第6讲_模拟集成乘法器

1、模拟集成电路原理与应用模拟集成电路原理与应用王青蒂王青蒂第第6讲讲 模拟集成乘法器模拟集成乘法器n6.1 模拟乘法器的基本概念、特性模拟乘法器的基本概念、特性n6.2 模拟乘法器的工作原理模拟乘法器的工作原理n6.3 模拟乘法器的应用模拟乘法器的应用6.1 模拟乘法器的基本概念、特性模拟乘法器的基本概念、特性n基本概念基本概念n模拟乘法器模拟乘法器实现两个互不相关的模拟信号相乘的电路实现两个互不相关的模拟信号相乘的电路n电路符号电路符号n输出特性输出特性vo (t) = =Kvx(t) vy(t) Z = KXY其中其中 K的量纲为的量纲为1/V，数值取决于乘法器电路参数，数值取决于乘法器电路

2、参数( )xv t( )ov t( )yv txyz6.1 模拟乘法器的基本概念、特性模拟乘法器的基本概念、特性n工作象限工作象限n四个工作象限四个工作象限I象限：象限：X0，Y0II象限：象限： X0，Y0III象限：象限： X0，Y0，Y0n乘法器以工作象限分类乘法器以工作象限分类单象限乘法器单象限乘法器二象限乘法器二象限乘法器四象限乘法器四象限乘法器6.1 模拟乘法器的基本概念、特性模拟乘法器的基本概念、特性n传输特性传输特性n四象限输出特性四象限输出特性 X = 0时，时，Y为任意值，为任意值，则输出则输出Z = 0；Y = 0时，时，X为任意值，为任意值，则输出则输出Z = 0当有一

3、个输入电压为恒定的直流电压当有一个输入电压为恒定的直流电压E时时Z=(KE)XZ=(KE)Y此时模拟乘法器相当于一个增益为此时模拟乘法器相当于一个增益为Av=KE的放大器的放大器6.1 模拟乘法器的基本概念、特性模拟乘法器的基本概念、特性n传输特性传输特性n平方律输出特性平方律输出特性 当当X=Y时，时，Z=KX2=KY2当当X=-Y时，时，Z=-KX2=-KY26.1 模拟乘法器的基本概念、特性模拟乘法器的基本概念、特性n线性与非线性性质线性与非线性性质n模拟乘法器是一种非线性器件模拟乘法器是一种非线性器件n一般情况下体现非线性特性一般情况下体现非线性特性当当X=Y=Vmcos t时，时，n

4、在一定条件下，体现线性特性在一定条件下，体现线性特性当当X=E，Y=v1+v2时，时，222211coscos222=mmmZKXYKVtKVKVt 1212()=ZKXYKE vvKEvKEv第第6讲讲 模拟集成乘法器模拟集成乘法器n6.1 模拟乘法器的基本概念、特性模拟乘法器的基本概念、特性n6.2 模拟乘法器的工作原理模拟乘法器的工作原理n6.3 模拟乘法器的应用模拟乘法器的应用6.2 模拟乘法器的工作原理模拟乘法器的工作原理n实现模拟相乘的多种方法：实现模拟相乘的多种方法：n对数对数-反对数相乘法、四分之一平方相乘法、三角波平均相反对数相乘法、四分之一平方相乘法、三角波平均相乘法、时间

5、分割相乘法、霍尔效应相乘法、环形二极管相乘法、时间分割相乘法、霍尔效应相乘法、环形二极管相乘法、变跨导相乘法乘法、变跨导相乘法n变跨导相乘法变跨导相乘法采用差分电路为基本电路采用差分电路为基本电路温度稳定性好、运算精度高、运算速度快温度稳定性好、运算精度高、运算速度快便于集成化便于集成化应用广泛应用广泛6.2 模拟乘法器的工作原理模拟乘法器的工作原理n二象限变跨导模拟乘法器二象限变跨导模拟乘法器n电路结构电路结构恒流源差分放大电路恒流源差分放大电路电流源电流源Io受受vy控制控制n输出电压含有相乘项输出电压含有相乘项输出电压：输出电压：差分电路跨导：差分电路跨导：电流源电流电流源电流=Comx

