專利名稱：混合式寬范圍乘法器及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種乘法器，特別是關(guān)于一種混合式寬范圍乘法器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的模擬乘法器由MOS晶體管構(gòu)成，例如2006年在IEEE發(fā)表的論文「ALow Voltage Four-Quadrant Analog Multiplier Using Triode—MOSFETs」，^ ^! :!!禾UM MOS晶體管的三極管區(qū)(triode region)來實現(xiàn)，因此其輸入信號受限在一定范圍內(nèi)，故只 適合交流小信號的應(yīng)用。大直流信號的應(yīng)用通常使用數(shù)字乘法器，但數(shù)字乘法器有占用較 大芯片面積的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一，在于提出一種結(jié)合模擬電路及數(shù)字電路的混合式乘法器及其 方法。本發(fā)明的目的之一，在于提出一種具有寬輸入范圍的乘法器及其方法。根據(jù)本發(fā)明，一種用以將第一及第二信號相乘產(chǎn)生輸出信號的混合式寬范圍乘法 器包括增益調(diào)整器根據(jù)參考值產(chǎn)生參考信號，增益追隨器根據(jù)該第一信號產(chǎn)生該輸出信 號，增益控制器根據(jù)該第二信號產(chǎn)生目標值，比較器比較該參考信號及目標值產(chǎn)生比較信 號，以及數(shù)字電路根據(jù)該比較信號產(chǎn)生控制信號，以調(diào)整該增益調(diào)整器的增益以使該參考 信號等于該目標值，以及調(diào)整該增益追隨器的增益使其維持與該增益調(diào)整器的增益的比例 關(guān)系。根據(jù)本發(fā)明，一種用以將第一及第二信號相乘產(chǎn)生輸出信號的方法包括根據(jù)第一 增益及參考值產(chǎn)生參考信號，根據(jù)該第二信號產(chǎn)生目標值，比較該參考信號及目標值產(chǎn)生 比較信號，根據(jù)該比較信號決定控制信號，根據(jù)該控制信號調(diào)整該第一增益，以使該參考信 號等于該目標值，以及根據(jù)該控制信號調(diào)整第二增益，使其維持與該第一增益的比例關(guān)系， 以及根據(jù)該第二增益及該第一信號產(chǎn)生輸出信號。本發(fā)明的乘法器根據(jù)歐姆定律，利用電阻轉(zhuǎn)換輸入電壓或輸入電流，因此輸入范 圍不受限制，而且電路也較簡單，更容易實現(xiàn)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的混合式寬范圍乘法器的方塊圖；圖2是圖1應(yīng)用在電壓乘法器的實施例；圖3是圖1應(yīng)用在電壓電流乘法器的實施例；圖4是圖1應(yīng)用在電壓電流乘法器的實施例；以及圖5是圖1應(yīng)用在電流乘法器的實施例。具體實施例下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細描述。顯然，所描述的實施 例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲取 的其它實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。圖1是根據(jù)本發(fā)明的混合式寬范圍乘法器的方塊圖，參考值Sref經(jīng)增益調(diào)整器10 轉(zhuǎn)換為參考信號f (Sref) =fl = Kref X Sref, ^ ζ 1其中Kref是增益調(diào)整器10的增益，第一輸入信號Sl經(jīng)增益追隨器12轉(zhuǎn)換為輸 出信號So = KlXSl,公式 2其中Kl是增益追隨器12的增益，第二輸入信號S2經(jīng)增益控制器18轉(zhuǎn)換為目標值f(S2) = f2 = K2XS2，公式 3其中K2是增益控制器18的增益，比較器16比較參考信號f 1及目標值f2產(chǎn)生比 較信號komp，數(shù)字電路14根據(jù)比較信號komp產(chǎn)生控制信號UP_D0WN，調(diào)整增益調(diào)整器10 的增益Kref，使參考信號Π等于目標值f2，也調(diào)整增益追隨器12的增益Kl，使其維持與增 益Kref的關(guān)系，例如Kl = mXKref，公式 4其中m為常數(shù)。