[發(fā)明專(zhuān)利]一種寬輸入范圍的電流除法器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210526864.1
• 申請(qǐng)日: 2022-05-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115016580B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-02-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樊華;徐凱;常偉鵬;刁小芃;馮浪;趙攀峰;馮全源
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05F1/56
• 分類(lèi)號(hào): G05F1/56
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專(zhuān)利中心 51203
• 代理人: 陳一鑫

該發(fā)明公開(kāi)了一種寬輸入范圍電流除法器，涉及集成電路領(lǐng)域。該除法器電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅需要三個(gè)MOS器件，減小了芯片設(shè)計(jì)面積，此外，電路可以在較低的電源電壓下工作，整個(gè)除法器電路功耗較小；并且通過(guò)利用MOS管體電壓與漏源電流的線性關(guān)系，將輸入電流等效轉(zhuǎn)化的電壓輸入到MOS管的體端，該MOS管產(chǎn)生的電流用于除法運(yùn)算，從而將輸入電流范圍按比例縮小，可以在較寬的輸入電流范圍實(shí)現(xiàn)兩個(gè)輸入電流相除的功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路領(lǐng)域，具體涉及一種寬輸入范圍的電流除法器。

背景技術(shù)

除法器是COMS信號(hào)處理電路的基本功能模塊，例如模擬計(jì)算、模糊邏輯和通信系統(tǒng)等。隨著電子設(shè)備逐漸小型化，對(duì)電路結(jié)構(gòu)的要求也逐漸趨于簡(jiǎn)單化；同時(shí)任何電路的輸入信號(hào)范圍是一項(xiàng)重要的指標(biāo)，較寬的范圍可以讓電路適用于更多的應(yīng)用場(chǎng)合。

如圖1所示為現(xiàn)有文獻(xiàn)1[Low-voltage，low power，low area，CMOS current-modedivider circuit]實(shí)現(xiàn)的一種電流除法器電路結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)利用圖1中MOS管M_A工作在線性區(qū)時(shí)漏源電流I_D1與漏源電壓V_DS1成正比，與柵源電壓V_GS1和閾值電壓V_T1的差值成反比的特點(diǎn)： I_D1＝I₁＝β₁(V_GS1-V_T1)·V_DS1，式中β₁為MOS管工藝參數(shù)，通過(guò)M_B和R₁將與I_D成反比的項(xiàng)等效為一個(gè)電壓項(xiàng)V_X：I₁＝β₁·V_X·V_DS1，將V_X轉(zhuǎn)換為輸入電流I₃的公式，得到： V_DS1＝(1/β₁·V_X)·(I₁/I₃)，實(shí)現(xiàn)電流I₁和電流I₃相除的功能，該結(jié)構(gòu)只需四個(gè)MOS管，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、供電電壓要求低、功耗低等優(yōu)勢(shì)。但是由于電路結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，當(dāng)I₃不斷增大到某個(gè)值后，NMOS管M_A會(huì)進(jìn)入飽和區(qū)，進(jìn)而使I₃/I₁不再是線性變化的關(guān)系，此時(shí)電路不具備除法的功能，所以輸入電流I₃的范圍受到限制。

圖2所示為文獻(xiàn)2[Low-power high-speed analog multiplier/divider basedon a new current squarer circuit]中提出的電流除法器結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)基于平方差分方法，利用MOS管工作在弱反型時(shí)柵源電壓和漏源電流成指數(shù)關(guān)系的特性實(shí)現(xiàn)四象限乘法器和除法器的功能，即 (X+Y)²-(X-Y)²＝4XY；使用兩個(gè)新的電流平方單元，電路左半部分實(shí)現(xiàn)(I_X+I_Y)²，右半部分實(shí)現(xiàn)(I_X-I_Y)²，從而得到I_O1＝2I_B+(I_X+I_Y)²/4I_B，I_O2＝2I_B+(I_X-I_Y)²/4I_B，進(jìn)而得到 I_OUT＝I_O1-I_O2＝(I_X·I_Y)/I_B。具有低功耗、低供電電壓和低非線性等優(yōu)勢(shì)，弱反型意味著電路中MOS管的電流較小，通常在幾十到幾百納安之間，因此會(huì)限制輸入電流的范圍，需要12 個(gè)MOS晶體管。