6、vg R v2omTIgV=，（）yBEoyBEEvvIvVR二象限乘法器二象限乘法器22=CCoxyBEyTETERRvv vvvV RV R6.2 模拟乘法器的工作原理模拟乘法器的工作原理n二象限变跨导模拟乘法器二象限变跨导模拟乘法器n缺点：缺点：含有非乘积项含有非乘积项电路正常工作必须：电路正常工作必须：vx的线性范围太小的线性范围太小电流源电流源T3管没有温漂补偿，结果误差大管没有温漂补偿，结果误差大yBEvV6.2 模拟乘法器的工作原理模拟乘法器的工作原理n双平衡模拟乘法器双平衡模拟乘法器n电路结构电路结构六个六个BJT组成三个差分电路组成三个差分电路n电路特性电路特性vx、vy极性

7、可正可负极性可正可负温度对温度对T5、T6差分电路差分电路影响小影响小通过通过Ry控制相乘增益控制相乘增益Kn缺点缺点vx的线性范围小的线性范围小K与温度有关与温度有关6.2 模拟乘法器的工作原理模拟乘法器的工作原理n线性化双平衡模拟乘法器线性化双平衡模拟乘法器第第6讲讲 模拟集成乘法器模拟集成乘法器n6.1 模拟乘法器的基本概念、特性模拟乘法器的基本概念、特性n6.2 模拟乘法器的工作原理模拟乘法器的工作原理n6.3 模拟乘法器的应用模拟乘法器的应用6.3 模拟乘法器的应用模拟乘法器的应用-运算电路运算电路n乘法与平方运算电路乘法与平方运算电路当当 时时乘法器电路即是平方运算电路乘法器电路即

8、是平方运算电路( )xv t( )ov t( )yv txyz=ox yvKv v=xyivvv2=oivKvn除法与开方电路除法与开方电路n除法运算电路（反相输入）除法运算电路（反相输入）由虚断得到：由虚断得到：又由虚地又由虚地vN=0：乘法器输出端：乘法器输出端：所以：所以：为保证运放工作在负反馈线性区：为保证运放工作在负反馈线性区：6.3 模拟乘法器的应用模拟乘法器的应用-运算电路运算电路12=ii12= imvvRR=mRovKv v211= ioRvRvK R v当当R1=R2时：时：1= ioRvvK v0Rv二象限电路二象限电路6.3 模拟乘法器的应用模拟乘法器的应用-运算电路运

9、算电路n除法与开方电路除法与开方电路n除法运算电路（同相输入）除法运算电路（同相输入）由虚短得到：由虚短得到：又有：又有：乘法器输出端：乘法器输出端：所以：所以：=Nivv212=NmRvvRR=mRovKv v212=imRvvRR12(1)=ioRvRvRKv6.3 模拟乘法器的应用模拟乘法器的应用-运算电路运算电路n除法与开方电路除法与开方电路n除法运算电路（同相输入）除法运算电路（同相输入）由虚短得到：由虚短得到：所以：所以：=iNRovvKv v1=ioRvvK v6.3 模拟乘法器的应用模拟乘法器的应用-运算电路运算电路n除法与开方电路除法与开方电路n开平方运算电路开平方运算电路适

10、用于适用于vi0的情况：的情况：由虚断得到：由虚断得到：又由虚地又由虚地vN=0：反相放大电路反相放大电路A2输出：输出：所以：所以：当当R1=R2时：时：12=ii212= ivvRR22= = movvKv2211|= = oiiRRvvvKRKR1|= oivvK6.3 模拟乘法器的应用模拟乘法器的应用-运算电路运算电路n除法与开方电路除法与开方电路n开立方运算电路开立方运算电路由虚短虚断得：由虚短虚断得：由乘法器输出端：由乘法器输出端：所以：所以：2= imvv22321()=mmoooovKv vK KvvK v321=oivvK6.3 模拟乘法器的应用模拟乘法器的应用-运算电路运算

11、电路n函数发生器函数发生器n函数函数由运放输入的叠加原理：由运放输入的叠加原理：运放只有输入运放只有输入vi ， vm为为0时时运放只有输入运放只有输入vm时，由反相放大电路得时，由反相放大电路得所以：所以：21( )2.61.69=f xxx1.69(1)|1.86=oPRvvRR1.692.6(1)|1.862.6=iRRvRR RR21.691.69= = omiRvvvR221.692.6(1)1.692.61.691|1.86 12.6=oooiiiivvvvvvv6.3 模拟乘法器的应用模拟乘法器的应用-运算电路运算电路n函数发生器函数发生器n函数函数2320123( ) =fxa