此乘法器在穩(wěn)態(tài)時，因為fl = f2，根據(jù)公式1及公式3，所以Kref= (K2XS2)/Sref= (K2/Sref) X S2,公式 5又因為Kl = mXKref，所以So = {mX [ (K2/Sref) X S2]} X Sl= (mXK2/Sref) XS1XS2，公式 6其具有輸入信號Sl及S2相乘的信息。較佳者，數(shù)字電路14可儲存增益Kref及 Kl的值，當該乘法器發(fā)生輸入瞬時時，數(shù)字電路14可立即將增益調(diào)整器10及增益追隨器 12的增益Kref及Kl調(diào)整為其所儲存的值，不必再從頭開始調(diào)整。圖2是圖1應(yīng)用在電壓乘法器的實施例，可將輸入電壓Vl及V2相乘產(chǎn)生輸出電 壓Vo。在圖2中，使用參考電壓Vref作為參考值Sref，增益調(diào)整器10包括可變電阻Rl及 電阻R2組成分壓器將參考電壓Vref分壓，該分壓VR2經(jīng)緩沖器22輸出。因為可變電阻Rl 及電阻R2串聯(lián)，所以增益Kref = R2/(R1+R2)。公式 7在增益追隨器12中，電阻R3及R4組成分壓器將電壓Vl分壓，該分壓經(jīng)緩沖器M 輸出為電壓Vo。因為電阻R3及R4串聯(lián)，所以增益Kl = R4/(R3+R4)。在增益控制器18中， 電阻R5及R6組成分壓器將電壓V2分壓，該分壓VR6經(jīng)緩沖器沈輸出為目標值。因為電 阻R5及R6串聯(lián)，所以增益K2 = R6/ (R5+R6)。公式 8根據(jù)公式6可得Vo = {mX [R6/ (R5+R6) ]/Vref} XV1XV2= {(mXR6)/[(R5+R6) XVref]} XV1XV2，公式 9
由公式9可知，此電壓乘法器的輸出電壓Vo包含輸入電壓Vl及V2相乘的信息。 較佳者，升降計數(shù)器20可儲存可變電阻Rl及R3的電阻值，在發(fā)生輸入瞬時時(即輸入瞬 間或瞬時輸入)，升降計數(shù)器20可立即將可變電阻Rl及R3的電阻值調(diào)整為其所儲存的值， 進而調(diào)整增益Kref及Kl。圖3是圖1應(yīng)用在電壓電流乘法器的實施例，可將輸入電壓Vl及輸入電流12相 乘產(chǎn)生輸出電壓Vo。此電壓電流乘法器包括圖2的增益調(diào)整器10及增益追隨器12、數(shù)字 電路14及比較器16，增益控制器18包含電阻R6接受電流12產(chǎn)生電壓VR6 = I2XR6，因 此增益K2 = R6。公式 10在穩(wěn)態(tài)時，VR2 = VR6，因此由公式6及公式10可得Vo = (mXR6/Vref) XVl X 12。公式 11 由公式11可知，此電壓電流乘法器的輸出電壓Vo包含輸入電壓Vl與輸入電流12 相乘的信息。圖4是圖1應(yīng)用在電壓電流乘法器的實施例，可將輸入電流Il及輸入電壓V2相 乘產(chǎn)生輸出電壓Vo。此電壓電流乘法器包括圖2的增益調(diào)整器10、數(shù)字電路14、比較器16 及增益控制器18，增益追隨器12除了可變電阻R3、電阻R4及緩沖器M以外，還包括電阻 R7及緩沖器28。電阻R7接受電流Il產(chǎn)生電壓VR7 = Il XR7，經(jīng)緩沖器28供應(yīng)給可變電 阻R3及電阻R4組成的分壓器。根據(jù)公式6及公式8，此電壓電流乘法器的輸出電壓Vo = {m X [R6/ (R5+R6) ] /Vref] XI1XV2= {(mXR6)/[(R5+R6) XVref]} XI1XV2，公式 12其包含輸入電流Il與輸入電壓V2相乘的信息。圖5是圖1應(yīng)用在電流乘法器的實施例，可將輸入電流Il及12相乘產(chǎn)生輸出電 壓Vo。此電流乘法器包括圖4的增益調(diào)整器10、增益追隨器12、數(shù)字電路14及比較器16， 增益控制器18包括電阻R6接受電流12產(chǎn)生電壓VR6 = I2XR6。在穩(wěn)態(tài)時，根據(jù)公式6及 公式10，可得輸出電壓Vo=(mXR6/Vref)XIlXI2，&Sl3其包含輸入電流Il及12相乘的信息。由上述實施例可知，該乘法器用以將第一及第二信號(該第一信號分別對應(yīng)圖1 至圖5中的31、￥1)1、11、11，與之對應(yīng)的，該第二信號則分別對應(yīng)圖1至圖5中的S2、V2、 I2.V2.I2)相乘產(chǎn)生輸出信號的方法包括根據(jù)第一增益(Kref)及參考值(SrefJref)產(chǎn) 生參考信號(fl、VR2)，根據(jù)該第二信號產(chǎn)生目標值(f2、VR6)，比較該參考信號及目標值產(chǎn) 生比較信號(Scomp)，根據(jù)該比較信號決定控制信號(UP_D0WN)，根據(jù)該控制信號調(diào)整該第 一增益，以使該參考信號等于該目標值，以及根據(jù)該控制信號調(diào)整第二增益，使其維持與該 第一增益的比例關(guān)系，以及根據(jù)該第二增益及該第一信號產(chǎn)生輸出信號。