專利名稱：乘法器的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及乘法器電路，更具體地說，涉及一種非線性乘法器電路。
背景技術(shù)：
在SMPS(Switching Mode Power supply)系統(tǒng)中，PFC(Power FactorCorrection)系統(tǒng)是很重要的一類。相比于傳統(tǒng)的全波整流和大容量的電容濾波電路從AC電網(wǎng)獲得DC電壓的方法，PFC系統(tǒng)可以將系統(tǒng)功率因數(shù)從0.55～0.65提高到0.9～0.99。PFC系統(tǒng)控制回路通常包含一個兩輸入的乘法器，其中一個輸入是反饋信號，另一個輸入一般是AC供電電壓的取樣或者相關(guān)參數(shù)。
參考圖1，圖1所示的是一種典型的PFC系統(tǒng)是升壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。從輸出電壓Vout來的反饋電壓與基準電壓比較后得到一個誤差信號Verror，這個誤差信號Verror就是兩輸入的乘法器的第一個輸入信號，另一個信號是從整流后的主線分壓得到。乘法器的輸出作為參考信號檢測流過外接功率管的電流大小。這個參考信號可表示為REFCS＝K*Verror*Vmult其中K是乘法器的特征常數(shù)。
圖2是典型的線性乘法器的電路圖，其工作原理如下PFC系統(tǒng)工作基本原理，當電流取樣電阻RSENSE上的電壓降大于乘法器的輸出REFCS時，外接功率管就關(guān)閉，電感中存儲的能量就轉(zhuǎn)移到輸出端；隨著能量的轉(zhuǎn)移，電感上電流逐漸減小，當ZCD功能塊通過輔助線圈檢測到電感電流降到零時，外接功率管開啟。
在PFC應用中，控制系統(tǒng)可以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性并降低從AC總線及系統(tǒng)自身來的噪聲。其中，系統(tǒng)的穩(wěn)定性與其開環(huán)增益相關(guān)，增益越大系統(tǒng)穩(wěn)定性越差。圖1所示系統(tǒng)的開環(huán)增益與AC總線電壓，負載阻抗以及乘法器的常數(shù)K成正比關(guān)系GLOOP=∝VAC2*RLOAD*K]]>隨著AC總線電壓以及負載阻抗的增大，開環(huán)增益也增大，這可能會導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。如果減小乘法器的常數(shù)K，開環(huán)增益就能夠降下來；同樣，常數(shù)K對于噪聲抑制有同樣的效果。為了改善控制系統(tǒng)增益，在小信號輸入狀態(tài)下以非線性實現(xiàn)降低常數(shù)K的非線性乘法器是一個理想的選擇。圖3說明非線性乘法器和線性乘法器的輸出特性對比。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種在小信號輸入狀態(tài)下以非線性實現(xiàn)降低常數(shù)K的非線性乘法器。
根據(jù)本實用新型，提供一種乘法器，包括非線性比例轉(zhuǎn)換電路，將輸入的差分信號轉(zhuǎn)換成第一電流，再將第一電流進行非線性轉(zhuǎn)換得到輸出電流；乘法電路，將輸入的乘法信號進行二級轉(zhuǎn)換生成乘法電流信號，并與所述輸出電流相乘。
根據(jù)本實用新型的一實施例，所述乘法電路包括第一差分級，將輸入的乘法信號轉(zhuǎn)換成第一級差分信號；第二差分級，與第一差分級相連，將第一差分信號作為輸入，還接入所述輸出電流，第二差分級的輸出連接到一輸出電路；輸出電路，包括電流鏡、輸出管和輸出電阻，產(chǎn)生一輸出信號。
