專利名稱：包括具有可變加權(quán)系數(shù)的增益級的均方根－直流轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及RMS-DC轉(zhuǎn)換器，更具體地，涉及利用增益級和可變加權(quán)系數(shù)以提供非常寬的測量范圍的RMS-DC轉(zhuǎn)換器。
相關(guān)技術(shù)說明RMS-DC轉(zhuǎn)換器用于將任意信號的RMS(均方根)值轉(zhuǎn)換為代表信號的實(shí)際功率電平的準(zhǔn)-DC信號。為了在從DC到幾GHz的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行RMS-DC轉(zhuǎn)換，已設(shè)計了多種技術(shù)，其中的一些在由本申請的同一發(fā)明人在1999年2月4日申請的共同待審的美國專利申請09/245,051和1999年2月24日申請的共同待審的美國專利申請09/256,640中進(jìn)行了公開，并在這里引入作為參考。
已證明在寬的動態(tài)范圍內(nèi)進(jìn)行精確的RMS-DC轉(zhuǎn)換是困難的，特別是在幾GHz的RF頻率。由于例如那些采用CDMA的現(xiàn)代通信系統(tǒng)產(chǎn)生的信號具有非常寬的瞬時帶寬和復(fù)雜的波形，并且具有高波峰因數(shù)，并且由于工作頻率被不斷地推向更高，對于用于甚高頻的寬動態(tài)范圍的實(shí)際功率測量的需求變得更迫切了。
對數(shù)放大器(log amp)經(jīng)常用于測量RF信號的功率，因?yàn)樗鼈兡軌蛟诜浅挼膸拑?nèi)提供好的功率指示，但是測量依賴于RF信號的波形。在這方面，同步對數(shù)放大器具有特殊的重要性，因?yàn)樗鼈兣c其它對數(shù)放大器相比可減小固有噪聲電平，并由此提供擴(kuò)大的動態(tài)范圍。在授權(quán)給本申請的發(fā)明人的美國專利No.5,298,811中公開了同步對數(shù)放大器，并在這里引入作為參考。
但是，對數(shù)放大器，包括同步對數(shù)放大器，不能提供RMS響應(yīng)。當(dāng)把一個具有相當(dāng)大振幅的信號施加到對數(shù)放大器時，大多數(shù)放大器單元工作在一個妨礙在各個組分檢測器單元中或在其輸出的總和中獲得平方律響應(yīng)的限幅模式。
概要在本發(fā)明的一個方面，一系列級聯(lián)的增益級產(chǎn)生一系列被平方、加權(quán)、然后相加的逐漸放大信號，以提供真實(shí)的平方律響應(yīng)。在本發(fā)明的另一個方面中，兩個平行系列的級聯(lián)增益級產(chǎn)生一系列被相乘、加權(quán)、然后相加的逐漸放大信號對，以提供真實(shí)的平方律響應(yīng)，同時也抵消不相關(guān)噪聲。在本發(fā)明的再一個方面中，由指數(shù)信號發(fā)生器響應(yīng)一個輸入信號產(chǎn)生兩個信號，并將其組合以提供一個大約是輸入信號的平方值的輸出信號。在本發(fā)明的另一個方面中，由指數(shù)信號發(fā)生器響應(yīng)兩個輸入信號產(chǎn)生四個信號，并將其組合以提供一個大約是輸入信號的乘積的輸出信號。在本發(fā)明的又一個方面中，響應(yīng)一個輸入信號通過在串聯(lián)連接的第一對結(jié)中保持恒流來產(chǎn)生一個指數(shù)信號，從而在第一對結(jié)上產(chǎn)生第一電壓；并用一個等于第一電壓減去該信號電壓的電壓驅(qū)動第二對串聯(lián)的結(jié)。
附圖簡要說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的RMS-DC轉(zhuǎn)換器的構(gòu)架的實(shí)施例的簡化原理圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明利用與圖1類似的構(gòu)架的RMS-DC轉(zhuǎn)換器的實(shí)施例的簡化原理圖。
圖3是用于根據(jù)本發(fā)明的圖2的系統(tǒng)的平均電路的替代實(shí)施例的原理圖。
圖4是用于根據(jù)本發(fā)明的圖2的系統(tǒng)的平均電路的第二替代實(shí)施例的原理圖。
圖5示出了圖2所示系統(tǒng)如何被配置為根據(jù)本發(fā)明工作在測量模式的簡化原理圖。
圖6示出了圖2所示系統(tǒng)如何被配置為根據(jù)本發(fā)明工作在控制器模式的簡化原理圖。
圖7示出了圖2所示系統(tǒng)如何被配置為根據(jù)本發(fā)明工作在測量模式以測量非線性負(fù)載的實(shí)際功率的簡化原理圖。
圖8為根據(jù)本發(fā)明的寬帶放大器單元的優(yōu)選實(shí)施例的原理圖，適用于圖2電路的實(shí)際實(shí)現(xiàn)。
圖9示出了圖8的寬帶放大器單元的大信號增益函數(shù)。
圖10是根據(jù)本發(fā)明的四象限乘法器的實(shí)施例的原理圖，用于圖2電路的實(shí)際實(shí)現(xiàn)。
圖11是根據(jù)本發(fā)明的平均電路的實(shí)施例的簡化原理圖，用于圖2電路的實(shí)際實(shí)現(xiàn)。
圖12示出了圖11的平均電路的實(shí)際實(shí)施例的更詳細(xì)的原理圖。
圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的差分衰減器和乘法器的優(yōu)選方案，用于圖2電路的實(shí)際實(shí)現(xiàn)。
圖14是根據(jù)本發(fā)明的電流源的實(shí)施例的簡化原理圖，適用于圖11和圖12的平均電路。
圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的圖14的電流源的實(shí)際實(shí)施例的更詳細(xì)的原理圖。
圖16是常規(guī)電流鏡的原理圖。
圖17說明了圖16的電流鏡的輸出特性。
圖18示出了根據(jù)本發(fā)明用于RMS-DC轉(zhuǎn)換器的實(shí)際實(shí)現(xiàn)的平均電路的優(yōu)選圖19是根據(jù)本發(fā)明利用單個系列的增益級的RMS-DC轉(zhuǎn)換器的實(shí)施例的簡化原理圖。
圖20是根據(jù)本發(fā)明的平方單元的實(shí)施例的原理圖。
圖21是根據(jù)本發(fā)明的四象限乘法器的實(shí)施例的原理圖。
圖22和23是說明圖21的乘法器的工作的模擬圖。
詳細(xì)說明圖1是根據(jù)本發(fā)明的RMS-DC轉(zhuǎn)換器8的構(gòu)架的實(shí)施例的簡化原理圖。圖1的系統(tǒng)包括第一串或系列增益級12A、第二系列增益級12B、第一系列四象限乘法器M1，M2，...MN和只需在兩個象限工作的第二系列加權(quán)乘法器W1，W2，...WN。
第一系列增益級以級聯(lián)的方式連接并響應(yīng)輸入電壓VIN產(chǎn)生第一系列逐漸放大信號VkA(k＝1...N)。同樣地，第二系列增益級響應(yīng)輸入電壓VIN產(chǎn)生第二系列逐漸放大信號VkB(k＝1...N)。信號V1A和V1B為輸入電壓VIN(如下所述加上源enA和enB的噪聲)。第一系列乘法器連接到第一和第二系列增益級，從而每個乘法器Mk響應(yīng)相應(yīng)的放大信號VkA和VkB產(chǎn)生輸出信號。噪聲源enA和enB不是系統(tǒng)中單獨(dú)的部分，但是顯示為與第一和第二系列增益級的輸入串聯(lián)連接，以表示每個放大器總的與輸入有關(guān)的熱噪聲，并如下所述幫助說明在圖1的系統(tǒng)工作中的熱噪聲效應(yīng)。
第一系列乘法器的輸出連接到第二系列乘法器W1，W2，...WN。每個第二系列乘法器Wk將相應(yīng)的第一乘法器的輸出與對應(yīng)的加權(quán)信號αk相乘，以產(chǎn)生加權(quán)的輸出電流Ik。因此，加權(quán)信號αk的值作為第k對放大信號VkA和VkB及其乘積VkAVkB的加權(quán)系數(shù)。然后乘法器Wk的一系列加權(quán)輸出電流I1，I2，...In在求和節(jié)點(diǎn)N1相加，以產(chǎn)生累加輸出電流IOUT。每對對應(yīng)的乘法器Mk和Wk可被看作形成一個組合的乘法器/加權(quán)級。
把輸出信號Ik實(shí)現(xiàn)為電流的優(yōu)點(diǎn)是可以通過在求和節(jié)點(diǎn)N1簡單的組合而將它們相加。但是本發(fā)明并不限定于信號由特定的電壓或電流來實(shí)現(xiàn)的實(shí)施例。例如，可以實(shí)現(xiàn)其輸出信號是電壓形式的乘法器/加權(quán)級。在這種情況下，求和電路不能是簡單的求和節(jié)點(diǎn)，而必須是能夠求出幾個電壓信號的和的更復(fù)雜的電路。作為另一個例子，輸入信號顯示為電壓VIN，但是，可以實(shí)現(xiàn)以電流形式施加的輸入信號。為了說明的目的，在下文中的信號VIN、VkA和VkB假設(shè)為電壓信號，并且下文中的加權(quán)輸出信號Ik假設(shè)為電流形式的信號。