本發(fā)明的乘法器根據(jù)歐姆定律，利用電阻轉(zhuǎn)換輸入電壓或輸入電流，因此輸入范 圍不受限制，而且電路也較簡單，更容易實現(xiàn)。以上，僅為本發(fā)明的較佳實施例，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本 技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在 本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求所界定的保護范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種混合式寬范圍乘法器，用以將第一及第二信號相乘產(chǎn)生輸出信號，其特征在于， 該乘法器包括具有第一增益的增益調(diào)整器，根據(jù)參考值產(chǎn)生參考信號； 具有第二增益的增益追隨器，根據(jù)該第一信號產(chǎn)生該輸出信號； 增益控制器，根據(jù)該第二信號產(chǎn)生目標值；比較器連接該增益調(diào)整器及增益控制器，比較該參考信號及目標值產(chǎn)生比較信號；以及數(shù)字電路連接該比較器、增益調(diào)整器及增益追隨器，根據(jù)該比較信號產(chǎn)生控制信號，以 調(diào)整該第一增益以使該參考信號等于該目標值，以及調(diào)整該第二增益使其維持與該第一增 益的比例關(guān)系。
2.如權(quán)利要求1所述的混合式寬范圍乘法器，其特征在于，該參考值為電壓。
3.如權(quán)利要求2所述的混合式寬范圍乘法器，其特征在于，該增益調(diào)整器包括分壓器 將作為該參考值的電壓分壓而產(chǎn)生該參考信號，該控制信號調(diào)整該分壓器的分壓比。
4.如權(quán)利要求3所述的混合式寬范圍乘法器，其特征在于，該分壓器包括 可變電阻接受該控制信號調(diào)整其電阻值；以及電阻與該可變電阻串聯(lián)，以產(chǎn)生該分壓。
5.如權(quán)利要求1所述的混合式寬范圍乘法器，其特征在于，該第一信號為電壓信號。
6.如權(quán)利要求5所述的混合式寬范圍乘法器，其特征在于，該增益追隨器包括分壓器 將該第一信號分壓而產(chǎn)生該輸出信號，該控制信號調(diào)整該分壓器的分壓比。
7.如權(quán)利要求6所述的混合式寬范圍乘法器，其特征在于，該分壓器包括 可變電阻接受該控制信號調(diào)整其電阻值；以及電阻與該可變電阻串聯(lián)，以產(chǎn)生該分壓。
8.如權(quán)利要求1所述的混合式寬范圍乘法器，其特征在于，該第一信號為電流信號。
9.如權(quán)利要求8所述的混合式寬范圍乘法器，其特征在于，該增益追隨器包括 第一電阻根據(jù)該第一信號產(chǎn)生電壓；以及分壓器將該電壓分壓而產(chǎn)生該輸出信號，該控制信號調(diào)整該分壓器的分壓比。
10.如權(quán)利要求9所述的混合式寬范圍乘法器，其特征在于，該分壓器包括 可變電阻接受該控制信號調(diào)整其電阻值；以及第二電阻與該可變電阻串聯(lián)，以產(chǎn)生該分壓。
11.如權(quán)利要求1所述的混合式寬范圍乘法器，其特征在于，該第二信號為電壓信號。
12.如權(quán)利要求11所述的混合式寬范圍乘法器，其特征在于，該增益控制器包括分壓 器將該第二信號分壓而產(chǎn)生該目標值。
13.如權(quán)利要求12所述的混合式寬范圍乘法器，其特征在于，該分壓器包括 第一電阻；以及第二電阻與該第一電阻串聯(lián)，以產(chǎn)生該分壓。
14.如權(quán)利要求1所述的混合式寬范圍乘法器，其特征在于，該第二信號為電流信號。
15.如權(quán)利要求14所述的混合式寬范圍乘法器，其特征在于，該增益控制器包括電阻 根據(jù)該第二信號產(chǎn)生該目標值。
16.如權(quán)利要求1所述的混合式寬范圍乘法器，其特征在于，該數(shù)字電路包括升降計數(shù)器根據(jù)該比較信號產(chǎn)生該控制信號。
17.如權(quán)利要求1所述的混合式寬范圍乘法器，其特征在于，該數(shù)字電路儲存該第一及 第二增益的值，或儲存決定該第一及第二增益的參數(shù)。