根據(jù)本實用新型的一實施例，所述乘法電路結(jié)構(gòu)為第一差分級，包括第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管、第四晶體管和發(fā)射極電阻，其中發(fā)射極電阻通過偏置電流產(chǎn)生一個壓降來限制輸入的乘法信號的動態(tài)輸入范圍；第一差分極把乘法信號的輸入電壓轉(zhuǎn)換成第三晶體管和第四晶體管的發(fā)射極間的差分信號，然后輸入第二差分級；第二差分級，包括第五晶體管、第六晶體管、第七晶體管、第八晶體管，其中第五晶體管、第六晶體管的集電極都接入所述輸出電流(Ip2)，第二差分級產(chǎn)生一個輸出電流至輸出電路；輸出電路包括由第九晶體管和第十晶體管構(gòu)成的電流鏡，一輸出晶體管和一輸出電阻，輸出電路產(chǎn)生輸出信號。
根據(jù)本實用新型的一實施例，所述非線性比例轉(zhuǎn)換電路包括差分級，將輸入的差分信號轉(zhuǎn)換成電流；轉(zhuǎn)換電路，將電流進行非線性轉(zhuǎn)換得到輸出電流，其中輸出電流是一個與第一電流成平方增長的電流。
根據(jù)本實用新型的一實施例，所述非線性比例轉(zhuǎn)換電路的電路結(jié)構(gòu)如下所述差分級包括第十一晶體管、第十二晶體管、第十三晶體管和第十四晶體管，其中所述第十一晶體管和第十二晶體管構(gòu)成一對差分對，它們的發(fā)射極各自連接一第一發(fā)射極電阻，輸入的差分信號連接到差分對的兩輸入端；所述第十三晶體管和第十四晶體管構(gòu)成鏡像電流源電路；所述轉(zhuǎn)換電路包括第十五晶體管至第二十七晶體管共十三個晶體管，通過個晶體管之間的電流相加減，以及等電壓的變換，將第一電流轉(zhuǎn)換得到一與其成與平方增長關(guān)系的輸出電流。
采用了本實用新型的技術(shù)方案，提供了一種在小信號輸入狀態(tài)下以非線性實現(xiàn)降低常數(shù)K的非線性乘法器。


本實用新型的特征、性質(zhì)和優(yōu)勢將通過
以下結(jié)合附圖和實施例的描述而變得更加明顯，附圖中相同的附圖標記始終表示相同的特征，其中，圖1是一種典型的PFC系統(tǒng)是升壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng)；圖2是典型的線性乘法器的電路圖；圖3說明非線性乘法器和線性乘法器的輸出特性對比；圖4是本實用新型的非線性乘法器的電路圖；圖5是本實用新型的非線性乘法器中使用的乘法電路的電路圖；圖6是本實用新型的非線性乘法器中使用的非線性比例轉(zhuǎn)換電路的電路圖；
圖7是本實用新型的非線性乘法器的Ip1電流和Ip2電流之間的特性關(guān)系；圖8是本實用新型的error信號和Multout信號之間的特性關(guān)系。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例進一步說明本實用新型的技術(shù)方案。
根據(jù)本實用新型的設計思想，提供一種乘法器，包括非線性比例轉(zhuǎn)換電路，將輸入的差分信號error轉(zhuǎn)換成第一電流Ip1，再將第一電流Ip1進行非線性轉(zhuǎn)換得到輸出電流Ip2；乘法電路，將輸入的乘法信號Mult進行二級轉(zhuǎn)換生成乘法電流信號，并與所述輸出電流Ip2相乘。
其中，在上述的電路中，乘法電路可包括第一差分級，將輸入的乘法信號Mult轉(zhuǎn)換成第一級差分信號；第二差分級，與第一差分級相連，將第一差分信號作為輸入，還接入所述輸出電流Ip2，第二差分級的輸出連接到一輸出電路；輸出電路，包括電流鏡、輸出管和輸出電阻，產(chǎn)生一輸出信號。