現(xiàn)在通過首先考慮乘法器Mk和Wk，說明圖1的系統(tǒng)的工作。在電流模式下，Wk的輸出電流是全積(full product)Ik＝αkVkAVkB(公式1)其中αk具有正確量綱。假設(shè)施加到兩個系列增益級的輸入電壓VIN相等，并忽略此時的電路熱噪聲(由enA和enB表示)，則VkA＝VkB＝Vk，并且第k個乘法器的加權(quán)輸出為Ik=αkVk2]]>(公式2)總的輸出為IOUT=α1V12+α2V22+...+αNVN2=Σk=1NαkVk2]]>(公式3)由于每一級之間的放大倍數(shù)為G，并假定放大器是完全線性的，總的輸出(忽略噪聲)簡化為IOUT=α1VIN2+α2(GVIN)2+...+αN(GN-1VIN)2=Σk=1Nαk(Gk-1VIN)2]]>(公式4)當(dāng)放大器是完全線性的時， 可以如下導(dǎo)出IOUT=VIN2Σk=1NαkG2(k-1)]]>(公式5)顯示出系統(tǒng)表現(xiàn)為對VIN的平方律響應(yīng)。但是，在實(shí)際的系統(tǒng)中，放大器12A和12B不是完全線性的，而是表現(xiàn)為限幅功能，如下面參考圖8和9的說明。在實(shí)際的放大器中，大輸入將導(dǎo)致每個串中的后級限幅。
為了保持在寬范圍輸入電壓上的平方律響應(yīng)，通過調(diào)節(jié)加權(quán)信號α1，α2，...αN對系統(tǒng)進(jìn)行伺服，以使大多數(shù)加權(quán)信號基本上為零，從而禁止大多數(shù)乘法器/加權(quán)級。那些剩下在工作的乘法器/加權(quán)級響應(yīng)輸入信號的線性復(fù)本。
在最大輸入信號的情況下，通過調(diào)節(jié)加權(quán)信號以使只有第一乘法器/加權(quán)級被使能來對系統(tǒng)進(jìn)行伺服。即，α1調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)臐M度值αFS，并且α2，α3，...αN都置為零，或非常接近于零，如下所述。這防止了由在編號較大的增益級或乘法器中的限幅所導(dǎo)致的平方律響應(yīng)的損失所引起的誤差。對于較小的輸入信號，通過調(diào)節(jié)加權(quán)信號對系統(tǒng)進(jìn)行伺服。在整個輸入信號范圍內(nèi)，隨著信號的減小，逐漸的更高編號的乘法器/加權(quán)級被使能然后禁止，直到最終在非常小的輸入信號的情況下，調(diào)節(jié)加權(quán)信號以使只有最后的乘法器/加權(quán)級被使能，并且其余的被禁止(即，α1，α2，...αN-1均設(shè)為零，αN設(shè)為αFS)。
在實(shí)際的實(shí)施例中，加權(quán)信號由插入器(interpolator)產(chǎn)生，參考圖2如下所述，插入器不是完全關(guān)閉被設(shè)置為零的加權(quán)信號。而是將其減小為有限的，非常小的值。并且，“最接近”大值信號的加權(quán)信號可以明顯的大于零。
在小輸入信號時，在每個串聯(lián)增益級中的N-1個放大器的組合增益GN-1將該小輸入信號提升到一個相當(dāng)大幅度GN-1VIN，并為最后的乘法器MN提供了有用的強(qiáng)驅(qū)動VNA和VNB。由于只有最后的乘法器/加權(quán)級響應(yīng)非常小的輸入信號被使能，在該條件下的求和輸出電流為IOUT=αFSG2(N-1)VIN2]]>(公式6)在理論上信號VkB總是與輸入信號VIN具有相同的波形。但是，它們實(shí)際上也受到系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的熱噪聲的影響。該噪聲在圖1中由具有基本相同的RMS幅度但完全不相關(guān)的源enA和enB表示。該噪聲通過與VIN矢量相加影響VkA和VkB的波形，如下VkA=Gk-1VIN2+enA2]]>(公式7)VkB=Gk-1VIN2+enB2]]>(公式8)它們加權(quán)后的交叉乘積為IOUT=αFSG2(k-1)VIN2+enA2VIN2+enB2]]>(公式9)可以進(jìn)行如下處理IOUT=αFSG2(k-1)VIN21+(enAVIN)21+(enBVIN)2]]>(公式10)然后，當(dāng)x很小時采用近似1+x≈1+x2:]]>IOUT=αFSG2(k-1)VIN2[1+(enA2VIN)2][1+(enB2VIN)2]]]>(公式11)展開為IOUT=αFSG2(k-1)VIN2[1+(enA2VIN)2+(enB2VIN)2+δ]]]>(公式12)其中δ是可以忽略的非常小的余項(xiàng)，則IOUT=αFSG2(k-1)VIN2[1+(enA2VIN)2]=αFSG2(k-1)[VIN2+en2]]]>(公式13)其中enA＝enB＝en，并且忽略δ。在不加任何輸入信號VIN時的原始輸出為IOUT=αFSG2(k-1)en2]]>(公式14)這一直表示很小的瞬時電流，但在圖1所示的雙放大器方案中，由于兩個噪聲信號enA和enB之間缺乏相干性或相關(guān)性，交叉乘積的平均值經(jīng)過相當(dāng)長的時間間隔逐漸接近零。此外，即使經(jīng)過有限的、適當(dāng)?shù)臅r間間隔的平均，有效的噪聲帶寬是用于從IOUT中提取平均值的低通濾波器(隨后說明)的帶寬。這與具有平方噪聲IOUT＝αFSG(N-2)en的單個放大器形成了強(qiáng)烈的對比，其中的凈解調(diào)噪聲為全帶寬信號的噪聲，從而對動態(tài)范圍造成了顯著的限制。
圖2是根據(jù)本發(fā)明RMS-DC轉(zhuǎn)換器10的實(shí)施例的簡化原理圖。圖2的系統(tǒng)包括與圖1類似的構(gòu)架，但是每個乘法器/加權(quán)級更有效地實(shí)現(xiàn)為具有第三輸入的單個乘法器，用于響應(yīng)一個對應(yīng)的加權(quán)信號對乘積定標(biāo)。因此，相乘和加權(quán)功能組合在一個單元內(nèi)。該單元通常，雖然不是必須，具有產(chǎn)生一個電流輸出的跨導(dǎo)形式。因此，乘法器的輸出可以直接在求和節(jié)點(diǎn)N1連接在一起以產(chǎn)生完整的輸出電流IOUT。
另一個不同是編號較小的“增益”級由衰減器而不是放大器來實(shí)現(xiàn)。例如，最低的增益級包括電阻R1A、R1B和R1C。衰減器的輸出信號仍被認(rèn)為是放大信號，雖然它們的放大增益小于1。通過用衰減器來實(shí)現(xiàn)一些增益級，系統(tǒng)可以適應(yīng)更大的輸入信號。因此，加權(quán)級的總數(shù)可以增加，并且系統(tǒng)的動態(tài)范圍可以擴(kuò)展得更大。也應(yīng)當(dāng)注意，根據(jù)需要的總的輸入信號范圍，可以采用任何適當(dāng)數(shù)量的衰減器型增益級和放大器型增益級，在兩種情況下都包括零，并且每一級的增益或衰減可以是任何適當(dāng)?shù)闹怠５湫椭凳?0dB。因此，總共10級增益和加權(quán)級可提供100dB的總動態(tài)范圍。
圖2的系統(tǒng)還包括平均電路和插入器14。平均電路包括連接在求和節(jié)點(diǎn)N1和電源地GND之間的電容CAVE、為求和節(jié)點(diǎn)N1提供參考電流IREF的電流源16以及可選的用于緩沖CAVE上的電壓以提供最終輸出電壓VOUT的單位增益緩沖放大器18。
仍然參考圖2，插入器18響應(yīng)控制信號VCTRL產(chǎn)生加權(quán)信號α1，α2，...αN。在優(yōu)選的實(shí)施例中，加權(quán)信號是一系列具有質(zhì)心的連續(xù)的、重疊高斯型電流脈沖，其質(zhì)心位置隨著VCTRL的變化沿插入器的長度方向移動，從而使大多數(shù)加權(quán)信號接近零，但接近質(zhì)心的相鄰級被一定程度地使能。并且，所有加權(quán)系數(shù)的和通常，但不是必須，是一個常數(shù)αFSΣk=1Nαk=αFS]]>(公式15)滿足這些要求的能夠產(chǎn)生高斯型電流脈沖的插入器由本申請的同一發(fā)明人在美國專利No.5,077,541中公開。在優(yōu)選實(shí)施例中，插入器為在共同待審美國專利申請?zhí)?9/466,050，代理案號No.1482-117，由本申請的同一發(fā)明人在1999年12月17日申請的標(biāo)題為“具有雙晶體管排和比例控制的插入器(Interpolator Having Dual Transistor Ranks and Ratiometric Control)”中的類型，并在這里引入作為參考。
采用高斯型加權(quán)信號在系統(tǒng)的實(shí)際響應(yīng)和理想RMS測量系統(tǒng)的響應(yīng)之間的誤差中產(chǎn)生小的正弦型波動?？梢圆捎美缫灿杀旧暾埖耐话l(fā)明人在美國專利No.5,432,478中公開的線性插入器，但導(dǎo)致輸出函數(shù)的更大的、二次方波動。
在圖2的實(shí)施例中，增益級12A和12B由“G/0”單元或“限幅(limiting)”單元實(shí)現(xiàn)。即，響應(yīng)于非常小的信號的遞增增益為G，但是隨后隨著信號幅度的增加降低到零，如圖9所示。(這些G/0單元在其它的專利和發(fā)明人的文獻(xiàn)中也被稱作A/0單元。)增益級可以由簡單的雙極型對來實(shí)現(xiàn)，其中大信號函數(shù)是雙曲正切函數(shù)(tanh)，并且遞增增益具有雙曲正割的平方(sech2)形式。但是，提供更線性的增益函數(shù)可能是非常有用的，從而可采用多雙曲正切單元。多雙曲正切單元的例子在1998年12月15日申請的美國專利申請?zhí)?9/212,089和1998年1月29日申請的申請?zhí)?9/015,614中說明。另選地，采用發(fā)射極負(fù)反饋或任何其它適當(dāng)?shù)募夹g(shù)可改進(jìn)小信號的線性度。還應(yīng)當(dāng)注意，雖然所有的實(shí)際放大器最終將達(dá)到限幅工作，但是增益級并不需要限定為限幅型的以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的原理。