18.一種用以將第一及第二信號相乘產(chǎn)生輸出信號的方法，其特征在于，包括(a)根據(jù)第一增益及參考值產(chǎn)生參考信號；(b)根據(jù)該第二信號產(chǎn)生目標值；(c)比較該參考信號及目標值產(chǎn)生比較信號；(d)根據(jù)該比較信號決定控制信號；(e)根據(jù)該控制信號調(diào)整該第一增益，以使該參考信號等于該目標值；(f)根據(jù)該控制信號調(diào)整第二增益，使其維持與該第一增益的比例關(guān)系；以及(g)根據(jù)該第二增益及該第一信號產(chǎn)生輸出信號。
19.如權(quán)利要求18所述的用以將第一及第二信號相乘產(chǎn)生輸出信號的方法，其特征在 于，更包括提供參考電壓作為該參考值。
20.如權(quán)利要求19所述的用以將第一及第二信號相乘產(chǎn)生輸出信號的方法，其特征在 于，該步驟a包括根據(jù)分壓比將該參考電壓分壓而產(chǎn)生該參考信號。
21.如權(quán)利要求20所述的用以將第一及第二信號相乘產(chǎn)生輸出信號的方法，其特征在 于，該步驟e包括根據(jù)該控制信號調(diào)整該分壓比。
22.如權(quán)利要求21所述的用以將第一及第二信號相乘產(chǎn)生輸出信號的方法，其特征在 于，該根據(jù)該控制信號調(diào)整該分壓比的步驟包括串聯(lián)兩電阻；以及根據(jù)該控制信號調(diào)整該兩電阻其中之一的電阻值。
23.如權(quán)利要求18所述的用以將第一及第二信號相乘產(chǎn)生輸出信號的方法，其特征在 于，該第一信號為電壓信號，且該步驟g包括根據(jù)分壓比將該第一信號分壓而產(chǎn)生該輸出 信號。
24.如權(quán)利要求23所述的用以將第一及第二信號相乘產(chǎn)生輸出信號的方法，其特征在 于，該步驟f包括根據(jù)該控制信號調(diào)整該分壓比。
25.如權(quán)利要求M所述的用以將第一及第二信號相乘產(chǎn)生輸出信號的方法，其特征在 于，該根據(jù)該控制信號調(diào)整該分壓比的步驟包括串聯(lián)兩電阻；以及根據(jù)該控制信號調(diào)整該兩電阻其中之一的電阻值。
26.如權(quán)利要求18所述的用以將第一及第二信號相乘產(chǎn)生輸出信號的方法，其特征在 于，該第一信號為電流信號，且該步驟g包括將該第一信號從該電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號；以及根據(jù)分壓比將該電壓信號分壓而產(chǎn)生該輸出信號。
27.如權(quán)利要求沈所述的用以將第一及第二信號相乘產(chǎn)生輸出信號的方法，其特征在 于，該步驟f包括根據(jù)該控制信號調(diào)整該分壓比。
28.如權(quán)利要求27所述的用以將第一及第二信號相乘產(chǎn)生輸出信號的方法，其特征在 于，該根據(jù)該控制信號調(diào)整該分壓比的步驟包括串聯(lián)兩電阻；以及根據(jù)該控制信號調(diào)整該兩電阻其中之一的電阻值。
29.如權(quán)利要求18所述的用以將第一及第二信號相乘產(chǎn)生輸出信號的方法，其特征在 于，該第二信號為電壓信號，且該步驟b包括將該第二信號分壓而產(chǎn)生該目標值。
30.如權(quán)利要求18所述的用以將第一及第二信號相乘產(chǎn)生輸出信號的方法，其特征在 于，該第二信號為電流信號，且該步驟b包括將該第二信號從該電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號；以及 將該電壓信號分壓而產(chǎn)生該目標值。
31.如權(quán)利要求18所述的用以將第一及第二信號相乘產(chǎn)生輸出信號的方法，其特征在 于，更包括儲存該第一及第二增益的值，或儲存決定該第一及第二增益的參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種混合式寬范圍乘法器及其方法，用以將第一及第二信號相乘產(chǎn)生輸出信號。該乘法器包括增益調(diào)整器將參考值轉(zhuǎn)換為參考信號，增益追隨器將該第一信號轉(zhuǎn)換為該輸出信號，增益控制器將該第二信號轉(zhuǎn)換為目標值，比較器比較該參考信號及目標值而產(chǎn)生比較信號，數(shù)字電路根據(jù)該比較信號產(chǎn)生控制信號，據(jù)以調(diào)整該增益調(diào)整器的增益，以使該參考信號等于該目標值，以及調(diào)整該增益追隨器的增益，使其維持與該增益調(diào)整器的增益的比例關(guān)系。
文檔編號G06F7/523GK102135868SQ20101000095
公開日2011年7月27日 申請日期2010年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月21日
發(fā)明者呂紹鴻, 陳岳民, 陳曜洲 申請人:立锜科技股份有限公司