JP2853222B2 - Multiplication circuit - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、変復調回路,周波数変換回路,利得制御回
路,モノリシックフィルタ等に適用して好適な乗算回路
に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multiplication circuit suitable for application to a modulation / demodulation circuit, a frequency conversion circuit, a gain control circuit, a monolithic filter, and the like.
本発明は、互に等しい定電流Ixの第1及び第2の定電
流源と、アノード及びカソードのうちの一方の電極が第
1の定電流源に共通に接続され、飽和電流の比が、N−
1:1(但し、N>2)に設定された第1及び第2のダイ
オードと、アノード及びカソードのうちの一方の電極が
第2の定電流源に共通に接続され、飽和電流の比が、1:
N−1に設定された第3及び第4のダイオードと、各ベ
ースが第2及び第4のダイオードの他方の電極に共通接
続され、飽和電流の比が、N−1:1に設定された第1及
び第2のトランジスタと、各ベースが第1及び第3のダ
イオードの他方の電極に共通に接続され、飽和電流の比
が、1:N−1に設定された第3及び第4のトランジスタ
と、第1及び第3のトランジスタの各エミッタに共通に
接続され、定電流がIyの第3の定電流源と、第2及び第
4のトランジスタの各エミッタに共通に接続され、定電
流がIyの第4の定電流源とを有し、第1及び第3のダイ
オードを流れる電流の和と、第2及び第4のダイオード
を流れる電流の和との差が、入力電流iに等しく成るよ
うにしたとき、第2及び第3のトランジスタの各コレク
タ電流の差として得られる出力電流ioが と成るようにしたことにより、積分容量を増加させるこ
となくS/Nを改善できるようにしたものである。According to the present invention, the first and second constant current sources having the same constant current Ix and one of the anode and the cathode are commonly connected to the first constant current source, and the ratio of the saturation current is N-
The first and second diodes set to 1: 1 (where N> 2) and one of the anode and the cathode are commonly connected to a second constant current source, and the ratio of the saturation current is reduced. , 1:
The third and fourth diodes set to N-1 and the respective bases were commonly connected to the other electrodes of the second and fourth diodes, and the ratio of the saturation current was set to N-1: 1. First and second transistors, and third and fourth transistors whose bases are commonly connected to the other electrodes of the first and third diodes, and whose ratio of the saturation current is set to 1: N-1. A third constant current source having a constant current of Iy, and a common current connected to each of the emitters of the first and third transistors; Has a fourth constant current source of Iy, and the difference between the sum of the currents flowing through the first and third diodes and the sum of the currents flowing through the second and fourth diodes is equal to the input current i. And the difference between the collector currents of the second and third transistors is obtained as Output current io Thus, the S / N can be improved without increasing the integration capacity.
アナログ乗算回路は、基本アナログ回路として、変復
調回路,周波数変換回路,利得制御回路、モノリシック
フィルタ回路等に広く使用されている。以下に、第6図
及び第7図を参照して従来のアナログ乗算回路(一般に
はギルバート乗算回路又は乗算セルと呼ばれている)に
ついて説明する。The analog multiplication circuit is widely used as a basic analog circuit in modulation / demodulation circuits, frequency conversion circuits, gain control circuits, monolithic filter circuits, and the like. Hereinafter, a conventional analog multiplication circuit (generally called a Gilbert multiplication circuit or multiplication cell) will be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG.
第6図には従来のアナログ乗算回路を示している。
D1,D2はダイオードで、その各アノードが互いに接続さ
れ、そのアノード接続点に定電流2Ixが流される。作動
トランジスタQ16及びQ17は作動増幅回路(8)を構成
し、それらトランジスタQ16及びQ17のベースは、夫々ダ
イオードD2及びD1の各カソードに接続される。トランジ
スタQ16,Q17のエミッタは互に接続され、そのエミッタ
接続点が定電流が2Iyの定電流源(図示せず)に接続さ
れる。FIG. 6 shows a conventional analog multiplication circuit.
In D 1, D 2 are diodes, each anode connected to each other, a constant current 2Ix is flowed to the anode connection point. Operating transistors Q 16 and Q 17 constitute a differential amplifying circuit (8), the base of which transistor Q 16 and Q 17 are connected to each of the cathodes of respective diodes D 2 and D 1. The emitters of the transistors Q 16 and Q 17 are connected to each other, and the emitter connection point is connected to a constant current source (not shown) having a constant current of 2Iy.
そして、ダイオードD1,D2を流れる電流が夫々Ix+i,I
x−i(iは入力電流信号)と成るようにしたとき、ト
ランジスタQ16,Q17の各コレクタ電流が夫々Iy+io,Iy−
io(iは出力電流信号)に成ったとする。Then, the currents flowing through the diodes D 1 and D 2 are Ix + i and Ix, respectively.
When (i-input current signal) x-i was set to be, the collector current of the transistor Q 16, Q 17 are respectively Iy + io, Iy-
It is assumed that io (i is an output current signal) is achieved.
この乗算回路において、そのダイオードD1及びD2と作
動トランジスタQ16及びQ17に飽和電流Isを流したときの
ダイオードD1,D2の順方向降下電圧を夫々V1,V2、トラン
ジスタQ16,Q17のベース・エミッタ間電圧を夫々V3,V4と
おくと、次式が成立する。In this multiplying circuit, when the saturation current Is flows through the diodes D 1 and D 2 and the operating transistors Q 16 and Q 17 , the forward drop voltages of the diodes D 1 and D 2 are represented by V 1 and V 2 , respectively. Assuming that the base-emitter voltages of the transistors 16 and Q 17 are V 3 and V 4 , respectively, the following equation is established.
V1−V2−V3+V4=0 ‥‥(1) この式(1)を書き直すと、次式が得られる。V 1 −V 2 −V 3 + V 4 = 0 (1) By rewriting this equation (1), the following equation is obtained.