與圖1的乘法器Mk和Wk一樣，圖2中的乘法器Mk優(yōu)選以電流輸出來實(shí)現(xiàn)，以利于它們的加權(quán)輸出電流Ik的相加，這只需要在求和節(jié)點(diǎn)簡單的連線而不需要更復(fù)雜的求和電路。但是，本發(fā)明并不限于具有電流輸出的實(shí)施例。
圖2的系統(tǒng)可配置為圖5中所示的測量模式工作，其中要測量的信號作為輸入VIN施加，并且最終的輸出電壓VOUT通過接回到插入器作為控制信號VCTRL而用作反饋信號。在這種連接下，系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)加權(quán)信號進(jìn)行自動伺服，直到輸出電流IOUT的平均值等于參考電流IREF。輸出電壓VOUT表示輸入信號的RMS值的對數(shù)，即，該輸出是輸入信號的功率的線性分貝測量(linear-in-dBmeasure)。
另選地，圖2的系統(tǒng)可以配置為一個控制器工作。例如，如圖6所示可用于控制由RF功率放大器24傳送到天線22的功率，其中最終的輸出電壓VOUT用于控制功率放大器的增益，輸入電壓VIN由采樣該放大器的功率的定向耦合器26提供，并且一個設(shè)置點(diǎn)信號被施加到插入器作為控制信號VCTRL。在該結(jié)構(gòu)中，反饋路徑通過功率放大器和定向耦合器。系統(tǒng)進(jìn)行伺服直到放大器的輸出功率符合設(shè)置點(diǎn)信號的值。同樣，定標(biāo)關(guān)系是線性分貝。
在上述的實(shí)施例中，單輸入信號VIN在輸入端IN_A和IN_B同等地施加到第一和第二系列增益級。這提供了對應(yīng)于輸入信號VIN的實(shí)際功率的精確測量，假設(shè)該電壓是在線性負(fù)載兩端測量的。但是，如圖7所示，通過施加單獨(dú)的輸入信號到第一和第二系列增益級，圖2的系統(tǒng)也可以配置用來測量非線性負(fù)載的實(shí)際功率。參考圖7，負(fù)載L上的電壓VL由電阻型衰減器R1、R2分壓，并作為第一輸入信號IN_A施加到第一系列增益級。電流支路RS與負(fù)載串聯(lián)，并產(chǎn)生與流過負(fù)載的電流IL成比例并作為第二輸入信號IN_B的電壓。在該結(jié)構(gòu)中，最終輸出電壓VOUT通過接回到插入器作為控制信號VCTRL來用作反饋信號，以實(shí)現(xiàn)測量功能。
如果圖2的電路用于高頻(RF)應(yīng)用，平均電路必須兼顧兩類平均載波信號的RF平滑濾波，以及調(diào)制包絡(luò)的長期平均。平均信號還必須與設(shè)置點(diǎn)信號相比較。在圖2所示的平均電路中，比較和平均功能直接在參考電流IREF和平均電容CAVE的連接處執(zhí)行。當(dāng)使用圖5-7所示結(jié)構(gòu)時，為了防止偏移誤差，平均電路還應(yīng)當(dāng)提供積分功能，以使誤差信號為零。在圖2所示的平均電路中，這是固有地通過在平均電容CAVE中對誤差信號IERR進(jìn)行積分來執(zhí)行的。當(dāng)系統(tǒng)已伺服到特定的輸入信號VIN時，IOUT＝IREF并且IERR＝0，在該點(diǎn)，電容上的電壓保持穩(wěn)定的值。
在圖3中示出了另一個平均電路，其中電阻R與平均電容CAVE并聯(lián)連接。這里，平均功能通過電阻R和電容CAVE來實(shí)現(xiàn)。比較功能由對誤差信號VERR(電容上的電壓VAVE和參考電壓VREF之間的差)進(jìn)行積分的運(yùn)算放大器20來實(shí)現(xiàn)。
圖4示出了又一個平均電路。在圖4的電路中，電容CAVE連接在運(yùn)算放大器20的輸出端和同相輸入端之間。運(yùn)算放大器的同相輸入端還連接到節(jié)點(diǎn)N1并通過電阻R連接到VREF。運(yùn)算放大器的反相輸入端接地。為了使圖4的平均電路在用于RF應(yīng)用的RMS-DC轉(zhuǎn)換器中正常工作，運(yùn)算放大器必須是具有非常寬頻帶的放大器，否則，在信號被輸送到放大器之前需要進(jìn)行RF平滑濾波。
在實(shí)際的單片電路實(shí)現(xiàn)中，圖2中的增益級、乘法器以及求和電路最好如下所述采用完全差分的輸入和輸出來實(shí)現(xiàn)。
圖8為適用于實(shí)際實(shí)現(xiàn)圖2電路的放大器單元的優(yōu)選實(shí)施例的原理圖。圖8的放大器基于在由本申請的同一發(fā)明人在1999年1月29日申請的美國專利申請序號No.09/241,359中公開的、標(biāo)題為“用于頻率范圍擴(kuò)展的具有自補(bǔ)償增益的對數(shù)放大器(Logarithmic Amplifier With Self-Compensating GainFor Frequency Range Extension)”的電路，其內(nèi)容在這里引入作為參考。
圖8的電路示出了“A”系列放大器12A中的一個的結(jié)構(gòu)，并且包括接收圖2所示的信號VkA中的一個的差分形式的輸入信號VkAP和VkAM的差分對晶體管Q1和Q2。如果圖8的電路用于“B”系列放大器中的一個，輸入將為VkBP和VkBM。在上述的參考申請序號No.09/241,359中對圖8所示的寬帶放大器的工作進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但為了方便在這里進(jìn)行簡要地總結(jié)。
晶體管Q1和Q2由電流源晶體管Q7響應(yīng)偏置電壓VB進(jìn)行偏置。Q1和Q2的輸出通過主要作為共射共基放大器的晶體管Q3和Q4驅(qū)動射極跟隨器晶體管Q5和Q6。通過將Q3和Q4的基極交叉連接到總的輸出電壓的一部分，其中該部分電壓由R6/(R3+R6)和(相等地)R5/(R4+R5)的比值確定，可以極大的消除Q3和Q4的集電極的寄生電容效應(yīng)。
在由也由VB驅(qū)動的電流源晶體管Q8和Q9偏置的射極跟隨器晶體管Q5和Q6的發(fā)射極提供差分輸出信號V(k+1)AP、V(k+1)AM。通過使用電阻R5和R6采樣負(fù)載電流，并使用正反饋，可以極大的消除后級的輸入電容效應(yīng)。圖8的電路提供大約10dB的增益，并且在大約3.1GHz下降-3dB。
圖9示出了圖8的寬帶放大器單元的增益函數(shù)。在低信號電平時，增益為線性并且具有斜率“G”。隨著輸入信號電平的增加，在大約±E處放大器進(jìn)入了限幅工作區(qū)，此時小信號增益接近零。
圖10是用于實(shí)際實(shí)現(xiàn)圖2電路的四象限乘法器MK的實(shí)施例的原理圖。圖10的電路包括其發(fā)射極在公共節(jié)點(diǎn)N2連接在一起的四個晶體管Q1-Q4的核心。電流源晶體管Q5響應(yīng)由插入器18產(chǎn)生的控制電壓VPSK在節(jié)點(diǎn)N2以可變偏置電流(或“尾電流”)的形式設(shè)置晶體管Q1-Q4的加權(quán)信號αk。Q1和Q4的集電極在連接到輸出端32的節(jié)點(diǎn)N3連接在一起，并且Q2和Q3的集電極在連接到輸出端30的節(jié)點(diǎn)N4連接在一起。
第一“A”信號輸入端34分別通過電阻R1和R3連接到Q1和Q2的基極，同時第二“A”輸入端36分別通過電阻R5和R7連接到Q3和Q4的基極。同樣地，第一“B”信號輸入端38分別通過電阻R2和R6連接到Q1和Q3的基極，同時第二“B”輸入端40分別通過電阻R4和R8連接到Q2和Q4的基極。
第一差分輸入信號VkAP、VkAM分別加到端子34和36，并且第二差分輸入信號VkBP、VkBM分別加到端子38和40。在端子30和32處產(chǎn)生的差分輸出信號IkP-IkM是第一和第二輸入信號相乘的結(jié)果。通過改變作為Q1-Q4的尾電流的加權(quán)電流αk，調(diào)節(jié)整個乘法器的跨導(dǎo)，從而使加權(quán)信號用作與αk的值成比例地加權(quán)圖10的乘法器的輸出的第三個相乘輸入。
圖10的乘法器在其“A”和“B”輸入端具有大約±40mV的線性輸入范圍，超過該范圍，乘法器開始進(jìn)入限幅工作區(qū)。圖10的乘法器的主要優(yōu)點(diǎn)是兩個輸入具有相同的共模電壓，并且，對于兩個輸入的DC響應(yīng)是均衡的。把Q5用作電流源允許乘法操作響應(yīng)加權(quán)信號進(jìn)行定標(biāo)。更重要的是，對于兩個輸入的AC響應(yīng)也是一致的。但是，任何其他類型的可變電流源也可以用來實(shí)現(xiàn)第三定標(biāo)輸入，或者如果只需要兩輸入乘法而不要求定標(biāo)，也可以采用固定電流源。
如上所述，插入器18優(yōu)選用具有雙晶體管排的插入器來實(shí)現(xiàn)，例如在由本申請的同一發(fā)明人在1999年12月17日申請的共同待審美國專利申請?zhí)?9/466,050，代理案號No.1482-117，標(biāo)題為“具有雙晶體管排和比例控制的插入器”中所說明的，其在這里作為參考引入。如果使用這種插入器，在插入器的第二排晶體管中的每個晶體管也用作圖10的一個乘法器中的電流源晶體管Q5。那么，信號VPSK是通過強(qiáng)迫第一排晶體管的部分切換電流IPSK流過連接在Q5基極的電阻所產(chǎn)生的部分切換電壓信號。
