配置有第一電流發(fā)生裝置、由第五晶體管和第七晶體管構(gòu)成的第一電流鏡裝置、連接在第七晶體管的發(fā)射極和地之間的第五電阻，以及連接到第七晶體管發(fā)射極上的第三輸入端；以及第二輸入裝置配置有第二電流發(fā)生裝置、由第六晶體管和第八晶體管構(gòu)成的第二電流鏡裝置、連接在第八晶體管的發(fā)射極和地之間的第六電阻以及連接到第八晶體管的發(fā)射極上的第四輸入端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可變增益放大電路，其特征在于在所述的第一電流鏡裝置中，采用第九晶體管來補(bǔ)償基極電流；并且在所述的第二電流鏡裝置中，采用第十晶體管來補(bǔ)償基極電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可變增益放大電路，其特征在于所述第三電阻用第一電感來代替；并且所述第四電阻用第二電感來代替。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述可變增益放大電路，其特征在于所述的可變增益放大電路進(jìn)一步包括連接在所述第五晶體管的發(fā)射極和所述第六晶體管的發(fā)射極之間的第七電阻；并聯(lián)連接到所述第一電感上的第一電容；和并聯(lián)連接到所述第二電感上的第二電容。
9.一種頻率轉(zhuǎn)換裝置，包括權(quán)利要求1-4中任何一個(gè)權(quán)利要求所述的模擬乘法電路。
10.一種通訊終端設(shè)備，包括權(quán)利要求9中所述的頻率轉(zhuǎn)換裝置。
11.一種通訊終端設(shè)備，包括權(quán)利要求5-8中任何一個(gè)權(quán)利要求所述的可變增益放大電路。
12.一種基站裝置，包括權(quán)利要求9中所述的頻率轉(zhuǎn)換裝置。
13.一種基站裝置，包括權(quán)利要求5-8中任何一個(gè)權(quán)利要求所述的可變增益放大電路。
全文摘要
第一模擬差動信號V
文檔編號H03G3/04GK1326164SQ0111954
公開日2001年12月12日 申請日期2001年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月30日
發(fā)明者天野泰宏 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社