尚、上式(2)におけるVtは、Vt=kT/q(kはボルツ
マン定数,Tは絶対温度,qは電子の電荷を示す)で、その
電圧は常温で略26mVと成る。上式(2)を変形して次の
式(3)が得られる。 V t in the above equation (2) is V t = kT / q (k is Boltzmann's constant, T is absolute temperature, and q is electron charge), and its voltage is approximately 26 mV at room temperature. By modifying the above equation (2), the following equation (3) is obtained.
上式(3)から、出力電流ioについて求めると次の式
(4)が得られる。 When the output current io is obtained from the above equation (3), the following equation (4) is obtained.
上式(4)から明らかなように、出力電流ioは、入力
電流信号iに定電流Iy,Ixの比(Iy/Ix)を乗算したもの
で、この比を変化させることによって、同じ入力信号電
流iに対し、出力電流信号ioを変化させることができ
る。 As is apparent from the above equation (4), the output current io is obtained by multiplying the input current signal i by the ratio (Iy / Ix) of the constant currents Iy and Ix. The output current signal io can be changed with respect to the current i.
次に第7図を参照して、上述の乗算回路におけるオフ
セット及びノイズについて説明する。第7図は、第6図
について説明した乗算回路に、オフセット電圧源及びノ
イズ電圧源を等価的に挿入した図である。従って、第6
図と対応する部分には同一符号を付して、その重複説明
は省略する。Next, with reference to FIG. 7, offset and noise in the above-described multiplication circuit will be described. FIG. 7 is a diagram in which an offset voltage source and a noise voltage source are equivalently inserted into the multiplication circuit described with reference to FIG. Therefore, the sixth
The same reference numerals are given to the portions corresponding to those in the drawings, and the overlapping description will be omitted.
先ず、オフセットについて説明する。乗算回路全体の
オフセット電圧をVoff2として、図中にその直流電圧源
を等価的に示している。このオフセット電圧Voff2は、
ダイオードD1及びD2間の飽和電流の不整合と、トランジ
スタQ16及びQ12間の飽和電流の不整合によって生じ、そ
の値は略1〜2mVである。オフセット電圧Voff2が生じた
ときの差動トランジスタQ16及びQ17のコレクタ間に夫々
流れる出力電流(オフセット電流)をi1及びi2とおく
と、これらの出力電流i1及びi2は次のような式で表すこ
とができる。First, the offset will be described. Assuming that the offset voltage of the entire multiplication circuit is Voff2 , the DC voltage source is equivalently shown in the figure. This offset voltage V off2 is
Inconsistent saturation current between diodes D 1 and D 2, caused by the mismatch of the saturation current between the transistors Q 16 and Q 12, the value is substantially 1~2MV. When husband between the collectors of the differential transistors Q 16 and Q 17 s flow output current (offset current) is denoted by i 1 and i 2 when the offset voltage V off2 occurs, these output currents i 1 and i 2 Next It can be represented by the following equation.
上式(5)及び(6)から明らかなように、Iyに対す
る出力電流、即ちオフセット電流i1及びi2の比は夫々オ
フセット電圧Voff2によって決まる。従って、オフセッ
ト電流i1及びi2の値を小さくするには、オフセット電圧
を小さくしなければならない。 As is apparent from the above equations (5) and (6), the ratio of the output current to Iy, that is, the ratio of the offset currents i 1 and i 2 is determined by the offset voltage V off2 , respectively. Therefore, to reduce the values of the offset currents i 1 and i 2 , the offset voltage must be reduced.
次に乗算回路のノイズについて説明する。乗算回路の
各部分に発生するノイズには、トランジスタQ16及びQ17
のコレクタ電流のショットノイズ、ベース電流のショッ
トノイズ、ベースの抵抗による熱ノイズ及び余剰ノイズ
(1/fノイズやバーストノイズ)等がある。又、ダイオ
ードD1及びD2にも、トランジスタQ16及びQ17のコレクタ
電流のショットノイズと同様のノイズが発生する。Next, noise of the multiplication circuit will be described. The noise generated in each portion of the multiplier circuit, the transistors Q 16 and Q 17
Of the collector current, shot noise of the base current, thermal noise due to the resistance of the base, and excess noise (1 / f noise and burst noise). Also, the diode D 1 and D 2, the same noise and shot noise of the collector current of the transistor Q 16 and Q 17 is generated.
上述したノイズの内で最も不可避なトランジスタQ16
及びQ17のコレクタ電流のショットノイズを夫々電圧に
変換したものをen13及びen14、ダイオードD1及びD2の電
流のショットノイズを夫々電圧に変換したものをen11及
びen12として図中に等価的に交流電圧源として示し、以
下これについて説明する。The most inevitable transistor Q 16 among the above-mentioned noises
In the figure, en 13 and en 14 are those obtained by converting the shot noise of the collector current of Q 17 into voltage, and en 11 and en 12 are obtained by converting the shot noise of the current of the diodes D 1 and D 2 into voltage, respectively. Is equivalently shown as an AC voltage source, and this will be described below.
単位周波数のノイズの電圧は次の式で与えられる。 The voltage of the noise at the unit frequency is given by the following equation.
式(7)及び(8)におけるen11〜en14をenoとおく
と、次の式(9)が得られる。 If en 11 to en 14 in equations (7) and (8) are set to en o , the following equation (9) is obtained.
次に、出力電流i1及びi2に含まれるノイズ電流をinと
おくと次の式が得られる。 Next, i n far To the following equation is obtained a noise current in the output currents i 1 and i 2.