參考圖4所示的實施例，其示出了本實用新型的非線性乘法器中使用的乘法電路的電路圖，包括如下的電路結(jié)構(gòu)第一差分級，包括第一晶體管Q1、第二晶體管Q2、第三晶體管Q3、第四晶體管Q4和發(fā)射極電阻R1，其中發(fā)射極電阻R1通過偏置電流產(chǎn)生一個壓降來限制輸入的乘法信號Mult的動態(tài)輸入范圍；第一差分極把乘法信號Mult的輸入電壓轉(zhuǎn)換成第三晶體管Q3和第四晶體管Q4的發(fā)射極間的差分信號，然后輸入第二差分級；第二差分級，包括第五晶體管Q5、第六晶體管Q6、第七晶體管Q7、第八晶體管Q8，其中第五晶體管Q5、第六晶體管Q6的集電極都接入所述輸出電流Ip2，第二差分級產(chǎn)生一個輸出電流至輸出電路；輸出電路包括由第九晶體管Q9和第十晶體管Q10構(gòu)成的電流鏡，一輸出晶體管Q28和一輸出電阻R2，輸出電路產(chǎn)生輸出信號。
該乘法電路的工作原理如下由第一晶體管Q1、第二晶體管Q2、第三晶體管Q3、第四晶體管Q4和電阻R1構(gòu)成的第一級差分輸入級中R1的作用是通過偏置電流I9產(chǎn)生一個壓降來限制Mult的動態(tài)輸入范圍。第一差分級的功能是把Mult的輸入電壓轉(zhuǎn)換成第三晶體管Q3和第四晶體管Q4的發(fā)射極間的差分信號。然后輸入第二差分級，第二差分級由第五晶體管Q5、第六晶體管Q6、第七晶體管Q7和第八晶體管Q8構(gòu)成，第二差分級產(chǎn)生一個輸出電流，輸出電流經(jīng)過電流鏡，即第九晶體管Q9和第十晶體管Q10，輸出晶體管Q28并且由輸出電阻R2產(chǎn)生輸出信號VMultout。
經(jīng)過此轉(zhuǎn)換，可以有以下一個關(guān)系式VMultout≈VmultIp2I9R2R1]]>從這個關(guān)系式可以看出VMultout正比于Vmult輸入和電流Ip2。
構(gòu)成本實用新型的非線性乘法器的另一個電路結(jié)構(gòu)是非線性比例轉(zhuǎn)換電路包括差分級，將輸入的差分信號error轉(zhuǎn)換成第一電流Ip1；轉(zhuǎn)換電路，將第一電流Ip1進行非線性轉(zhuǎn)換得到輸出電流Ip2，其中輸出電流Ip2是一個與第一電流Ip1成平方增長的電流。
參考圖4所示的實施例，其示出了本實用新型的非線性乘法器中使用的非線性比例變換電路的電路圖，包括如下的電路結(jié)構(gòu)差分級包括第十一晶體管Q11、第十二晶體管Q12、第十三晶體管Q13和第十四晶體管Q14，其中第十一晶體管Q11和第十二晶體管Q12構(gòu)成一對差分對，它們的發(fā)射極各自連接一第一發(fā)射極電阻R3，輸入的差分信號error連接到差分對的兩輸入端；第十三晶體管Q13和第十四晶體管Q14構(gòu)成鏡像電流源電路；轉(zhuǎn)換電路包括第十五晶體管Q15至第二十七晶體管Q27共十三個晶體管，通過個晶體管之間的電流相加減，以及等電壓的變換，將第一電流轉(zhuǎn)換得到一與其成與平方增長關(guān)系的輸出電流。
該轉(zhuǎn)換電路的工作原理如下第十一晶體管Q11、第十二晶體管Q12、第十三晶體管Q13和第十四晶體管Q14組成差分級，將差分輸入信號Verror轉(zhuǎn)換成電流Ip1，符合以下公式Ip1≈1R3Verror;]]>
從圖5可以得到I1=I0-Ip12;]]>通過第十五晶體管Q15和第十四晶體管Q14，由Q14＝aQ15，得到I3=I1aexp(I1*R4Vt)=b*I0;]]>設一系列的系數(shù)e，f，g，h，j，k，l，p，q這幾個參數(shù)就是電流鏡的比例關(guān)系Ip1＝I4，I5＝e*I4，I6＝f*I5＝ef*Ip1；I8＝I6+gI3＝ef*Ip1+gb*I0；I7＝h*I8＝h*(ef*Ip1+gb*I0)；最后，由Vbe(Q24)+Vbe(Q27)＝Vbe(Q23)+Vbe(Q22)得VTlnI7j·Is+VTlnIp2k·Is=VTlnIp1p·Is+VTlnIp1q·Is]]>將以上關(guān)系代入就可以得Ip2=cIp12a*Ip1+d*I3=cIp12a*Ip1+db*I0;]]>利用經(jīng)過上述一系列的轉(zhuǎn)換得到的Ip2，Ip2=cIp12a*Ip1+d*I3]]>當Ip1＜＜I0/2時，I1≈I0/2，I3＞＞Ip1，我們得到Ip2=cIp12b*m*I0=K1*Ip12,]]>這時Ip2是一個與Ip1成平方增長的一個電流；而當Ip1比較大與I0/2相當時，I1＜＜I0/2，I3＜＜I0/2即I3＜＜Ip1，這時Ip2≈cIp1a=K2*Ip1,]]>參考圖7示出了該種特性。
