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JP2551395B2 - Mos4象限マルチプライヤ - Google Patents
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JP2551395B2 - Mos4象限マルチプライヤ - Google Patents

Mos4象限マルチプライヤ

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JP2551395B2
JP2551395B2 JP30199194A JP30199194A JP2551395B2 JP 2551395 B2 JP2551395 B2 JP 2551395B2 JP 30199194 A JP30199194 A JP 30199194A JP 30199194 A JP30199194 A JP 30199194A JP 2551395 B2 JP2551395 B2 JP 2551395B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はアナログ信号を乗算する
マルチプライヤに関し、特に半導体集積回路上に構成さ
れるMOS4象限マルチプライヤに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種のMOS4象限マルチプラ
イヤは、例えば、IEEEJournal of So
lid−State Circuits,VOL.SC
−21,NO.3,pp.430−435,June
1986号公報(文献1)にBulfとWalling
が提案したMOS4象限マルチプライヤが記載されてい
る。
【0003】しかしながら、文献1記載のMOS4象限
マルチプライヤでは、線形動作はするもののソース接地
されているため、入力信号の印加方法が難しいという課
題を有していた。
【0004】上述した課題を解決するために、本願出願
人と同一出願人による特願平6−130470号(平成
6年6月13日出願)記載のMOS4象限マルチプライ
ヤが提案されている。
【0005】図4は、上記出願明細書に記載されている
MOS4象限マルチプライヤの回路図である。
【0006】同図において、同一の特性を有する各トラ
ンジスタM1〜M8のドレイン電流は、 ID1=ID3=β(1/2Vx +VR1−VS −VTH2 (1) ID2=ID4=β(−1/2Vx +VR1−VS −VTH2 (2) ID5=β(−1/2Vx +1/2Vy −VR1+VR2−VTH2 (3) ID6=β(1/2Vx +1/2Vy −VR1+VR2−VTH2 (4) ID7=β(−1/2Vx −1/2Vy −VR1+VR2−VTH2 (5) ID8=β(1/2Vx −1/2Vy −VR1+VR2−VTH2 (6) で表わされる。ただし、βはトランスコンダクタンスパ
ラメータ、Vx ,Vy は入力電圧、VTHは各MOSトラ
ンジスタのスレッシュホールド電圧、VS は定電流源I
O の電位、VR1,VR2は基準直流電圧(リファレンス電
圧)である。
【0007】また、テール電流の条件より、 ID1+ID2+ID3+ID4+ID5+ID6+ID7+ID8=IO (7) の関係が成り立つ。
【0008】ここで(1)式から(7)式を解くと、4
象限マルチプライヤの差動出力電流ΔIは ΔI=(ID6+ID7)−(ID5+ID6) =2βVxy (8) となる。
【0009】以上のように、オクトテールセルを構成す
るトランジスタがいずれもカットオフしない入力電圧範
囲では線形動作するCMOS4象限マルチプライヤが得
られる。したがって、MOSトランジスタのトランスコ
ンダクタンスβのゆらぎを抑圧することができ、差動出
力電流ΔIのゆらぎも抑圧することができるため、線形
な入力電圧範囲とフローティング入力システムを有し、
入力信号の印加を容易に行うことができるMOS4象限
マルチプライヤを得ることができる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図4記
載の回路では、8つのMOSトランジスタで定電流IO
を共有しているため、乗算機能にかかわるMOSトラン
ジスタM1,M2,M3およびM4に流れる電流を一意
的に決定することができないという課題を有する。
【0011】すなわち、マルチプライヤの線形な入力範
囲はMOSトランジスタM1,M2,M3およびM4に
流れる電流の総和で決定されるが、定電流IO を4倍に
すると、線形な入力電圧範囲が2倍になるとともに、M
OSトランジスタM5〜M12に流れる電流も4倍にな