上式(9)及び(10)から明らかなように、ノイズは
直流電流Iyの1/2乗に比例して増え、出力電流の最大値
は直流電流Iyに比例して増えることがわかる。従って、
ダイナミックレンジは電流Iyの1/2乗に比例して広くな
る。 As is apparent from the above equations (9) and (10), the noise increases in proportion to the half power of the DC current Iy, and the maximum value of the output current increases in proportion to the DC current Iy. Therefore,
The dynamic range becomes wider in proportion to the half power of the current Iy.
尚、PAUL R.GRAY(ポール・アール・グレイ)及びROB
ERT G.MEYER(ロバート・ジー・メヤー)の著書「ANALY
SIS AND DESIGN OF ANALOG INTEGRATED CIRCUITS」(ア
ナログ集積回路の解析及び設計)の10.3 Analog Multi
−Pliers Employing the Bipolar Transistor(バイポ
ーラトランジスタを用いたアナログ乗算器)(第561〜5
75頁)にギルバート乗算回路について記載されている。In addition, PAUL R. GRAY (Paul Earl Gray) and ROB
Book "ANALY" by ERT G.MEYER
10.3 Analog Multi of "SIS AND DESIGN OF ANALOG INTEGRATED CIRCUITS" (analysis and design of analog integrated circuits)
-Pliers Employing the Bipolar Transistor (analog multiplier using bipolar transistors) (561st to 5th)
75 page) describes a Gilbert multiplication circuit.
ところで、上述した従来の乗算回路を、例えばオーデ
ィオ回路では、広いダイナミックレンジが要求される利
得制御回路及びフィルタ回路等に使用すると、上述した
オフセットやノイズがオーディオ回路のS/N等を悪化さ
せる虞がある。特にフィルタ回路を集積化したモノリシ
ックフィルタ回路に上述の乗算回路を使用した場合、モ
ノリシックフィルタ回路は積分容量を内蔵化させ、小さ
な容量で所望のカットオフ周波数を得るために、乗算回
路の乗算電流Iyは微小電流と成るのでS/Nが悪い。By the way, when the above-described conventional multiplying circuit is used for a gain control circuit and a filter circuit that require a wide dynamic range in an audio circuit, for example, the offset and noise may deteriorate the S / N of the audio circuit. There is. In particular, when the above-described multiplier circuit is used in a monolithic filter circuit in which a filter circuit is integrated, the monolithic filter circuit has a built-in integration capacitor, and a multiplication current Iy of the multiplier circuit is used in order to obtain a desired cutoff frequency with a small capacitor. Has a low S / N because it becomes a very small current.
従ってS/Nを良くするためには、乗算電流Iyを大とす
ればよいが、一方でトランジスタQ16及びQ17のベースの
抵抗による熱ノイズとダイオードD1及びD2の熱ノイズが
大と成る。これに対して、トランジスタQ16及びQ17とダ
イオードD1及びD2の大きさを大とすれば熱ノイズの低減
をはかることができるが、上述したモノリシックフィル
タ回路のようにIC化することが困難となる。Therefore in order to improve the S / N is a multiplication current Iy may be large and, while in thermal noise and diodes D 1 and D 2 of the thermal noise by the base of the resistance of the transistor Q 16 and Q 17 is large Become. In contrast, although the size of the transistors Q 16 and Q 17 and diode D 1 and D 2 can be reduced in large Tosureba thermal noise, it is IC form as a monolithic filter circuit described above It will be difficult.
かかる点に鑑み、本発明は、積分容量を増加させるこ
となくS/Nを改善することのできる乗算回路を提案しよ
うとするものである。In view of such a point, an object of the present invention is to propose a multiplying circuit capable of improving S / N without increasing the integration capacity.
本発明は、互に等しい定電流Ixの第1及び第2の定電
流源R1,Q9;R2,Q10と、アノード及びカソードのうちの一
方の電極が第1の定電流源R1,Q9に共通に接続され、飽
和電流の比が、N−1:1(但し、N>2)に設定された
第1及び第2のダイオードQ1,Q2と、アノード及びカソ
ードのうちの一方の電極が第2の定電流源R2,Q10に共通
に接続され、飽和電流の比が、1:N−1に設定された第
3及び第4のダイオードQ3,Q4と、各ベースが第2及び
第4のダイオードQ2,Q4の他方の電極に共通接続され、
飽和電流の比がN−1:1に設定された第1及び第2のト
ランジスタQ5,Q6と、各ベースが第1及び第3のダイオ
ードQ1,Q3の他方の電極に共通接続され、飽和電流の比
が、1:N−1に設定された第3及び第4のトランジスタQ
7,Q8と、第1及び第3のトランジスタQ5,Q7の各エミッ
タに共通に接続され、定電流がIyの第3の定電流源と、
第2及び第4のトランジスタQ6,Q8の各エミッタに共通
に接続され、定電流がIyの第4の定電流源とを有し、第
1及び第3のダイオードQ1,Q3を流れる電流の和と、第
2及び第4のダイオードQ2,Q4を流れる電流の和との差
が入力電流Iに等しくなるようにしたとき、第2及び第
3のトランジスタQ2,Q3の各コレクタ電流の差として得
られる出力電流ioが と成るようにしたものである。The present invention comprises a first and a second constant current source R 1 , Q 9 ; R 2 , Q 10 having a constant current Ix equal to each other, and one of the anode and the cathode having the first constant current source R x. are commonly connected to the 1, Q 9, the ratio of the saturation current, N-1: 1 (where, N> 2) and the first and second diodes Q 1, Q 2, which is set to the anode and cathode One of the electrodes is commonly connected to the second constant current sources R 2 and Q 10 , and the third and fourth diodes Q 3 and Q 4 whose saturation current ratios are set to 1: N−1. And each base is commonly connected to the other electrodes of the second and fourth diodes Q 2 and Q 4 ,
First and second transistors Q 5 and Q 6 whose saturation current ratios are set to N−1: 1, and bases commonly connected to the other electrodes of the first and third diodes Q 1 and Q 3 And the third and fourth transistors Q having a saturation current ratio set to 1: N-1.