12、a xa xa x0121123/10/100= immoavvvvRR aRaRaR213210100=imimvvvv1= oovv6.3 模拟乘法器的应用模拟乘法器的应用-运算电路运算电路n函数发生器函数发生器n函数函数353( )sin6120=xxfxxx11166.710= omkvvk12166.783.33 |10(1)101083.33 |10=omkkkvvkkkk1166.710 |10(1)101083.3310 |10=okkkvkkkk214210100=imimvvvv31=ooivK v v11112410(1)6120=ooooiivvvvvv6.3 模拟乘法

13、器的应用模拟乘法器的应用-信号处理信号处理n信号调制与解调信号调制与解调n基带信号基带信号消息信号一般具有从零频开始的较宽频谱，且在低频分布消息信号一般具有从零频开始的较宽频谱，且在低频分布较大能量，不宜直接在信道中传输较大能量，不宜直接在信道中传输n调制（发送端）调制（发送端）用一个信号（用一个信号（原信号原信号也称也称调制信号调制信号）去控制另一个信号（）去控制另一个信号（载波信号载波信号）的某个参量，从而产生）的某个参量，从而产生已调制信号已调制信号目的：便于传输、提高抗干扰能力、有效利用带宽目的：便于传输、提高抗干扰能力、有效利用带宽n解调（接收端）解调（接收端）调制的相反过程，即从调

14、制的相反过程，即从已调制信号已调制信号中恢复出中恢复出原信号原信号6.3 模拟乘法器的应用模拟乘法器的应用-信号处理信号处理n调制电路调制电路n调幅电路调幅电路幅度调制：幅度调制：用低频调制信号控制高频载波信号的振幅用低频调制信号控制高频载波信号的振幅频谱结构：频谱结构：将调制信号的频谱搬移到较高频谱将调制信号的频谱搬移到较高频谱6.3 模拟乘法器的应用模拟乘法器的应用-信号处理信号处理n调制电路调制电路n调幅电路调幅电路通用原理框图通用原理框图vs为载波信号为载波信号vi为含有调制信号的输入信号为含有调制信号的输入信号普通调幅普通调幅滤波器的滤波器的中心频率中心频率应为载波信号频率，应为载波

15、信号频率，带宽带宽大于调制信号大于调制信号频率两倍频率两倍双边带调幅双边带调幅iovEv=ivv=6.3 模拟乘法器的应用模拟乘法器的应用-信号处理信号处理n调制电路调制电路n调幅电路调幅电路单边带调幅单边带调幅滤波法：滤波法：带通滤波器从带通滤波器从双边带信号双边带信号中滤出其中一个边带信号中滤出其中一个边带信号相移法：相移法：ivv=6.3 模拟乘法器的应用模拟乘法器的应用-信号处理信号处理n调制电路调制电路n调频电路调频电路调频调频：用调制信号控制载波信号的频率变化用调制信号控制载波信号的频率变化积分式调频振荡器：积分式调频振荡器：积分式正交振荡器积分式正交振荡器两个乘法器两个乘法器原理

16、：原理：用调制信号控制积分器用调制信号控制积分器输入电压输入电压01RC=6.3 模拟乘法器的应用模拟乘法器的应用-信号处理信号处理n解调电路解调电路n同步解调电路同步解调电路普通调幅信号的同步检波普通调幅信号的同步检波普通调幅信号特点：普通调幅信号特点：含有载波频率成分含有载波频率成分解调原理：解调原理：调幅信号波分两路传送调幅信号波分两路传送一路经限幅器，选出一路经限幅器，选出载波成分载波成分，再送入乘法器一端，再送入乘法器一端一路直接送入乘法器另一端一路直接送入乘法器另一端乘法器输出滤去高频分量，还原得到低频乘法器输出滤去高频分量，还原得到低频调制信号调制信号v6.3 模拟乘法器的应用模拟乘法器的应用-信号处理信号处理n解调电路解调电路n同步解调电路同步解调电路双边带、单边带调幅信号的同步检波双边带、单边带调幅信号的同步检波调幅信号特点：不含载波分量调幅信号特点：不含载波分量解调原理：解调原理