ってしまうというものであった。
【0012】本発明の目的は、上述した課題を解決し、
線形な入力電圧範囲と、フローティング入力システムを
有するMOS4象限マルチプライヤを提供することにあ
る。
【0013】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために本発明によるMOS4象限マルチプライヤは、ド
レインが共通接続された2対のトランジスタ対の4つの
ソースが共通接続されて1つのテール電流で駆動される
クァドリテールセルがマルチプライヤコア回路を成す。
【0014】マルチプライヤコア回路を構成するおのお
ののトランジスタのゲート入力電圧を発生する入力回路
は、2つのトランジスタがカスコード接続され、下段の
トランジスタが4つのソースが共通接続されて1つのテ
ール電流で駆動されるカスコード・クァドリテールセル
により構成される。
【0015】カスコード接続された下段の4つのトラン
ジスタのゲートには2対ずつそれぞれ第一の入力信号が
差動入力され、上段の4つのトランジスタのゲートには
2対ずつそれぞれ第一の入力信号の逆相になるような第
二の入力信号が差動入力される。
【0016】カスコード接続されたトランジスタ段間か
らは、それぞれマルチプライヤコア回路を構成する4つ
のトランジスタのゲートに入力電圧が供給され、マルチ
プライヤコア回路の出力電流と、入力回路を構成するカ
スコード接続された上段の4つのトランジスタの各ドレ
イン電流を加算することにより差動出力電流を出力す
る。
【0017】
【作用】上述した構成を採用したことにより、本発明に
よるMOS4象限マルチプライヤは、2組のオクトテー
ルセルを含むため、定電流を4倍にすれば、線形な入力
電圧範囲を2倍に一意的に決定することができる。
【0018】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して詳細に
説明する。
【0019】図1は、本発明の一実施例を示すMOS4
象限マルチプライヤの回路図である。
【0020】図において、テール電流IO で駆動される
マルチプライヤ・コア回路への入力電圧は2信号の和電
圧と差電圧となっており、MOSトランジスタM1,M
2,M3およびM4の各ドレイン電流は、 ID1=β{VR +1/2(Vx +Vy )−VS −VTH2 (VGS1 ≧VTH) (9) ID2=β{VR −1/2(Vx +Vy )−VS −VTH2 (VGS2 ≧VTH) (10) ID3=β{VR +1/2(Vx −Vy )−VS −VTH2 (VGS3 ≧VTH) (11) ID4=β{VR −1/2(Vx −Vy )−VS −VTH2 (VGS4 ≧VTH) (12) で表わされる。
【0021】また、テール電流の条件より、 ID1+ID2+ID3+ID4=IO (13) の関係が成り立つ。
【0022】ここで、数式(9)〜(12)より、MO
S4象限マルチプライヤの差動出力電流ΔIを求める
と、
【0023】
【0024】となる。
【0025】数式(14)において、MOSトランジス
タは二乗則を有しているため、回路内のMOSトランジ
スタがいずれもカットオフしない入力電圧範囲で、理想
的なマルチプライヤ特性が得られ、入力電圧が大きくな
るにしたがって、回路内のMOSトランジスタがカット
オフし始め、理想的なマルチプライヤ特性からずれてく
る。
【0026】図2は、MOS4象限マルチプライヤの特
性を、Vy をパラメータにして表わした伝達特性図であ
る。
【0027】図において、上述したように、回路内のM
OSトランジスタがいずれもカットオフしない入力電圧
範囲で、理想的なマルチプライヤ特性が得られ、入力電
圧が大きくなるにしたがって、回路内のMOSトランジ
スタがカットオフし始め、理想的なマルチプライヤ特性
からずれてくるのが分かる。
【0028】また、数式(14)をもとに、マルチプラ
イヤの伝達特性を、Vy をパラメータにして図2に示
す。また、大信号に対してはリミッティング特性を持つ
ことも示されている。
【0029】マルチプライヤのトランスコンダクタンス
特性は、Vx ,Vy のいずれに対しても等しくなってお
り、数式(14)を、Vx について微分して、トランス
コンダクタンス特性を求めると、
【0030】
【0031】となる。
【0032】図3は、数式(15)に示したトランスコ
ンダクタンス特性をVy をパラメータにして表わした特
性図である。
【0033】図2、および、図3より明らかなように、
クァドリテールセルはマルチプライヤ・コア回路を構成
する。
【0034】次に、クァドリテールセルからなるマルチ
プライヤ・コア回路の4つのトランジスタのゲートへの