7 , Q8 and a third constant current source connected in common to the emitters of the first and third transistors Q 5 , Q 7 and having a constant current of Iy.
It has a fourth constant current source connected in common to the emitters of the second and fourth transistors Q 6 and Q 8 and having a constant current of Iy, and includes first and third diodes Q 1 and Q 3 . When the difference between the sum of the flowing currents and the sum of the currents flowing through the second and fourth diodes Q 2 and Q 4 is equal to the input current I, the second and third transistors Q 2 and Q 3 The output current io obtained as the difference between the collector currents of It is made to become.
上述せる本発明によれば、第1及び第3のダイオード
Q1,Q3を流れる電流の和と、第2及び第4のダイオードQ
2,Q4を流れる電流の和との差が入力電流iに等しく成る
ようにしたとき、第2及び第3のトランジスタQ2,Q3の
各コレクタ電流の差として得られる出力電流ioが と成る。According to the present invention described above, the first and third diodes
The sum of the currents flowing through Q 1 and Q 3 and the second and fourth diodes Q
When the difference between the sum of the currents flowing through Q 2 and Q 4 is made equal to the input current i, the output current io obtained as the difference between the collector currents of the second and third transistors Q 2 and Q 3 becomes It becomes.
以下に、第1図を参照して、本発明の一実施例を説明
する。(3)はPNP型のトランジスタQ9及びQ10から成る
カレントミラー回路で、そのトランジスタQ9及びQ10の
エミッタは夫々抵抗器R1,R2を通じて互いに接続され、
その接続点に定電流2Ixが流れ込むようになされ、その
各ベースは互に接続されている。トランジスタQ9のコレ
クタ及びベースは直結されて、ダイオード構成とされて
いる。An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. (3) a current mirror circuit composed of the transistors Q 9 and Q 10 of PNP type, the emitter of the transistor Q 9 and Q 10 are connected to each other through respective resistors R 1, R 2,
A constant current 2Ix flows into the connection point, and the respective bases are connected to each other. The collector and base of the transistor Q 9 is connected directly, there is a diode configuration.
Q1,Q2はエミッタ面積の比、即ち、その飽和電流の比
がN−1:1(但し、N>2)のNPN型トランジスタで、夫
々のコレクタ及びベースが直結されて、夫々ダイオード
を構成している。Q 1 and Q 2 are NPN type transistors whose emitter area ratios, that is, their saturation current ratios are N−1: 1 (where N> 2). Each collector and base are directly connected, and each diode is connected. Make up.
Q3,Q4はエミッタ面積の比、即ち、その飽和電流の比
が1:N−1のNPN型のトランジスタで、夫々のコレクタ及
びベースが直結されて、夫々ダイオードを構成してい
る。Q 3 and Q 4 are NPN-type transistors whose emitter area ratio, that is, their saturation current ratio is 1: N−1, and their respective collectors and bases are directly connected to each other to form diodes.
トランジスタQ1,Q2の各コレクタが、カレントミラー
回路(3)のトランジスタQ9の各コレクタに接続され、
トランジスタQ3,Q4の各コレクタが、トランジスタQ10の
コレクタに接続されている。トランジスタQ1,Q3のエミ
ッタが互いに接続され、トランジスタQ2,Q4の各エミッ
タが互いに接続されている。The respective collectors of the transistors Q 1 and Q 2 are connected to the respective collectors of the transistor Q 9 of the current mirror circuit (3),
The collectors of the transistors Q 3, Q 4 is connected to the collector of the transistor Q 10. The emitters of the transistors Q 1 and Q 3 are connected to each other, and the emitters of the transistors Q 2 and Q 4 are connected to each other.
(1)は、NPN型の差動トランジスタQ5,Q7から成る差
動増幅回路、(2)はNPN型の差動トランジスタQ6,Q8か
ら成る差動増幅回路である。トランジスタQ5,Q6のエミ
ッタ面積の比、即ち、飽和電流の比はN−1:1に設定さ
れ、その各ベースは、トランジスタQ2,Q4の各エミッタ
に共通接続されている。トランジスタQ7,Q8のエミッタ
面積の比、即ち、飽和電流の比は1:N−1に設定され、
その各ベースは、トランジスタQ1,Q3の各エミッタに共
通接続されている。トランジスタQ5,Q7の各エミッタ
は、定電流がIyの定電流源(図示せず)に共通接続さ
れ、トランジスタQ6,Q8の各エミッタは、定電流がIyの
定電流源(図示せず)に共通接続される。(1) is a differential amplifier circuit including NPN-type differential transistors Q 5 and Q 7 , and (2) is a differential amplifier circuit including NPN-type differential transistors Q 6 and Q 8 . The ratio between the emitter areas of the transistors Q 5 and Q 6 , that is, the ratio between the saturation currents is set to N−1: 1, and each base thereof is commonly connected to each emitter of the transistors Q 2 and Q 4 . The ratio of the emitter area of the transistors Q 7 and Q 8 , that is, the ratio of the saturation current is set to 1: N−1,
The respective bases are commonly connected to the respective emitters of the transistors Q 1 and Q 3 . The emitters of the transistors Q 5 and Q 7 are commonly connected to a constant current source (not shown) having a constant current of Iy. The emitters of the transistors Q 6 and Q 8 have a constant current source of a constant current of Iy (see FIG. (Not shown).
トランジスタQ6,Q7の各コレクタ電流I6,I7は、減算回
路(4)で減算され。出力端OUTに出力される。The respective collector currents I 6 and I 7 of the transistors Q 6 and Q 7 are subtracted by a subtraction circuit (4). Output to output terminal OUT.