圖11是根據(jù)本發(fā)明的平均電路的實(shí)施例的簡化原理圖，用于圖2電路的實(shí)際實(shí)現(xiàn)。圖11的電路響應(yīng)差分輸入信號IOUTP、IOUTM產(chǎn)生最終的輸出電壓VOUT，IOUTP和IOUTM是圖2的輸出信號IOUT的差分形式，通過將圖9的乘法器的輸出信號IkP和IkM分別相加得到。
仍參考圖11，電阻R3和R4提供了電流IOUTP和IOUTM的負(fù)載。運(yùn)算放大器20強(qiáng)迫Q9吸收IOUTP和IOUTM之間的差流。作為差分輸入電流單端復(fù)本的Q9的發(fā)射極電流在節(jié)點(diǎn)N5與來自電流源16的電流IREF相加。也連接到節(jié)點(diǎn)N5的電容CAVE對作為IREF和流過Q9的電流之間的差的誤差信號進(jìn)行積分。CAVE上的電壓就是在測量模式中用于控制插入器的最終輸出電壓VOUT。
圖12示出了圖11的平均電路的實(shí)際實(shí)施例的更詳細(xì)的原理圖。參考圖12，電阻R3和R4提供了電流IOUTP和IOUTM的負(fù)載，并為共射共基放大器晶體管Q4和Q5提供偏置電流。電流源晶體管Q1建立Q2和Q3中的電流，Q2和Q3進(jìn)而在Q4和Q5的基極通過共發(fā)射極短路電流放大倍數(shù)(beta)補(bǔ)償電阻R2建立固定電壓。因此Q4和Q5中的電流是通過Q2和Q3的電流的復(fù)本。通過縮放Q2、Q3與Q4、Q5之間的面積比，流過Q1的電流可用于設(shè)定在輸入電流IOUTP、IOUTM之間沒有任何差別時流過Q4和Q5的靜態(tài)電流。IOUTP和IOUTM之間的任何差表現(xiàn)為流過Q4和Q5的集電極電流之間的差。因此，靜態(tài)電流必須足夠大以滿足IOUTP和IOUTM之間的最大預(yù)期的差流。
晶體管Q6和Q7形成電流鏡，其中可選地通過電阻R6和R7進(jìn)行負(fù)反饋。以常規(guī)方式，晶體管Q10為電流鏡提供共發(fā)射極短路電流放大倍數(shù)補(bǔ)償。晶體管Q9和Q11使電流鏡保持平衡狀態(tài)，因?yàn)殡娏鱅OUTP和IOUTM之間的任何差別將導(dǎo)致電容C1通過Q5或者電流鏡充電或放電，改變Q9和Q11中的電流。為了使電流鏡中的電流保持平衡，Q9必須吸收差值，并且結(jié)果是與IOUTP和IOUTM之間的差成比例的電流流過Q9和Q11。
圖12的電路將電壓電平接近于正電源電平VP的差分輸入電流轉(zhuǎn)換為流過Q9的可以非常接近于地電平GND擺動的單端電流。電流源16也應(yīng)當(dāng)能夠在一直接近于GND的電壓下提供參考電流IREF。電流源16的實(shí)施例在后面結(jié)合圖14和15進(jìn)行說明。這允許輸出電壓VOUT接近于GND擺動，當(dāng)系統(tǒng)被配置為控制器時，易于用VOUT作為反饋電壓VCTRL來驅(qū)動插入器。
圖18示出了用于實(shí)際實(shí)現(xiàn)圖2的系統(tǒng)的平均電路的優(yōu)選實(shí)施例的簡化原理圖。參考圖18，平均電路包括將電流IOUTP和IOUTM轉(zhuǎn)換為電壓信號的負(fù)載電阻R3和R4，電壓信號被輸入到具有連接到電流鏡44的差分電流輸出的運(yùn)算放大器42。R3和R4兩端的電容進(jìn)行高頻平滑濾波?？梢允呛唵蝕m單元的運(yùn)算放大器42檢測節(jié)點(diǎn)N1P和N1M之間的電壓差。節(jié)點(diǎn)之間電壓的任何不平衡導(dǎo)致gm單元電流輸出的不平衡。由于電流鏡44保持兩側(cè)的電流相等，運(yùn)算放大器的差分輸出電流對濾波電容CAVE充電或放電。在電容CAVE上產(chǎn)生優(yōu)選由緩沖放大器46緩沖的輸出信號VOUT。參考電流IREF由連接在節(jié)點(diǎn)N1P和N1M之間的電流源16提供。
圖18電路的優(yōu)點(diǎn)是以相同的轉(zhuǎn)換速率對電容CAVE進(jìn)行充電和放電。這與由Q9對電容快速充電但放電速率由電流IREF確立的圖12的電路不同。
圖13示出了在圖2系統(tǒng)的構(gòu)架的實(shí)際實(shí)施例的小編號端的差分衰減器和乘法器的優(yōu)選方案。如圖13所示，連接到乘法器的輸入電阻也作為衰減器網(wǎng)絡(luò)的一部分。因此，圖13所示的乘法器M1和M2僅包括圖10所示的四個晶體管Q1-Q4的核心。
在圖2所示系統(tǒng)的實(shí)際實(shí)施例中，采用四對衰減增益級和六對放大增益級可獲得超過100dB的動態(tài)范圍，其中每級具有10dB的衰減或增益。應(yīng)當(dāng)選擇元件值使得當(dāng)輸出電流IOUT等于參考電流IREF時，由插入器的偏置電流使能的單個或多個乘法器工作在其工作范圍的精確部分。即，它們沒有達(dá)到輸出限幅區(qū)(像在對數(shù)放大器中發(fā)生的)而是基本上作為真正的平方單元。
圖14是適用于圖11和圖12的電流源16和圖18的電流鏡44以及其它應(yīng)用的電流鏡的簡化原理圖。參考圖14，晶體管Q12和Q13的配置與基本的電流鏡非常類似。但是，不是將Q12的集電極連接到其基極，而是將Q12和Q13的集電極分別連接到運(yùn)算放大器28的同相和反相輸入端。運(yùn)算放大器28的輸出驅(qū)動Q12和Q13的基極，并迫使其集電極電壓互相跟隨，從而使Q12和Q13都在相同的集電極電壓下工作。因此，流入Q13的集電極的輸出電流IREF精確地復(fù)制了流入Q12的集電極的輸入電流IIN，即使當(dāng)Q13的集電極一直在地附近的幾毫伏的范圍內(nèi)擺動。
通過考慮圖16中所示的常規(guī)電流鏡Q18、Q19以及圖17中所示的晶體管Q19的輸出特性可以更好的理解圖14的電路的優(yōu)點(diǎn)。在圖16的電路中，Q18和Q19的基極一直工作在GND以上的VBE(-800mV)左右。當(dāng)Q19的集電極大于GND以上的VBE時，流過Q19的集電極的電流相當(dāng)好地跟蹤流過Q18的集電極的電流。但是，當(dāng)Q19的集電極電壓低于VCE(SAT)時，Q19的基極-集電極結(jié)開始飽和，從而在Q18和Q19的集電極電流之間產(chǎn)生非常大的誤差。Q19的飽和還導(dǎo)致基極電流通過Q19的基極-集電極結(jié)被Q18引開。
但是，圖14的電路通過保持Q12和Q13具有相同的集電極電壓(一直下降到GND的幾毫伏的范圍內(nèi))消除了這個問題。即使當(dāng)Q12和Q13的集電極遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于VCE(SAT)時它們處于深度飽和，Q12和Q13的所有的基極電流由運(yùn)算放大器提供，所以Q12所需要的基極電流不會因?yàn)榕cQ13連接而消耗。
圖14的電路的另一個優(yōu)點(diǎn)是，因?yàn)镼12和Q13在相同的集電極電壓下工作，輸出阻抗是無限的。額外的好處是運(yùn)算放大器28的輸入偏置電壓相對較高，因?yàn)樵赒12和Q13的集電極之間的幾毫伏的偏移不會對電路的工作產(chǎn)生顯著的影響。因此，可以使用簡單便宜的運(yùn)算放大器。
圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的圖14的電流源的實(shí)際實(shí)施例的更詳細(xì)的原理圖。在圖15的電路中，運(yùn)算放大器28由差分對PNP晶體管Q14和Q15實(shí)現(xiàn)，由NPN晶體管Q16和Q17形成的電流鏡作為其負(fù)載。由于Q12和Q13的集電極相等，Q14和Q15的基極電流也相等，所以沒有基極電流引起的誤差。此外，由于Q12和Q13的集電極相等，輸入電流源30必須具有足夠的適應(yīng)性，以適應(yīng)輸出節(jié)點(diǎn)N5的預(yù)期的電壓擺動。
即使是圖19所示的單個系列增益級，也可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的許多優(yōu)點(diǎn)。圖19的系統(tǒng)在許多方面類似于圖1和2的系統(tǒng)，但是其中僅利用了單個系列增益級來產(chǎn)生被單獨(dú)平方和加權(quán)然后求和的單個系列的放大信號，以產(chǎn)生輸出信號。平方和加權(quán)功能可采用一系列平方/加權(quán)級來單獨(dú)實(shí)現(xiàn)具有固定定標(biāo)系數(shù)的平方單元和一個通過乘以加權(quán)信號對平方單元的輸出加權(quán)的乘法器。但是，在優(yōu)選實(shí)施例中，如圖19所示，每個平方/加權(quán)級包括可以響應(yīng)加權(quán)信號同時地平方和加權(quán)來自增益級的信號的單個平方單元(S1，S2，...SN)。
以與圖1和2相同的方式平均和利用圖19的系統(tǒng)的求和輸出信號IOUT。與圖1和2的系統(tǒng)一樣，圖19的系統(tǒng)可由任何數(shù)量的增益級實(shí)現(xiàn)，并且一些小編號的增益級可以是衰減器而不是放大器。雖然沒有雙系列增益級所得到的非相關(guān)噪聲抵消的優(yōu)點(diǎn)，圖19的系統(tǒng)在高工作頻率下提供了寬動態(tài)范圍的功率測量。