入力電圧が、カスコード・クァドリテールセルからなる
入力回路により、数式(9)から(12)に示した(±
x ±Vy )/2と与えられることを示す。
【0035】図1に示すカスコード・クァドリテールセ
ルにおいて、4つのトランジスタM5A、M5B、M6
A、M6Bはテール電流Ib を共通にしているが、トラ
ンジスタM5AとM5B、および、トランジスタM6A
とM6Bはゲートが共通接続されて第一の入力信号が差
動入力された差動対を構成している。すなわち、
【0036】
【0037】また、トランジスタM5AとM8A、トラ
ンジスタM5BとM7A、トランジスタM6AとM8
B、および、トランジスタM6BとM7Bはそれぞれ等
しいドレイン電流が流れ、ゲート・ソース間電圧はそれ
ぞれ等しくなり、 VGS5A=VGS5B=VGS7A=VGS8A=1/2Vx (18) VGS6A=VGS6B=VGS7B=VGS8B=−1/2Vx (19) したがって、クァドリテールセルからなるマルチプライ
ヤ・コア回路の4つのトランジスタのゲートへの入力電
圧は、それぞれ、 VG1=VR2+1/2Vy −VGS7B =1/2Vx +1/2Vy +VR1+VR2−VS1 (20) VG2=VR2−1/2Vy −VGS8A =−1/2Vx −1/2Vy +VR1+VR2−VS1 (21) VG3=VR2−1/2Vy −VGS8B =1/2Vx −1/2Vy +VR1+VR2−VS1 (22) VG4=VR2+1/2Vy −VGS7A =−1/2Vx +1/2Vy +VR1+VR2−VS1 (23) と求まる。
【0038】ただし、VS1はカスコード・クァドリテー
ルセルの共通ソース電圧である。したがって、数式(2
0)から(23)を、数式(9)から(12)に代入す
れば、同様に、数式(14)が導ける。
【0039】すなわち、図1に示すカスコード・クァド
リテールセルはクァドリテールセルからなるマルチプラ
イヤ・コア回路の入力回路となっている。
【0040】
【発明の効果】本発明によるMOS4象限マルチプライ
ヤは、2組のオクトテールを含むため、一意的に線形な
入力電圧範囲を決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施例を示すMOS4象限マル
チプライヤの回路図。
【図2】本発明のマルチプライヤ・コア回路の伝達特
性。
【図3】本発明のマルチプライヤ・コア回路のトランス
コンダクタンス特性。
【図4】MOS4象限マルチプライヤの従来回路図。
【符号の説明】
M1〜M8 MOSトランジスタ Ib ,IO 定電流源

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ドレインが共通接続された2対のトラン
    ジスタ対の4つのソースが共通接続されて1つのテール
    電流で駆動されるクァドリテールセルがマルチプライヤ
    コア回路を成し、前記マルチプライヤコア回路を構成す
    るおのおののトランジスタのゲート入力電圧を発生する
    入力回路が、2組のオクトテールセルから構成され、前
    記マルチプライヤコア回路の出力電流と、前記入力回路
    の出力電流とを加算することにより差動出力電流を出力
    することを特徴とするMOS4象限マルチプライヤ。
  2. 【請求項2】 前記入力回路が、2つのトランジスタが
    カスコード接続され、下段のトランジスタが4つのソー
    スが共通接続されて1つのテール電流で駆動されるカス
    コード・クァドリテールセルにより構成されることを特
    徴とする請求項1記載のMOS4象限マルチプライヤ。
  3. 【請求項3】 前記カスコード接続された下段の4つの
    トランジスタのゲートに、2対ずつそれぞれ第一の入力
    信号が差動入力され、前記カスコード・クァドリテール
    セルの上段の4つのトランジスタのゲートには2対ず
    つ、第一の入力信号の逆相になるような第二の入力信号
    が差動入力され、カスコード接続されたトランジスタ段
    間からは、それぞれ前記マルチプライヤコア回路を構成
    する4つのトランジスタのゲートに入力電圧が供給され
    ることを特徴とする請求項2記載のMOS4象限マルチ
    プライヤ。
  4. 【請求項4】 前記マルチプライヤコア回路の出力電流
    と、前記入力回路を構成するカスコード接続された上段
    の4つのトランジスタの各ドレイン電流とを加算するこ
    とにより、差動出力電流を出力することを特徴とする請
    求項1記載のMOS4象限マルチプライヤ。
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