次に、この第1図の回路の動作を説明する。 Next, the operation of the circuit of FIG. 1 will be described.
カレントミラー回路(3)を構成するトランジスタQ9
及びQ10のエミッタを流れる電流は夫々共にIxである。
ダイオード接続のトランジスタQ1及びQ3のエミッタを流
れる電流を夫々I1及びI3とし、それらの電流の和をIx+
iとする。又、ダイオード接続のトランジスタQ2及びQ4
のエミッタを流れる電流を夫々I2及びI4とし、それらの
電流の和をIx−iする。ここでiは入力電流信号であ
る。Transistor Q 9 constituting current mirror circuit (3)
And current flowing through the emitter of Q 10 are respectively both Ix.
The currents flowing through the emitters of the diode-connected transistors Q 1 and Q 3 are I 1 and I 3, respectively, and the sum of these currents is Ix +
i. Also, diode-connected transistors Q 2 and Q 4
The current flowing through the emitter and respectively I 2 and I 4, to sum Ix-i of those currents. Here, i is an input current signal.
又、差動増幅回路(1)を構成する。トランジスタQ5
及びQ7のエミッタの流れる電流を夫々I5及びI7とし、そ
れらの電流の和を上述の定電流Iyに等しくする。又、差
動増幅回路(2)を構成する差動トランジスタQ6及びQ8
のエミッタを流れる電流を夫々I6及びI8とし、それらの
電流の和を上述の定電流Iyに等しくする。Further, a differential amplifier circuit (1) is configured. Transistor Q 5
And the current flowing through the emitter of Q 7 and respectively I 5 and I 7, to equalize the sum of the current in the constant current Iy of the above. Further, the differential transistors Q 6 and Q 8 constituting the differential amplifier circuit (2)
The current flowing through the emitter and respectively I 6 and I 8, to equalize the sum of the current in the constant current Iy of the above.
そして、トランジスタQ2,Q3,Q6,Q7の飽和電流をIs、
従って、トランジスタQ1,Q4,Q5,Q8の飽和電流を(N−
1)Isとする。Then, the saturation current of the transistors Q 2 , Q 3 , Q 6 , Q 7 is Is,
Therefore, the saturation current of the transistors Q 1 , Q 4 , Q 5 , and Q 8 is (N−
1) Let it be Is.
トランジスタQ1及びQ2のベース・エミッタ間電圧の差
が、トランジスタQ5及びQ7のベース・エミッタ間電圧の
差に等しく、トランジスタQ4及びQ3のベース・エミッタ
間電圧の差がトランジスタQ8及びQ6のベース・エミッタ
間電圧の差に等しい。又、トランジスタQ1及びQ2のエミ
ッタを流れる電流I1及びI2の和は定電流Ixに等しく、ト
ランジスタQ5及びQ7のエミッタを流れる電流I5及びI7の
和は、定電流Iyに等しい。従って、次に示す式が得られ
る。The difference in the base-emitter voltage of the transistor Q 1 and Q 2 are, the transistors Q 5 and equal to the difference between the base-emitter voltages of Q 7, the difference is the transistor base-emitter voltage of the transistor Q 4 and Q 3 Q equal to the difference between the base-emitter voltage of 8 and Q 6. Further, the sum of the currents I 1 and I 2 flowing through the emitters of transistors Q 1 and Q 2 is equal to the constant current Ix, the sum of the currents I 5 and I 7 flows emitter of the transistor Q 5 and Q 7 is a constant current Iy be equivalent to. Therefore, the following equation is obtained.
I1+I2=Ix ‥‥(11) I5+I7=Iy ‥‥(12) 以上から、次の式が成立する。I 1 + I 2 = Ix ‥‥ (11) I 5 + I 7 = Iy ‥‥ (12) From the above, the following equation is established.
上式(11)〜(13)を整理すると次に示す式が得られ
る。 By rearranging the above equations (11) to (13), the following equations are obtained.
I5=I1・Iy/Ix ‥‥(14) I7=I2・Iy/Ix ‥‥(15) 又、トランジスタQ3,Q4及びQ6,Q8に関して、同種の式
が得られる。I 5 = I 1 · Iy / Ix ‥‥ (14) I 7 = I 2 · Iy / Ix ‥‥ (15) Also, for the transistors Q 3 , Q 4 and Q 6 , Q 8 , the same equation is obtained. .
I3+I4=Ix ‥‥(16) I6+I8=Iy ‥‥(17) 上式(16)〜(18)を整理すると次に示す式が得られ
る。I 3 + I 4 = Ix ‥‥ (16) I 6 + I 8 = Iy ‥‥ (17) By rearranging the above equations (16) to (18), the following equations are obtained.
I6=I3・Iy/Ix ‥‥(19) I8=I4・Iy/Ix ‥‥(20) ところで各電流I1〜I8は、夫々変化分のない定常値と
入力電流信号iによる変化分とから成る。定常値をIno
(n=1,2,3,4,5,6,7,8)とし、変化分をΔin(n=1,
2,3,4,5,6,7,8)として、先ず、I1〜I4について次に示
す。I 6 = I 3 · Iy / Ix ‥‥ (19) I 8 = I 4 · Iy / Ix ‥‥ (20) By the way, each of the currents I 1 to I 8 is a steady value having no change and an input current signal i. And the change due to Ino for steady state
(N = 1,2,3,4,5,6,7,8), and the change is Δin (n = 1,
2,3,4,5,6,7,8). First, I 1 to I 4 will be described below.
上式(21)〜(24)より、次の式が得られる。 From the above equations (21) to (24), the following equations are obtained.
Δi1−Δi2=Δi3−Δi4=0 ‥‥(25) Δi1+Δi3=Δi2+Δi4=i ‥‥(26) 上式(25)及び(26)より次の式が得られる。Δi 1 −Δi 2 = Δi 3 −Δi 4 = 0 (25) Δi 1 + Δi 3 = Δi 2 + Δi 4 = i (26) From the above equations (25) and (26), the following equations are obtained. .