圖20是根據(jù)本發(fā)明的適合作為圖19的平方單元S1，S2，...SN之一的平方單元的實(shí)施例。圖20的平方單元包括產(chǎn)生輸出電流IC1和IC2的兩個指數(shù)電流發(fā)生器52和54，輸出電流IC1和IC2響應(yīng)作為獨(dú)立信號VXP和VXM之間的差的差分輸入電壓VX按指數(shù)規(guī)律變化。第一指數(shù)電流發(fā)生器52包括第一射極跟隨器晶體管Q1，在其基極接收信號VXP并且其發(fā)射極連接到被接成二極管的Q2的發(fā)射極。電流源56在節(jié)點(diǎn)N6連接到Q2的集電極和基極。第二射極跟隨器晶體管Q3在其基極接收信號VXM并且其發(fā)射極通過可選電阻RS連接到Q4的發(fā)射極。Q4的基極連接到Q2的基極，并且Q4的集電極連接到求和節(jié)點(diǎn)N7。
電流源56保持流過Q1和Q2的恒定電流I0，從而在串聯(lián)的Q1和Q2的基極-發(fā)射極結(jié)上建立某個電壓。假定Q1-Q4具有相等的發(fā)射極面積，并且暫時忽略RS的影響，流過Q3和Q4的電流為IC1=I0exp(-VX2VT)]]>(公式16)第二指數(shù)電流發(fā)生器54的結(jié)構(gòu)和工作與發(fā)生器52的類似，不同之處是射極跟隨器晶體管Q5和Q7的基極被連接以接收相反的信號，所以流過Q7和Q8的電流為IC2=I0exp(VX2VT)]]>(公式17)電流IC1和IC2在節(jié)點(diǎn)N7相加，以產(chǎn)生接近于輸入信號VX的平方值的最終輸出電流ISQR。當(dāng)輸入信號VX為零時，ISQR具有2I0的靜態(tài)偏移值。隨著輸入信號在任何一個方向的增加，指數(shù)函數(shù)中的一個起支配作用，并且ISQR在正方向相應(yīng)地增加。
通過使用指數(shù)函數(shù)的Taylor級數(shù)展開可以更好地理解平方律近似。首先，最終輸出電流ISQR為ISQR=I0[exp(VX2VT)+exp(-VX2VT)]]]>(公式18)對于通用指數(shù)函數(shù)ex和e-x的展開式為ex=1+x+x22!+x33!+x44!···]]>(公式19)和e-x=1-x+x22!-x33!+x44!···]]>(公式20)因此ex+e-x=2+x2+x412···]]>(公式21)對公式18使用公式21的展開式得到ISQR=I0[2+(VX2VT)2+112(VX2VT)4···]]]>(公式22)其中顯示最終輸出電流ISQR的形式主要由平方項(xiàng)決定。
圖20的平方單元可以通過包括用于改變電流IC1和IC2從而軟化指數(shù)函數(shù)形狀的電阻RS針對特殊應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化，從而在VX的某個范圍上提供真實(shí)平方律特性的更好近似。電阻RS的加入減小了公式22的級數(shù)展開式中的高階項(xiàng)的影響。
當(dāng)RS＞0時，指數(shù)電流發(fā)生器的輸出不是真正的指數(shù)形狀，而是比精確的指數(shù)形狀所產(chǎn)生的小。如在這里所使用的，術(shù)語“指數(shù)電流發(fā)生器”不僅指產(chǎn)生真正的指數(shù)電流的電路，而且指產(chǎn)生“亞指數(shù)(sub-exponential)”函數(shù)的電路，即，遵循非線性規(guī)律的輸出電流，可以通過選擇晶體管的類型或幾何形狀、或者通過選擇偏置電流、或者通過加入負(fù)反饋電阻RS來故意地“軟化(softened)”，從而導(dǎo)致一個偏離理想指數(shù)函數(shù)的輸出，例如，當(dāng)用于平方單元時，為了更接近于理想的平方律的目的，或者當(dāng)用于下面所述的乘法器電路時，更接近于理想的乘法律。類似的，這里所用到的術(shù)語指數(shù)電流或信號不僅指真正的指數(shù)電流或信號，而且指改變過的指數(shù)電流或信號。還應(yīng)當(dāng)理解，術(shù)語指數(shù)電流發(fā)生器也指任何能夠產(chǎn)生可用于合成平方單元或乘法器的指數(shù)或亞指數(shù)函數(shù)的指數(shù)函數(shù)發(fā)生器(例如，電壓而不是電流)。
為了補(bǔ)償溫度的變化，電流I0應(yīng)優(yōu)選與絕對溫度成比例(PTAT)，并且VX也優(yōu)選PTAT——例如，作為基本BJT增益級的輸出。
圖20電路的優(yōu)點(diǎn)是與其它類型平方電路相比可以適應(yīng)更大的輸入電壓擺動，同時仍保持適當(dāng)?shù)钠椒铰商匦?。圖20電路中的峰值輸出電流IC1沒有象1999年2月4日申請的美國專利申請No.09/245,051公開的平方單元中那樣受到偏置電流源的值的限制。此外，當(dāng)圖20電路的輸入信號和輸出電流IC1變得非常大時，輸出電流IC1仍能表現(xiàn)為一個近似的指數(shù)函數(shù)，并且兩個指數(shù)的和可提供比在1999年2月24日申請的美國專利申請No.09/256,640公開的平方單元中大信號遇到的更接近于線性的特性更好的平方律近似。圖20電路的另一個優(yōu)點(diǎn)是對于一般的硅晶體管可工作在最小2伏的電源電壓下。
由本發(fā)明構(gòu)思了圖20電路的許多變型。例如，在圖20中，電流IC1和IC2取自Q4和Q8的集電極，并且Q3和Q7的集電極如圖所示連接到電源電壓VP。另選地，電流IC1和IC2也可以取自Q3和Q7的集電極，在這種情況下，Q4和Q8的集電極連接到GND。雖然所示的晶體管Q1、Q3、Q5和Q7為NPN器件，并且所示的Q2、Q4、Q6和Q8為PNP器件，但是可以采用其它極性和器件類型，包括CMOS晶體管。此外，圖20的平方單元不僅適用于圖19的平方單元S1，S2，...SN，而且也可用于其它應(yīng)用。
在圖20中的晶體管Q1和Q2與電流源56一起形成所謂的“恒定電流棧(constant current stack)”，因?yàn)殡娏髟?6保持恒定電流(或上面討論的PTAT電流、或下面討論的準(zhǔn)恒定電流)流過Q1和Q2。晶體管Q3和Q4(和可選的RS)形成所謂的可變電流棧，因?yàn)殡娏鱅C1響應(yīng)VX變化。不同數(shù)量的這些?？梢愿鶕?jù)本發(fā)明進(jìn)行組合，以形成其它有用的電路，例如下面參考圖21說明的四象限乘法器。
如果圖20中的來自源56和58的電流I0保持在恒定的水平，平方單元將具有固定的定標(biāo)系數(shù)。但是，如果電流I0響應(yīng)控制信號(例如圖19的加權(quán)信號αk中的一個)而變化，則平方單元的定標(biāo)系數(shù)將響應(yīng)加權(quán)信號進(jìn)行變化，并且平方和加權(quán)功能可同時進(jìn)行。在這種情況下，恒定電流I0可稱為準(zhǔn)恒定電流，即，即使電流可以變化，該變化通常不依賴于輸入信號VX。如在這里所用到的，術(shù)語恒定電流是指恒定電流和準(zhǔn)恒定電流。
圖21是根據(jù)本發(fā)明的四象限乘法器的實(shí)施例的原理圖。圖21的乘法器適用于圖2的電路中的乘法器Mk的實(shí)際實(shí)現(xiàn)，以及許多其它應(yīng)用。
圖21的乘法器包括四個指數(shù)電流發(fā)生器，每一個具有恒定電流棧和可變電流棧，類似于上面參考圖20說明的平方單元中的電流棧。但是，在圖21的乘法電路中的棧交叉連接，以產(chǎn)生兩個輸出電流IM1和IM2，其差代表了輸入信號VX和VY的四象限乘法。
第一指數(shù)電流發(fā)生器產(chǎn)生電流IC1，并包括由VxP驅(qū)動的恒定電流棧(Q1、Q2、CS1)和由VyP驅(qū)動的可變電流棧(Q3、Q4)。第二指數(shù)電流發(fā)生器產(chǎn)生電流IC2，并包括由VxM驅(qū)動的恒定電流棧(Q5、Q6、CS2)和由VyM驅(qū)動的可變電流棧(Q7、Q8)。第三指數(shù)電流發(fā)生器產(chǎn)生電流IC3，并包括由VyM驅(qū)動的恒定電流棧(Q9、Q10、CS3)和由VxP驅(qū)動的可變電流棧(Q11、Q12)。第四指數(shù)電流發(fā)生器產(chǎn)生電流IC4，并包括由VyP驅(qū)動的恒定電流棧(Q13、Q14、CS4)和由VxM驅(qū)動的可變電流棧(Q15、Q16)。電流IC1和IC2在節(jié)點(diǎn)N9相加以產(chǎn)生IM1，同時電流IC3和IC4在節(jié)點(diǎn)N10相加以產(chǎn)生IM2。電流IM1和IM2由電阻RL1和RL2轉(zhuǎn)換為電壓，以產(chǎn)生最終輸出電壓VM。
與圖20的平方單元一樣，通過使用指數(shù)函數(shù)的Taylor級數(shù)展開可以更好地理解圖21的乘法器的乘法特性。最終輸出信號記為電流IM，其為電流IM1和IM2之間的差，并用x表示Vx/2VT，y表示Vy/2VT，最終的輸出電流IM為IM＝I0[exp(x+y)+exp(-x-y)-exp(x-y)-exp(y-x)](公式23)＝I0(ex-e-x)(ey-e-y) (公式24)采用(ex-e-x)和(ey-e-y)的展開式可得IM=I0[2x+x33+···][2y+y33+···]]]>(公式25)=I0[4xy+23(xy3+yx3)+···]]]>(公式26)如果x和/或y小于1(這要求Vx和/或Vy小于2VT，即，在T＝27℃時小于約52mV)，三次項(xiàng)是不重要的，從而最終輸出電流主要由“xy”項(xiàng)決定。如果包括電阻RS，指數(shù)函數(shù)被修改以軟化對大值Vx和Vy的響應(yīng)，同時不嚴(yán)重降低中等值的精度。
與圖20的平方單元一樣，在圖21的乘法器中的曲線整形電阻RS是可選的，并且電流IC1到IC4可以從可變電流棧的任何一端獲得。如果未使用增益定標(biāo)，I0應(yīng)優(yōu)選為PTAT以補(bǔ)償溫度變化。此外，可以設(shè)計電流源以響應(yīng)加權(quán)信號αk來改變I0，從而當(dāng)圖21的乘法器用作圖2的電路中的乘法器Mk中的一個時，相乘和加權(quán)功能可同時進(jìn)行。
