[發(fā)明專利]一種基于線性區(qū)MOS管的兩端口模擬乘法器設(shè)計方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201910312535.5
• 申請日: 2019-04-18
• 公開（公告）號: CN110011658A
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳涵涵;卜剛
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: H03K19/094
• 分類號: H03K19/094
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

模擬乘法器作為集成電路中的基礎(chǔ)模塊，在模擬電路設(shè)計中起著重要作用。本發(fā)明設(shè)計了一種MOS管兩端口模擬乘法器，其主體部分為工作在線性區(qū)的共源電路NM1，一個輸入電壓VX經(jīng)過PMOS管和恒流源組成的源極跟隨器加在柵極與源極之間，另一個輸入電壓VY經(jīng)過運算放大器OPA和NMOS管NM2所組成的電壓緩沖器加在了漏極與源極之間，利用其線性區(qū)的電流方程，實現(xiàn)兩個輸入電壓的乘法運算，并把處理結(jié)果通過輸出電阻饋送到輸出端。該設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)省面積，適合使用在精度要求不高的模擬集成電路設(shè)計中。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明專利涉及集成電路領(lǐng)域中常用模塊乘法器的設(shè)計，該乘法器主體部分由單個MOS管構(gòu)成。

背景技術(shù)：

乘法器是集成電路中的基礎(chǔ)模塊，在工程設(shè)計中起著不可替代的作用。乘法器不僅是乘法、除法、乘方和開方等模擬運算的基本單元，而且還廣泛應(yīng)用于電子信息系統(tǒng)，實現(xiàn)調(diào)制、解調(diào)、混頻、鑒相和自動增益控制功能。另外，還可用于濾波、波形形成和頻率控制場合，因此是一種應(yīng)用廣泛的功能電路。

本發(fā)明設(shè)計了一種針對輸入電壓為數(shù)十至數(shù)百毫伏的兩端口模擬乘法器，其主體部分利用單個工作在線性區(qū)的MOS管，對兩個輸入電壓進行乘法處理，并把處理結(jié)果通過輸出電阻饋送到輸出端。該設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，適合使用在對精度要求不高的模擬集成電路設(shè)計中。

發(fā)明內(nèi)容：

該兩端口模擬乘法器的電路結(jié)構(gòu)如附圖1所示。其中，NM1為工作在線性區(qū)的N型MOS管，作為該模擬乘法器的主體部分。PM1為一P型MOS管，該MOS管的N阱襯底與源相接，以消除體效應(yīng)對電路的影響。PM1上端為一電流源Ibias，為PM1提供直流偏置。NM2為一N型MOS管，OPA為一運算放大器，頂端R為一恒定電阻，乘法器輸出由NM2管漏端接出。

如附圖2所示，乘法器的Y端輸入由Ys端電壓線性分壓得到，其目的是線性縮小Y端電壓，保證NM1管工作在線性區(qū)。

附圖說明：

附圖1一種基于線性區(qū)MOS管的兩端口模擬乘法器的電路結(jié)構(gòu)；

附圖2該乘法器的外部分壓電路結(jié)構(gòu)；

具體實施方式：

該兩端口模擬乘法器的工作原理與設(shè)計步驟包括：

1)調(diào)節(jié)PM1管的寬長比W/L以及電流源Ibias的電流大小，保證PM1管柵源電壓的絕對值|Vgsp|接近NM1的閾值電壓Vthn。

2)記輸入端X的輸入電壓為V_X，則X1端電壓大小為V_X+|Vgsp|。NM1管的過驅(qū)動電壓Vodn＝V_X+|Vgsp|-Vthn。

3)Ys端電壓通過兩個線性電阻R1、R2分壓，電阻大小比例為R1∶R2＝N-1∶1，因此Y端電壓V_YS為V_Y/N，其目的是保證NM1管的漏端電壓足夠小(如N＝10)，適用線性區(qū)MOS管電流公式。

4)記輸入端Y的輸入電壓為V_Y，由于運算放大器的虛短路作用，NM1的漏端電壓也為V_Y，同時，運算放大器起到調(diào)節(jié)NM1支路電流的作用。

5)根據(jù)MOS管工作在線性區(qū)時的電流公式由步驟2)知Vod＝V_X+|Vgsp|-Vthn＝V_X+ΔV，其中ΔV＝|Vgsp|-Vthn。又由步驟4)知Vds_nm1＝V_Y，所以當V_X＞＞ΔV時，即輸出電流為輸入電壓的乘積。