Δi2=Δi1,Δi4=Δi3 ‥‥(27) 従って、Δi1とΔi2の変化分を考えれば良いことにな
る。Δi 2 = Δi 1 , Δi 4 = Δi 3 27 (27) Therefore, it is sufficient to consider the change between Δi 1 and Δi 2 .
次にI6及びI7については、式(19)及び(15)より次
の式が得られる。For I 6 and I 7 are then the following equation is obtained from equation (19) and (15).
出力電流i0はその差電流である。従って次に示す式が
得られる。 The output current i 0 is the difference current. Therefore, the following equation is obtained.
上式(30)から明らかな如く、本発明による乗算回路
は第6図を従来例と同様の乗算機能を有することがわか
る。 As is apparent from the above equation (30), it can be seen that the multiplying circuit according to the present invention has the same multiplying function as that of the conventional example shown in FIG.
次に、第1図について説明した乗算回路にオフセット
電圧源及びノイズ電圧源を挿入した等価回路を示した第
3図を参照して説明する。Next, an explanation will be given with reference to FIG. 3 showing an equivalent circuit in which an offset voltage source and a noise voltage source are inserted in the multiplication circuit described with reference to FIG.
又、Voff1はその乗算回路のオフセット電圧の総和で
ある。V off1 is the sum of the offset voltages of the multiplication circuit.
先ずオフセットについて説明する。トランジスタQ5〜
Q8の伝達コンダクタンスをGm(=∂iout/∂Voff)とす
ると、この伝達コンダクタンスGmは次に示す式と成る。First, the offset will be described. Transistor Q 5 ~
Assuming that the transfer conductance of Q 8 is Gm (= ∂i out / ∂V off ), the transfer conductance Gm is represented by the following equation.
ここでオフセット電流をioff1とすると、このオフセ
ット電流ioff1は次に示す式で表すことができる。 Here, assuming that the offset current is i off1 , the offset current i off1 can be expressed by the following equation.
第2図に上式(32)に基づいた、Nに対するオフセッ
トの改善率を示している。第12図からも明らかなよう
に、Nの値を上げれば改善率が上昇する。即ち、トラン
ジスタQ1及びQ3間とトランジスタQ2及びQ4間の飽和電流
の不整合と差動トランジスタQ5及びQ7間と差動トランジ
スタQ6及びQ8間の飽和電流の不整合が平均化されるので
オフセット電圧Voff1が小さくなり、従って改善率が上
昇する。 FIG. 2 shows the improvement rate of the offset with respect to N based on the above equation (32). As is clear from FIG. 12, the improvement rate increases as the value of N increases. That is, misalignment of the saturation current between the transistors Q 1 and Q 3 between the transistors Q 2 and mismatch and differential saturation current between Q 4 transistors Q 5 and Q 7 between the differential transistors Q 6 and Q 8 is Since the averaging is performed, the offset voltage V off1 is reduced, and the improvement rate is increased.
次にノイズについて説明する。図中、en1〜en8は乗算
回路の各トランジスタQ1〜Q8のコレクタ電流のショット
ノイズを電圧として示し、endはノイズ電圧en1〜en4を
まとめたもの、entはノイズ電圧en5〜en8をまとめたも
のである。単位周波数当りのノイズ電圧は次の式で与え
られる。Next, noise will be described. In the figure, en 1 ~en 8 shows the shot noise of the collector currents of the transistors Q 1 to Q 8 of the multiplying circuit as a voltage, as en d is a summary of the noise voltage en 1 ~en 4, en t noise voltage summarizes the en 5 ~en 8. The noise voltage per unit frequency is given by the following equation.
ここでendとentについて、次に示す式と成る。 Here, the en d with en t, becomes a following formula.
更に、end及びentをまとめてenxとして、その式を次
に示すと と成る。そして、ノイズ電流をinとして、上式(39)及
び式(31)に基づいて、そのノイズ電流inを求めると次
に示す式と成る。 Further, en d and en t are collectively referred to as en x , and the equation is as follows. It becomes. When the noise current is set to in and the noise current in is calculated based on the above equations (39) and (31), the following equation is obtained.
従って、第7図について説明した乗算回路のノイズ電
流を示す式 と比較してノイズ電流inが小さくなっていることがわか
る。 Therefore, the equation showing the noise current of the multiplication circuit described with reference to FIG. It can be seen that the noise current in is smaller than that of FIG.
第4図に上式(40)に基づいた、Nに対するノイズの
改善度〔dB〕を示している。この第4図からも明らかな
ように、Nの値を上げれば改善度〔dB〕が上昇する。FIG. 4 shows the noise improvement [dB] with respect to N based on the above equation (40). As is apparent from FIG. 4, the improvement [dB] increases as the value of N increases.
次に本発明による他の実施例について第5図を参照し
て説明するも、第1図の乗算回路と対応する部分には同
一符号を付してその重複説明は省略する。Next, another embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. 5, but portions corresponding to those of the multiplying circuit of FIG.