圖21的乘法器的一個優(yōu)點(diǎn)是它可以在T＝27℃時適應(yīng)達(dá)到大約±300mV的輸入信號。圖22和23是說明圖21的乘法器的工作的模擬圖，其中I0＝100μA，并且NPN和PNP晶體管具有0.8μm乘10μm的發(fā)射極。圖22示出了當(dāng)Vx在-400mV和+400mV之間變化時對于Vy的幾個不同值的輸出電壓VM。如圖22所示，乘法器保持了相當(dāng)好的線性度直到輸入信號達(dá)到大約±300mV。
圖23示出了對于Vy＝50mV、100mV、150mV和200mV時乘法器的遞增增益與頻率的關(guān)系。對于這些電壓的-3dB點(diǎn)分別在1.86GHz、2.21GHz、2.59GHz和2.87GHz。
已經(jīng)用優(yōu)選實(shí)施例介紹和例示了本發(fā)明的原理，顯然可以不脫離所述原理對本發(fā)明的布局和細(xì)節(jié)進(jìn)行修改。例如，盡管用雙極結(jié)晶體管(BJTs)實(shí)現(xiàn)的實(shí)施例例示了本發(fā)明的原理，顯然也可以用包括CMOS等的不同的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，通常只需對具體的設(shè)計進(jìn)行相當(dāng)小的改動。我們要求保護(hù)以下權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)的所有修改和變型。
權(quán)利要求
1.一種進(jìn)行均方根-直流轉(zhuǎn)換的方法，包括用第一系列的增益級產(chǎn)生第一系列的放大信號；用第二系列的增益級產(chǎn)生第二系列的放大信號；其中每個第二系列放大信號和第一系列放大信號中對應(yīng)的一個放大信號形成一對；把每對放大信號相乘和加權(quán)，由此產(chǎn)生一系列的加權(quán)輸出信號；以及把加權(quán)輸出信號相加，由此產(chǎn)生一個相加輸出信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中把每對放大信號相乘和加權(quán)包括將每個第一系列的放大信號與第二系列放大信號中對應(yīng)的一個相乘，由此產(chǎn)生一系列的輸出信號；產(chǎn)生一系列的加權(quán)信號；以及將每個該系列的輸出信號與加權(quán)信號中對應(yīng)的一個相乘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中每對放大信號相乘和加權(quán)包括產(chǎn)生一系列的加權(quán)信號；以及將每個第一系列的放大信號與第二系列放大信號中對應(yīng)的一個相乘，并且與加權(quán)信號中對應(yīng)的一個相乘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括平均該相加輸出信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中平均該相加輸出信號包括將相加輸出信號與一個參考信號比較，由此產(chǎn)生誤差信號；以及積分該誤差信號，由此產(chǎn)生一個最終輸出信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，還包括將相加輸出信號的平均值與一個參考信號比較，由此產(chǎn)生誤差信號；以及積分該誤差信號，由此產(chǎn)生一個最終輸出信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中相乘并加權(quán)每對放大信號包括響應(yīng)一個控制信號產(chǎn)生一系列的加權(quán)信號；以及響應(yīng)加權(quán)信號把每對放大信號相乘和加權(quán)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中該一系列的加權(quán)信號是一系列連續(xù)插入的電流脈沖。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中連續(xù)插入的電流脈沖是重疊的高斯電流脈沖。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，還包括將單個輸入信號施加到第一和第二系列增益級；以及使用最終輸出信號作為控制信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，還包括響應(yīng)最終輸出信號控制一個可變增益器件的輸出；通過采樣可變增益器件的輸出產(chǎn)生一個輸入信號；施加該輸入信號到第一和第二系列增益級；以及使用一個設(shè)置點(diǎn)信號作為控制信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，還包括將第一輸出信號施加到第一系列增益級；以及將第二輸入信號施加到第二系列增益級。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，還包括使用最終輸出信號作為控制信號。
14.一種均方根-直流轉(zhuǎn)換器，包括用于產(chǎn)生第一系列放大信號的第一系列增益級；用于產(chǎn)生第二系列放大信號的第二系列增益級；連接到第一和第二系列增益級的一系列乘法器/加權(quán)級，用于響應(yīng)第一和第二系列放大信號和一系列加權(quán)信號產(chǎn)生一系列加權(quán)輸出信號。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的均方根-直流轉(zhuǎn)換器，其中每個乘法器/加權(quán)級包括第一乘法器，具有被連接以接收第一系列放大信號之一的第一輸出，被連接以接收第二系列放大信號之一的第二輸入，和一個輸出；以及第二乘法器，具有連接到第一乘法器輸出的第一輸入，用于接收一系列加權(quán)信號之一的第二輸入，以及一個輸出。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的均方根-直流轉(zhuǎn)換器，其中每個乘法器/加權(quán)級包括第一乘法器，其具有被連接以接收第一系列放大信號之一的第一輸入，被連接以接收第二系列放大信號之一的第二輸入，和接收一系列加權(quán)信號之一的第三輸入，以及一個輸出。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的均方根-直流轉(zhuǎn)換器，還包括響應(yīng)一個控制信號產(chǎn)生一系列加權(quán)信號的插入器，其中每個乘法器/加權(quán)級連接到插入器以接收加權(quán)信號中的對應(yīng)一個。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的均方根-直流轉(zhuǎn)換器，還包括連接到該系列乘法器/加權(quán)級的求和電路，用于相加來自乘法器/加權(quán)級的加權(quán)輸出信號，由此產(chǎn)生一個相加輸出信號。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的均方根-直流轉(zhuǎn)換器，還包括連接到求和電路的平均電路，用于響應(yīng)相加輸出信號產(chǎn)生一個最終輸出信號。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的均方根-直流轉(zhuǎn)換器，其中求和電路是一個求和節(jié)點(diǎn)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的均方根-直流轉(zhuǎn)換器，其中平均電路包括連接到求和節(jié)點(diǎn)的電容器；以及連接到求和節(jié)點(diǎn)的電流源。
22.根據(jù)權(quán)利要求14的均方根-直流轉(zhuǎn)換器，其中每個放大信號是一個差分信號，每個乘法器/加權(quán)級包括第一對輸入端；第二對輸入端；四個晶體管，每個晶體管具有連接到一個公共節(jié)點(diǎn)的第一端和連接到兩個輸出端之一的第二端；連接到公共節(jié)點(diǎn)的電流源，為四個晶體管提供偏置電流；和八個電阻，每個電阻連在一個晶體管的第三端和輸出端之一之間，由此響應(yīng)在第一和第二對輸入端接收的輸入信號的四象限乘法，該四個晶體管在兩個輸出端提供一個差分輸出電流。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的均方根-直流轉(zhuǎn)換器，其中電流源是一個可變電流源，用于將可變偏置電流提供到該四個晶體管作為加權(quán)信號。
24.根據(jù)權(quán)利要求14的均方根-直流轉(zhuǎn)換器，其中第一串聯(lián)增益級包括串聯(lián)連接的一系列放大器。
25.根據(jù)權(quán)利要求14的均方根-直流轉(zhuǎn)換器，其中第一系列增益級包括串聯(lián)連接的一系列衰減器。
