高线性度宽输入范围可变增益单象限CMOS乘法器制造技术

本实用新型专利技术揭示一种高线性度宽输入范围可变增益单象限ＣＭＯＳ乘法器，属于模拟集成电路领域。该乘法器包括用于接收第一输入电压，输出第一电流的第一级电压－电流转换电路、用于接收第一电流，输出中间级电压的第一级电流－电压转换电路、用于接收中间级电压得到输出电流的第二级电压－电流转换电路、用于将输出电流转换为输出电压的第二级电流－电压转换电路以及增益控制电路。本实用新型专利技术的有益效果在于可以保证乘法器的高线性度，减少乘法器的总谐波失真，同时扩大了输入电压的范围。增益控制电路实现了增益可调，使得输入电压在８５Ｖ～２６５Ｖ范围内，系统能保持很好的稳定性。本实用新型专利技术采用ＣＭＯＳ工艺，工艺兼容性好，节约成本，更好地满足了集成电路产业化生产的需要。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及乘法器，具体涉及一种具有高线性度、宽输入范围、可变 增益的单象限CMOS乘法器。
技术介绍
乘法器主要用在功率因数校正(Power Factor Correction縮写PFC)电路中， 它是PFC电路的核心。乘法器完成的功能可以用如下公式表示C =《dXjS。其 中A为经桥式整流之后得到的AC电压的分压；B为输出电压的反馈信号，用 以保持输出电压恒定；K为乘法器的增益；C为乘法器的输出，作为PWM比较 器的比较电平，用来控制PWM模块输出信号的频率以及占空比。为了减少乘法器的总谐波失真(Total Harmonic Distortion縮写THD)，要求 C/A的线性度很高，即C要紧随A的变化而变化。现有技术中，绝大多数集成 模拟乘法器均采用著名的Gilbert乘法单元，但Gilbert单元的线性输入范围比较 窄，传统乘法器只能接受0 1V左右的输入，限制了乘法器的使用。传统集成模 拟乘法器采用Bipolar工艺，工艺兼容性较差，成本高，难以满足集成电路产业 化生产的要求。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的目的在于提供一种采用CMOS工艺的单象限模拟 乘法器，该乘法器具有高线性度和宽输入范围，并且增益可调。 为实现上述目的，本技术采用的技术方案如下-一种高线性度宽输入范围可变增益单象限CMOS乘法器，其特征在于该乘 法器包括第一级和第二级电压-电流转换电路、第一级和第二级电流-电压转换电 路和一增益控制电路，其中，第一级电压-电流转换电路接收第一输入电压，输出第一电流；第一级电流-电压转换电路接收第一 电流，输出中间级电压；第二级电压-电流转换电路接收中间级电压，转换为第一支路电流和第二支 路电流，两条支路电流受第二电流偏置，两条支路电流的差值经双端到单端转 换电路得到输出电流；第二级电流-电压转换电路的输出电流转换为输出电压；增益控制电路通过第二输入电压的大小对第二电流的大小进行控制。所述第一级电压-电流转换电路包括第一运算跨导放大器，其反相输入端接 地，正相输入端接收所述第一输入电压，输出端输出第一电流。所述第一级电流-电压转换电路包括第一、第二、第三和第四场效应管，第 一、第二场效应管的漏极和栅极都与一电压源连接，第一、第二场效应管的源 极分别连接第三、第四场效应管的漏极，第三场效应管的漏极和栅极相连接收 第一电流，第三、第四场效应管的栅极相连，源极均接地，构成电流镜，所述 中间级电压的正、负极分别取自第一、第二场效应管的源极。所述第二级电压-电流转换电路包括构成差分对管的第五场效应管和第六场 效应管，第六、第五场效应管的栅极分别与所述中间级电压的正、负极连接， 所述第一、第二支路电流分别为流经第五、第六场效应管的电流，第五、第六 场效应管的源极相连形成两支路电流的汇结端，两支路电流受第二电流偏置。所述第二级电压-电流转换电路还包括一双端到单端转换电路，所述双端到 单端转换电路包括第七、第八场效应管构成的电流镜，第七、第八场效应管的 漏极分别与第五、第六场效应管的漏极连接，所述双端到单端转换电路还包括 第九、第十场效应管构成的电流镜，第九场效应管的漏极连接第六场效应管的 漏极，将第二支路电流和第一支路电流的差值电流镜像给第十场效应管，得到 输出电流。所述第二级电流-电压转换电路包括一电阻，电阻的一端接地，另一端与所 述双端到单端转换电路的输出端连接，接收输出电流转换为输出电压。