第1図の実施例では、ダイオード接続のトランジスタ
Q1〜Q4のコレクタ側にあったカレントミラー回路(3)
を代りに、第5図の実施例では、トランジスタQ1〜Q4の
エミッタ側に、カレントミラー回路(7)を設けてい
る。このカレトミラー回路(7)は、ダイオード接続の
トランジスタQ11及びトランジスタQ12から成り、トラン
ジスタQ11,Q12の各コレクタは夫々トランジスタQ1,Q3;Q
2,Q4のエミッタ接続点に接続され、トランジスタQ11,Q
12の各エミッタは夫々抵抗器R3,R4を通じて負電源−B
に接続される。In the embodiment of FIG. 1, a diode-connected transistor
Current mirror circuit was on the collector side of the Q 1 ~Q 4 (3)
Instead, in the embodiment of FIG. 5, the emitter of the transistor Q 1 to Q 4, is provided with a current mirror circuit (7). The Karetomira circuit (7) consists of the transistors Q 11 and the transistor Q 12 of the diode-connected transistor Q 11, the collector of Q 12 are each transistors Q 1, Q 3; Q
2 and Q 4 are connected to the emitter connection point, and transistors Q 11 and Q
Each of the 12 emitters is connected to a negative power supply -B through resistors R 3 and R 4 respectively.
Connected to.
ダイオード接続のトランジスタQ1,Q2の各コレクタ
(ベース)が、トランジスタQ7,Q8の各ベースに接続さ
れて、その接続点に電流Ix−iが流され、ダイオード接
続のトランジスタQ3,Q4の各コレクタ(ベース)がトラ
ンジスタQ5,Q6の各ベースに接続されて、その接続点に
電流Ix+iが流される。The collectors (bases) of the diode-connected transistors Q 1 and Q 2 are connected to the respective bases of the transistors Q 7 and Q 8 , and a current Ix−i flows through the connection point, and the diode-connected transistors Q 3 and Q 3 the collectors of Q 4 (base) is connected to the bases of the transistors Q 5, Q 6, it flows a current Ix + i to the connection point.
(5)はカレントミラー回路で、ダイオード接続のPN
P型トランジスタQ9及びトランジスタQ10を備え、その各
コレクタが夫々トランジスタQ6,Q7のコレクタに夫々接
続され、その各エミッタが夫々抵抗器R1,R2を通じて正
電源+Bに接続されて、夫々トランジスタQ9,Q10の負荷
を構成している。尚、トランジスタQ7のコレクタから出
力端子OUTが出力されている。(5) is a current mirror circuit, which is a diode-connected PN
Comprising a P-type transistor Q 9 and the transistor Q 10, the respective collectors are respectively connected to the collectors of the respective transistors Q 6, Q 7, the respective emitter is connected to the positive power source + B via respective resistors R 1, R 2 , And constitute the load of the transistors Q 9 and Q 10 , respectively. Note that the output terminal OUT from the collector of the transistor Q 7 is outputted.
(6)はカレントミラー回路で、ダイオード接続のト
ランジスタQ15及びトランジスタQ13,Q14から構成され、
トランジスタQ15,Q13,Q14の各エミッタは夫々抵抗器R7,
R5,R6を通じて負電源−Bに接続されている。そして、
トランジスタQ15に定電流Iyが流され、定電流Iyがコレ
クタに流れるトランジスタQ13,Q14の各コレクタが夫々
トランジスタQ5,Q7及びQ6,Q8の各エミッタに接続され
る。(6) in the current mirror circuit is composed of transistors Q 15 and the transistor Q 13, Q 14 of the diode connection,
The emitters of the transistors Q 15 , Q 13 , Q 14 are respectively connected to resistors R 7 ,
It is connected to a negative power source -B through R 5, R 6. And
Constant current Iy is flowed in the transistor Q 15, the constant current Iy is the collectors of the transistors Q 13, Q 14 flowing to the collector connected to the emitters of the respective transistors Q 5, Q 7 and Q 6, Q 8.
尚、第1図について説明した乗算回路は夫々ダイオー
ド接続されたトランジスタQ1,Q3及びQ2,Q4のエミッタか
ら夫々出力を得るようにしたが、第5図の乗算回路で
は、トランジスタQ1,Q2及びQ3,Q4のコレクタから夫々出
力を得ており、Ix±iの電流源の向きは反対と成るが、
乗算回路としての基本的動作は第1図の回路と同様であ
る。The multiplying circuit described with reference to FIG. 1 obtains outputs from the emitters of the diode-connected transistors Q 1 , Q 3 and Q 2 , Q 4 , respectively. 1 , Q 2 and Q 3 , Q 4, respectively , the output is obtained from the collector, and the direction of the current source of Ix ± i is opposite,
The basic operation of the multiplication circuit is the same as that of the circuit shown in FIG.
上述した実施例の第1の特徴は、エミッタ共通差動ト
ランジスタ対(1),(2)の非線形な伝達コンダクタ
ンスに対し逆関数を持つ非線形素子(第1〜第4のダイ
オードQ1,Q2,Q3,Q4)をエミッタ共通差動トランジスタ
対(1),(2)の前段に設けて、入力電流iを予め歪
ませることにより、全体として、入出力電流i,ioの関係
を線型にした点である。The first feature of the above-described embodiment is that a nonlinear element (first to fourth diodes Q 1 , Q 2 ) having an inverse function to the nonlinear transfer conductance of the common emitter differential transistor pair (1), (2) is used. , Q 3 , Q 4 ) are provided before the common-emitter differential transistor pair (1), (2), and the input current i is distorted in advance, so that the relationship between the input / output currents i, i o as a whole is It is a linear point.
又、上述した実施例の第2の特徴は、エミッタ共通差
動トランジスタ対(1),(2)のエミッタ面積の小さ
いトランジスタQ6,Q7側から出力を取り出し、その定常
電流を減らす手段として、エミッタ面積比を利用してお
り、これによって、雑音やオフセットの改善を行うこと
ができる。The second feature of the above-described embodiment is that the output is taken out from the transistors Q 6 and Q 7 having a small emitter area of the common emitter differential transistor pair (1) and (2) to reduce the steady current. , The area ratio of the emitters is used, whereby noise and offset can be improved.