26.一種均方根-直流轉(zhuǎn)換器，包括用于產(chǎn)生一系列放大信號的一系列增益級；連接到一系列增益級的一系列平方/加權(quán)級，用于響應(yīng)一系列放大信號和一系列加權(quán)信號產(chǎn)生一系列加權(quán)輸出信號。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的均方根-直流轉(zhuǎn)換器，其中每個平方/加權(quán)級包括一個具有固定定標(biāo)系數(shù)的平方單元，和一個連接到平方的乘法器，乘法器用于通過將來自平方單元的輸出與加權(quán)信號相乘對其加權(quán)。
28.根據(jù)權(quán)利要求26的均方根-直流轉(zhuǎn)換器，其中每個平方/加權(quán)級包括一個能響應(yīng)加權(quán)信號同時地把一個對應(yīng)的放大信號平方和加權(quán)的平方單元。
29.根據(jù)權(quán)利要求26的均方根-直流轉(zhuǎn)換器，還包括插入器，其連接到該系列平方單元以產(chǎn)生該系列加權(quán)信號。
30.一種進(jìn)行均方根-直流轉(zhuǎn)換的方法，包括用一系列增益級產(chǎn)生一系列的放大信號；把每個放大信號平方和加權(quán)，由此產(chǎn)生一系列的加權(quán)輸出信號；以及把該加權(quán)輸出信號相加，由此產(chǎn)生一個相加輸出信號。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中把每個放大信號平方和加權(quán)包括把每個放大信號平方，由此產(chǎn)生一系列輸出信號；產(chǎn)生一系列加權(quán)信號；以及將每個輸出信號與加權(quán)信號中對應(yīng)的一個相乘。
32.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中平方和加權(quán)每個放大信號包括用一系列平方單元中的一個單元把每個放大信號平方，每個平方單元具有一個定標(biāo)系數(shù)；產(chǎn)生一系列加權(quán)信號；以及響應(yīng)加權(quán)信號中對應(yīng)的一個控制每個平方單元的定標(biāo)系數(shù)。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中產(chǎn)生一系列加權(quán)信號包括產(chǎn)生一系列連續(xù)插入的信號。
34.一種平方單元，包括第一指數(shù)電流發(fā)生器，響應(yīng)一個輸入信號產(chǎn)生第一電流；以及第二指數(shù)電流發(fā)生器，響應(yīng)該輸入信號產(chǎn)生第二電流；其中第一和第二指數(shù)電流發(fā)生器連接在一起以組合第一和第二電流。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的平方單元，其中每個指數(shù)電流發(fā)生器包括串聯(lián)連接在一個第一輸入端和一個節(jié)點(diǎn)之間的第一和第二結(jié)；串聯(lián)連接在一個第二輸入端和該節(jié)點(diǎn)之間的第三和第四結(jié)；以及連接到該節(jié)點(diǎn)的電流源。
36.根據(jù)權(quán)利要求34的平方單元，其中每個指數(shù)電流發(fā)生器還包括連接在第三和第四結(jié)之間的電阻。
37.根據(jù)權(quán)利要求34的平方單元，其中每個指數(shù)電流發(fā)生器包括第一極性的第一晶體管，具有連接到第一輸入端的基極，用于接收輸入信號的第一側(cè)；第二極性的第二晶體管，具有連接到第一晶體管發(fā)射極的發(fā)射極，連接到一個節(jié)點(diǎn)的基極，以及連接到該節(jié)點(diǎn)的集電極；連接到該節(jié)點(diǎn)的電流源；第一極性的第三晶體管，具有連接到第二輸入端的基極，用于接收輸入信號的第二側(cè)；以及第二極性的第四晶體管，具有連接到第三晶體管發(fā)射極的發(fā)射極，和連接到該節(jié)點(diǎn)的基極。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的平方單元，其中每個指數(shù)電流發(fā)生器還包括與第三和第四晶體管串聯(lián)連接的電阻。
39.根據(jù)權(quán)利要求34的平方單元，其中每個指數(shù)電流發(fā)生器包括連接到第一輸入端的恒定電流棧；以及連接到第二輸入端和恒定電流棧的可變電流棧。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的平方單元，其中恒定電流棧包括一個連接到第一輸入端的第一射極跟隨器晶體管，一個連接到射極跟隨器晶體管的被接成二極管的晶體管，和一個連接到被接成二極管的晶體管的電流源；以及可變電流棧包括一個連接到第二輸入端的第二射極跟隨器晶體管，和一個連接在第二射極跟隨器晶體管和被接成二極管的晶體管之間的第四晶體管。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的平方單元，其中可變電流棧還包括連接在第二射極跟隨器晶體管和第四晶體管之間的電阻。
42.根據(jù)權(quán)利要求34的平方單元，其中第一指數(shù)電流發(fā)生器包括第一晶體管，具有連接到第一輸入端的基極，第二晶體管，具有連接到第一晶體管發(fā)射極的發(fā)射極，以及一起連接在第一節(jié)點(diǎn)的基極和集電極，連接到第一節(jié)點(diǎn)的第一電流源，第三晶體管，具有連接到第二輸入端的基極，第四晶體管，具有連接到第三晶體管發(fā)射極的發(fā)射極，和連接到第一節(jié)點(diǎn)的基極，以及第二指數(shù)電流發(fā)生器包括第五晶體管，具有連接到第二輸入端的基極，第六晶體管，具有連接到第五晶體管發(fā)射極的發(fā)射極，以及一起連接在第二節(jié)點(diǎn)的基極和集電極，連接到第二節(jié)點(diǎn)的第二電流源，第七晶體管，具有連接到第一輸入端的基極，以及第八晶體管，具有連接到第七晶體管發(fā)射極的發(fā)射極，和連接到第二節(jié)點(diǎn)的基極。
43.根據(jù)權(quán)利要求42的平方單元，其中第一指數(shù)電流發(fā)生器還包括連接在第三和第四晶體管之間的第一電阻；以及第二指數(shù)電流發(fā)生器還包括連接在第七和第八晶體管之間的第二電阻。
44.根據(jù)權(quán)利要求42的平方單元，其中第四晶體管的集電極在用于相加第一和第二電流的第一輸出節(jié)點(diǎn)處連接到第八晶體管的集電極。
45.根據(jù)權(quán)利要求44的平方單元，其中第一、第三、第五和第七晶體管包括連接到第一電源端的集電極；以及第一和第二電流源連接到第二電源端。
46.根據(jù)權(quán)利要求42的平方單元，其中第三晶體管的集電極在用于相加第一和第二電流的輸出節(jié)點(diǎn)處連接到第七晶體管的集電極。
47.一種用于平方信號的方法，包括產(chǎn)生第一電流，第一電流響應(yīng)該信號成指數(shù)地變化，由此當(dāng)信號增加時第一電流增加；產(chǎn)生第二電流，第二電流響應(yīng)該信號成指數(shù)地變化，由此當(dāng)信號增加時第二電流減小；組合第一和第二電流。
48.根據(jù)權(quán)利要求47的方法，其中信號是一個電壓信號，并且產(chǎn)生第一電流包括在第一對串聯(lián)連接的結(jié)中保持第一恒定電流，由此在第一對結(jié)上產(chǎn)生第一電壓；以及用一個等于第一電壓減去該信號電壓的電壓，驅(qū)動第二對串聯(lián)連接的結(jié)，由此在第二對結(jié)中產(chǎn)生第一電流。
49.根據(jù)權(quán)利要求48的方法，其中產(chǎn)生第二電流包括在第三對串聯(lián)連接的結(jié)中保持第二恒定電流，由此在第三對結(jié)上產(chǎn)生第二電壓；以及用一個等于第二電壓加上該信號電壓的電壓，驅(qū)動第四對串聯(lián)連接的結(jié)，由此在第四對結(jié)中產(chǎn)生第二電流。
50.根據(jù)權(quán)利要求49的方法，其中組合第一和第二電流包括相加第一和第二電流。
51.根據(jù)權(quán)利要求47的方法，還包括響應(yīng)一個控制信號對第一和第二電流定標(biāo)。
52.根據(jù)權(quán)利要求48的方法，還包括改變第一和第二恒定電流。
53.根據(jù)權(quán)利要求47的方法，還包括改變第一和第二電流。
54.一種乘法器，包括第一指數(shù)電流發(fā)生器，響應(yīng)第一輸入信號和第二輸入信號產(chǎn)生第一電流；第二指數(shù)電流發(fā)生器，響應(yīng)第三輸入信號和第四輸入信號產(chǎn)生第二電流；第三指數(shù)電流發(fā)生器，響應(yīng)第一輸入信號和第四輸入信號產(chǎn)生第三電流；第四指數(shù)電流發(fā)生器，響應(yīng)第三輸入信號和第二輸入信號產(chǎn)生第四電流；其中第一和第二指數(shù)電流發(fā)生器連接在一起以組合第一和第二電流；以及其中第三和第四指數(shù)電流發(fā)生器連接在一起以組合第三和第四電流。
55.根據(jù)權(quán)利要求54的乘法器，其中每個指數(shù)電流發(fā)生器包括串聯(lián)地連接在第一輸入端和一個節(jié)點(diǎn)之間的第一和第二結(jié)；串聯(lián)地連接在第二輸入端和該節(jié)點(diǎn)之間的第三和第四結(jié)；以及連接到該節(jié)點(diǎn)的電流源。
56.根據(jù)權(quán)利要求55的乘法器，其中每個指數(shù)電流發(fā)生器還包括連接在第三和第四結(jié)之間的電阻。