所述增益控制电路包括第二、第三运算跨导放大器，两个运算跨导放大器 的正相输入端接收输出电压的反馈电压，两个运算跨导放大器的输出端与所述 两条支路电流的汇结端连接提供第二电流，第二、第三运算跨导放大器的反相 输入端分别输入第一参考电压和第二参考电压。所述第一参考电压为2.5V，所述第二参考电压为3.15V。 所述反馈电压与第一参考电压的差提供第二输入电压。 所述第一输入电压为交流输入经桥式整流后的分压。 本技术一种高线性度宽输入范围可变增益单象限CMOS乘法器，总的工作原理是通过<formula>formula see original document page 6</formula>的一系列转换，实现乘法器的功能，将乘法 器的第一输入电压和第二输入电压相乘输出。第一级电压-电流转换电路、第一级电流-电压转换电路、第二级电压-电 流转换电路和第二级电流-电压转换电路是乘法器的核心。第一级电压-电流转 换电路通过第一运算跨导放大器将第一输入电压和地GND之间的差值转化为 第一电流，第一级电流-电压转换电路将第一电流转换为中间级电压，中间级 电压从第一、第二场效应管的源极双端输出。第二级电压-电流转换电路中， 第六、第五场效应管的栅极分别连接中间级电压的正、负极，用于接收中间 级电压，并转换为流经第五场效应管的第一支路电流和流经第六场效应管的 第二支路电流，第五场效应管的源极和第六场效应管的源极连接形成两支路 电流的汇结端，两支流电流受第二电流偏置。两支路电流通过双端到单端转 换电路得到乘法器的输出电流。第二级电流-电压转换电路接收该输出电流， 通过一电阻转换输出乘法器的输出电压。第二电流的大小由增益控制电路控 制，而乘法器的增益是由第二电流控制的，随第二电流的变化而变化。增益 控制电路中第二、第三运算跨导放大器的输出端连接在一起，并与第一支路 电流和第二支路电流的汇结端连接，提供用于偏置的第二电流。第二、第三 运算跨导放大器的正相输入端接收输出电压的反馈电压，反相输入端分别输入第一参考电压2.5V和第二参考电压3.15V。当反馈电压小于2.5V时，两个运 算跨导放大器的输出端都没有电流，第二电流为0，乘法器不工作。当反馈电 压大于2.5V小于3.15V的时候，只有第二运算跨导放大器的输出端有电流产 生，第二电流等于该输出端产生的电流。当反馈电压大于3.15V时，第二、第 三运算跨导放大器的输出端都有电流产生，第二电流等于两输出端产生的电 流之和。因此，乘法器的增益受反馈电压大小影响，当反馈电压在3.15V上下 变化时，乘法器的增益分别为不同的值。本技术的有益效果在于，通过对第一级电压-电流转换电路、第一级 电流-电压转换电路、第二级电压-电流转换电路的设置，可以保证乘法器输出 电压和第一输入电压之间的高线性度，减少乘法器的总谐波失真，同时扩大 了输入电压的范围，输入电压可以在0 3V之间选择。增益控制电路控制第二 电流的大小，实现增益可调，使得输入电压在85V 265V范围内，系统能保 持很好的稳定性。。本技术采用CMOS工艺，工艺兼容性好，电路结构简单紧凑，节省面 积，节约成本，降低功耗，更好地满足了集成电路产业化生产的需要。附图说明以下结合附图和具体实施例对本技术作进一步的阐述。图1为本技术具体实施例的电路结构图；图2为图1中双端到单端转换电路的局部电路结构图。具体实施方式如图1所示， 一种高线性度宽输入范围可变增益单象限CMOS乘法器，包 括第一级电压-电流转换电路l、第一级电流-电压转换电路2、第二级电压-电流 转换电路3 、第二级电流-电压转换电路4和增益控制电路5 。第一级电压-电流转换电路1包括第一运算跨导放大器OTAl。第一运本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高线性度宽输入范围可变增益单象限ＣＭＯＳ乘法器，其特征在于该乘法器包括第一级和第二级电压－电流转换电路、第一级和第二级电流－电压转换电路和一增益控制电路，其中，第一级电压－电流转换电路接收第一输入电压，输出第一电流；第一 级电流－电压转换电路接收第一电流，输出中间级电压；第二级电压－电流转换电路接收中间级电压，转换为第一支路电流和第二支路电流，两条支路电流受第二电流偏置，两条支路电流的差值经双端到单端转换电路得到输出电流；第二级电流－电压转换 电路的输出电流转换为输出电压；增益控制电路通过第二输入电压的大小对第二电流的大小进行控制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，
申请(专利权)人：绿达光电苏州有限公司，
类型：实用新型
国别省市：32[中国|江苏]