上述せる本発明によれば、互に等しい定電流Ixの第1
及び第2の定電流源と、アノード及びカソードのうち一
方の電極が第1の定電流源に共通に接続され、飽和電流
の比が、N−1:1(但し、N>2)に設定された第1及
び第2のダイオードと、アノード及びカソードのうち一
方の電極が第2の定電流源に共通に接続され、飽和電流
の比が、1:N−1に設定された第3及び第4のダイオー
ドと、各ベースが第2及び第4のダイオードの他方の電
極に共通接続され、飽和電流の比が、N−1:1に設定さ
れた第1及び第2のトランジスタと、各ベースが第1及
び第3のダイオードの他方の電極に共通接続され、飽和
電流の比が、1:N−1に設定された第3及び第4のトラ
ンジスタと、第1及び第3のトランジスタの各エミッタ
に共通に接続され、定電流がIyの第3の定電流源と、第
2及び第4のトランジスタの各エミッタに共通に接続さ
れ、定電流がIyの第4の定電流源とを有し、第1及び第
3のダイオードを流れる電流の和と、第2及び第4のダ
イオードを流れる電流の和との差が、入力電流iに等し
く成るようにしたとき、第2及び第3のトランジスタの
各コレクタ電流の差として得られる出力電流ioが と成るようにしたことにより、積分容量を増加させるこ
となく、S/N(雑音やオフセット特性)を改善できる。According to the present invention described above, the first constant current Ix equal to the first
And one of the anode and the cathode is commonly connected to the first constant current source, and the ratio of the saturation current is set to N−1: 1 (where N> 2). The first and second diodes, and one of the anode and the cathode are commonly connected to a second constant current source, and the third and the third have a saturation current ratio set to 1: N-1. A fourth diode, first and second transistors each having a base commonly connected to the other electrode of the second and fourth diodes, and having a saturation current ratio set to N−1: 1; A base is commonly connected to the other electrodes of the first and third diodes, and the third and fourth transistors have a saturation current ratio set to 1: N−1, and the first and third transistors have the same ratio. A third constant current source connected in common to each emitter and having a constant current of Iy, and second and fourth transistors A fourth constant current source connected to each emitter in common and having a constant current of Iy, the sum of the currents flowing through the first and third diodes and the sum of the currents flowing through the second and fourth diodes; Is equal to the input current i, the output current io obtained as the difference between the collector currents of the second and third transistors is As a result, S / N (noise and offset characteristics) can be improved without increasing the integration capacity.
第1図は本発明の一実施例を示す回路図、第2図はオフ
セットの改善率を示すグラフ、第3図は実施例における
オフセット及びノイズの説明のための回路図、第4図は
ノイズの改善度を示すグラフ、第5図は他の実施例を示
す回路図、第6図は従来例を示す回路図、第7図は従来
例におけるオフセット及びノイズの説明のための回路図
である。 (1)及び(2)は差動増幅回路、(3)はカレントミ
ラー回路、(4)は減算回路、Q1,Q2,‥‥Q10はトラン
ジスタ、R1及びR2は抵抗器である。FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a graph showing an improvement rate of offset, FIG. 3 is a circuit diagram for explaining offset and noise in the embodiment, and FIG. FIG. 5 is a circuit diagram showing another embodiment, FIG. 6 is a circuit diagram showing a conventional example, and FIG. 7 is a circuit diagram for explaining offset and noise in the conventional example. . (1) and (2) are differential amplifier circuits, (3) is a current mirror circuit, (4) is a subtraction circuit, Q 1 , Q 2 , and ΔQ 10 are transistors, and R 1 and R 2 are resistors. is there.
Claims (1)
流源と、 アノード及びカソードのうちの一方の電極が上記第1の
定電流源に共通に接続され、飽和電流の比が、 N−1:1(但し、N>2) に設定された第1及び第2のダイオードと、 アノード及びカソードのうちの一方の電極が上記第2の
定電流源に共通に接続され、飽和電流の比が、 1:N−1 に設定された第3及び第4のダイオードと、 各ベースが上記第2及び第4のダイオードの他方の電極
に共通接続され、飽和電流の比が、 N−1:1 に設定された第1及び第2のトランジスタと、 各ベースが上記第1及び第3のダイオードの他方の電極
に共通接続され、飽和電流の比が、 1:N−1 に設定された第3及び第4のトランジスタと、 上記第1及び第3のトランジスタの各エミッタに共通に
接続され、定電流がIyの第3の定電流源と、 上記第2及び第4のトランジスタの各エミッタに共通に
接続され、定電流がIyの第4の定電流源とを有し、 上記第1及び第3のダイオードを流れる電流の和と、上
記第2及び第4のダイオードを流れる電流の和との差
が、入力電流iに等しく成るようにしたとき、上記第2
及び第3のトランジスタの各コレクタ電流の差として得
られる出力電流ioが、 と成るようにしたことを特徴とする乗算回路。A first and a second constant current source having a constant current Ix equal to each other, and one of an anode and a cathode is commonly connected to the first constant current source, and a ratio of a saturation current The first and second diodes are set to N−1: 1 (where N> 2), and one of an anode and a cathode is commonly connected to the second constant current source, Third and fourth diodes having a saturation current ratio set to 1: N−1, each base is commonly connected to the other electrode of the second and fourth diodes, and the saturation current ratio is The first and second transistors set to N−1: 1, each base is commonly connected to the other electrode of the first and third diodes, and the ratio of the saturation current is 1: N−1. Common to the set third and fourth transistors and the emitters of the first and third transistors A third constant current source having a constant current of Iy, and a fourth constant current source having a constant current of Iy and commonly connected to the emitters of the second and fourth transistors. When the difference between the sum of the currents flowing through the first and third diodes and the sum of the currents flowing through the second and fourth diodes is made equal to the input current i, the second
And the output current io obtained as the difference between the collector currents of the third transistor and A multiplication circuit characterized by the following.
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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Publications (2)
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