57.根據(jù)權(quán)利要求54的乘法器，其中每個指數(shù)電流發(fā)生器包括第一極性的第一晶體管，具有連接到第一輸入端的基極，用于接收輸入信號的第一側(cè)；第二極性的第二晶體管，具有連接到第一晶體管發(fā)射極的發(fā)射極，連接到一個節(jié)點(diǎn)的基極，以及連接到該節(jié)點(diǎn)的集電極；連接到該節(jié)點(diǎn)的電流源；第一極性的第三晶體管，具有連接到第二輸入端的基極，用于接收輸入信號的第二側(cè)；以及第二極性的第四晶體管，具有連接到第三晶體管發(fā)射極的發(fā)射極，和連接到該節(jié)點(diǎn)的基極。
58.根據(jù)權(quán)利要求57的乘法器，其中每個指數(shù)電流發(fā)生器還包括與第三和第四晶體管串聯(lián)連接的電阻。
59.根據(jù)權(quán)利要求54的乘法器，其中每個指數(shù)電流發(fā)生器包括連接到第一輸入端的恒定電流棧；以及連接到第二輸入端和恒定電流棧的可變電流棧。
60.根據(jù)權(quán)利要求59的乘法器，其中恒定電流棧包括一個連接到第一輸入端的第一射極跟隨器晶體管，一個連接到射極跟隨器晶體管的被接成二極管的晶體管，和一個連接到被接成二極管的晶體管的電流源；以及可變電流棧包括一個連接到第二輸入端的第二射極跟隨器晶體管，和一個連接在第二射極跟隨器晶體管和被接成二極管的晶體管之間的第四晶體管。
61.根據(jù)權(quán)利要求60的乘法器，其中可變電流棧還包括連接在第二射極跟隨器晶體管和第四晶體管之間的電阻。
62.根據(jù)權(quán)利要求54的乘法器，其中第一指數(shù)電流發(fā)生器包括第一晶體管，具有連接到第一輸入端的基極，第二晶體管，具有連接到第一晶體管發(fā)射極的發(fā)射極，以及一起連接在第一節(jié)點(diǎn)的基極和集電極，連接到第一節(jié)點(diǎn)的第一電流源，第三晶體管，具有連接到第二輸入端的基極，第四晶體管，具有連接到第三晶體管發(fā)射極的發(fā)射極，和連接到第一節(jié)點(diǎn)的基極，以及第二指數(shù)電流發(fā)生器包括第五晶體管，具有連接到第三輸入端的基極，第六晶體管，具有連接到第五晶體管發(fā)射極的發(fā)射極，以及一起連接在第二節(jié)點(diǎn)的基極和集電極，連接到第二節(jié)點(diǎn)的第二電流源，第七晶體管，具有連接到第四輸入端的基極，第八晶體管，具有連接到第七晶體管發(fā)射極的發(fā)射極，和連接到第二節(jié)點(diǎn)的基極，第三指數(shù)電流發(fā)生器包括第九晶體管，具有連接到第四輸入端的基極，第十晶體管，具有連接到第九晶體管發(fā)射極的發(fā)射極，以及一起連接在第三節(jié)點(diǎn)的基極和集電極，連接到第三節(jié)點(diǎn)的第三電流源，第十一晶體管，具有連接到第一輸入端的基極，第十二晶體管，具有連接到第十一晶體管發(fā)射極的發(fā)射極，和連接到第三節(jié)點(diǎn)的基極，第四指數(shù)電流發(fā)生器包括第十三晶體管，具有連接到第二輸入端的基極，第十四晶體管，具有連接到第十三晶體管發(fā)射極的發(fā)射極，以及一起連接在第四節(jié)點(diǎn)的基極和集電極，連接到第四節(jié)點(diǎn)的第四電流源，第十五晶體管，具有連接到第三輸入端的基極，第十六晶體管，具有連接到第十五晶體管發(fā)射極的發(fā)射極，和連接到第四節(jié)點(diǎn)的基極。
63.根據(jù)權(quán)利要求62的乘法器，其中第一指數(shù)電流發(fā)生器還包括連接在第三和第四晶體管之間的第一電阻；第二指數(shù)電流發(fā)生器還包括連接在第七和第八晶體管之間的第二電阻；第三指數(shù)電流發(fā)生器還包括連接在第十一和第十二晶體管之間的第三電阻；以及第四指數(shù)電流發(fā)生器還包括連接在第十五和第十六晶體管之間的第四電阻。
64.根據(jù)權(quán)利要求62的乘法器，其中第四晶體管的集電極在用于相加第一和第二電流的第一輸出節(jié)點(diǎn)處連接到第八晶體管的集電極；以及第十二晶體管的集電極在用于相加第一和第二電流的第二輸出節(jié)點(diǎn)處連接到第十六晶體管的集電極。
65.根據(jù)權(quán)利要求64的乘法器，其中第一、第三、第五、第七、第九、第十一、第十三以及第十五晶體管包括連接到第一電源端的集電極；以及第一、第二、第三和第四電流源連接到第二電源端。
66.根據(jù)權(quán)利要求62的乘法器，其中第三晶體管的集電極在用于相加第一和第二電流的第一輸出節(jié)點(diǎn)處連接到第七晶體管的集電極；以及第十一晶體管的集電極在用于相加第三和第四電流的第二輸出節(jié)點(diǎn)處連接到第十五晶體管的集電極。
67.一種相乘第一和第二信號的方法，其中第一輸入信號是第一信號和第三信號之間的差，第二輸入信號是第二信號和第四信號之間的差，該方法包括產(chǎn)生響應(yīng)第一信號和第二信號成指數(shù)改變的第一電流；產(chǎn)生響應(yīng)第三信號和第四信號成指數(shù)改變的第二電流；產(chǎn)生響應(yīng)第四信號和第一信號成指數(shù)改變的第三電流；產(chǎn)生響應(yīng)第二信號和第三信號成指數(shù)改變的第四電流；組合第一和第二電流；以及組合第三和第四電流。
68.根據(jù)權(quán)利要求67的方法，其中第一和第二信號是電壓信號，并且產(chǎn)生第一電流包括在第一對串聯(lián)連接的結(jié)中保持第一恒定電流，由此在第一對結(jié)上產(chǎn)生第一電壓；以及用一個等于第一電壓加上第一和第二信號之間電壓差的電壓，驅(qū)動第二對串聯(lián)連接的結(jié)，由此在第二對結(jié)中產(chǎn)生第一電流。
69.根據(jù)權(quán)利要求68的方法，其中產(chǎn)生第二電流包括在第三對串聯(lián)連接的結(jié)中保持第二恒定電流，由此在第三對結(jié)上產(chǎn)生第二電壓；用一個等于第二電壓加上第三和第四信號之間電壓差的電壓，驅(qū)動第四對串聯(lián)連接的結(jié)，由此在第四對結(jié)中產(chǎn)生第二電流；產(chǎn)生第三電流包括在第五對串聯(lián)連接的結(jié)中保持第三恒定電流，由此在第五對結(jié)上產(chǎn)生第三電壓；用一個等于第三電壓加上第四和第一信號之間電壓差的電壓，驅(qū)動第六對串聯(lián)連接的結(jié)，由此在第六對結(jié)中產(chǎn)生第三電流；產(chǎn)生第四電流包括在第七對串聯(lián)連接的結(jié)中保持第四恒定電流，由此在第七對結(jié)上產(chǎn)生第四電壓；用一個等于第四電壓加上第二和第三信號之間電壓差的電壓，驅(qū)動第八對串聯(lián)連接的結(jié)，由此在第八對結(jié)中產(chǎn)生第四電流。
70.根據(jù)權(quán)利要求67的方法，其中組合第一和第二電流包括相加第一和第二電流；以及組合第三和第四電流包括相加第三和第四電流。
71.根據(jù)權(quán)利要求67的方法，還包括響應(yīng)一個控制信號對第一、第二、第三和第四電流定標(biāo)。
72.根據(jù)權(quán)利要求69的方法，還包括改變第一、第二、第三和第四恒定電流。
73.根據(jù)權(quán)利要求69的方法，還包括改變第一、第二、第三和第四電流。
74.一種響應(yīng)一個輸入信號產(chǎn)生指數(shù)電流的方法，包括在第一對串聯(lián)連接的結(jié)中保持恒定電流，由此在第一對結(jié)上產(chǎn)生第一電壓；以及用一個等于第一電壓減去該信號電壓的電壓，驅(qū)動第二對串聯(lián)連接的結(jié)，由此在第二對結(jié)中產(chǎn)生指數(shù)電流。
75.根據(jù)權(quán)利要求74的方法，還包括改變指數(shù)電流。
76.根據(jù)權(quán)利要求20的均方根-直流轉(zhuǎn)換器，其中平均電路包括連接到求和節(jié)點(diǎn)的電容器；以及運(yùn)算放大器，具有連接到求和節(jié)點(diǎn)的第一輸出端和被連接以接收一個參考信號的第二輸入端。
全文摘要
一種均方根－直流轉(zhuǎn)換器，產(chǎn)生一系列逐漸放大信號，這些放大信號被相乘和加權(quán)以抵消不相關(guān)噪聲，同時仍提供真實(shí)的平方律響應(yīng)。轉(zhuǎn)換器包括用于產(chǎn)生放大信號對的兩個系列的增益級，和響應(yīng)一系列的加權(quán)信號用于把該放大信號對相乘和加權(quán)的一系列四象限乘法器。乘法器的輸出被求和并平均，通過積分平均信號和參考信號之間的差值產(chǎn)生最終輸出信號。為了在寬范圍的輸入電壓上保持平方律響應(yīng)，通過將最終輸出信號反饋到一個插入器來對系統(tǒng)進(jìn)行伺服，插入器產(chǎn)生加權(quán)信號作為一系列連續(xù)插入的、重疊的、高斯型電流脈沖，該電流脈沖具有隨最終輸出信號的改變沿插入器的長度移動的質(zhì)心。一個實(shí)施例也可以用產(chǎn)生一系列被平方、加權(quán)和平均的放大信號的單個系列增益級實(shí)現(xiàn)。
文檔編號H03G1/00GK1433518SQ00818684
公開日2003年7月30日 申請日期2000年12月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月28日
發(fā)明者巴里·吉爾伯特 申請人:模擬器件有限公司