這樣由Ip1和Ip2的關(guān)系，可得圖8的關(guān)系當Ip1＜＜I0/2時VMultout≈m*Vmult*Verror2當Ip1比較大與I0/2時
VMultout≈n*Vmult*Verror由此可見，只要設定相關(guān)的參數(shù)，就可以很容易在預定的Verror動態(tài)輸入范圍中設計出相應的非線性范圍。使用這種方法，就可以得到一個穩(wěn)定，抗噪聲的控制環(huán)路。
采用了本實用新型的技術(shù)方案，提供了一種在小信號輸入狀態(tài)下以非線性實現(xiàn)降低常數(shù)K的非線性乘法器。
上述實施例是提供給熟悉本領域內(nèi)的人員來實現(xiàn)或使用本實用新型的，熟悉本領域的人員可在不脫離本實用新型的發(fā)明思想的情況下，對上述實施例做出種種修改或變化，因而本實用新型的保護范圍并不被上述實施例所限，而應該是符合權(quán)利要求書提到的創(chuàng)新性特征的最大范圍。
權(quán)利要求1.一種乘法器，其特征在于，包括非線性比例轉(zhuǎn)換電路，將輸入的差分信號(error)轉(zhuǎn)換成第一電流(Ip1)，再將電流(Ip1)進行非線性轉(zhuǎn)換得到輸出電流(Ip2)；乘法電路，將輸入的乘法信號(Mult)進行二級轉(zhuǎn)換生成乘法電流信號，并與所述輸出電流(Ip2)相乘。
2.如權(quán)利要求1所述的乘法器，其特征在于，所述乘法電路包括第一差分級，將輸入的乘法信號(Mult)轉(zhuǎn)換成第一級差分信號；第二差分級，與第一差分級相連，將第一差分信號作為輸入，還接入所述輸出電流(Ip2)，第二差分級的輸出連接到一輸出電路；輸出電路，包括電流鏡、輸出管和輸出電阻，產(chǎn)生一輸出信號。
3.如權(quán)利要求2所述的乘法器，其特征在于，所述乘法電路結(jié)構(gòu)為第一差分級，包括第一晶體管(Q1)、第二晶體管(Q2)、第三晶體管(Q3)、第四晶體管(Q4)和發(fā)射極電阻(R1)，其中發(fā)射極電阻(R1)通過偏置電流產(chǎn)生一個壓降來限制輸入的乘法信號(Mult)的動態(tài)輸入范圍；第一差分極把乘法信號(Mult)的輸入電壓轉(zhuǎn)換成第三晶體管(Q3)和第四晶體管(Q4)的發(fā)射極間的差分信號，然后輸入第二差分級；第二差分級，包括第五晶體管(Q5)、第六晶體管(Q6)、第七晶體管(Q7)、第八晶體管(Q8)，其中第五晶體管(Q5)、第六晶體管(Q6)的集電極都接入所述輸出電流(Ip2)，第二差分級產(chǎn)生一個輸出電流至輸出電路；輸出電路包括由第九晶體管(Q9)和第十晶體管(Q10)構(gòu)成的電流鏡，一輸出晶體管(Q28)和一輸出電阻(R2)，輸出電路產(chǎn)生輸出信號。
4.如權(quán)利要求1所述的乘法器，其特征在于，所述非線性比例轉(zhuǎn)換電路包括差分級，將輸入的差分信號(error)轉(zhuǎn)換成第一電流(Ip1)；轉(zhuǎn)換電路，將電流(Ip1)進行非線性轉(zhuǎn)換得到輸出電流(Ip2)，其中輸出電流(Ip2)是一個與電流(Ip1)成平方增長的電流。
5.如權(quán)利要求2所述的乘法器，其特征在于，所述非線性比例轉(zhuǎn)換電路的電路結(jié)構(gòu)如下所述差分級包括第十一晶體管(Q11)、第十二晶體管(Q12)、第十三晶體管(Q13)和第十四晶體管(Q14)，其中所述第十一晶體管(Q11)和第十二晶體管(Q12)構(gòu)成一對差分對，它們的發(fā)射極各自連接一第一發(fā)射極電阻(R3)，輸入的差分信號(error)連接到差分對的兩輸入端；所述第十三晶體管(Q13)和第十四晶體管(Q14)構(gòu)成鏡像電流源電路；所述轉(zhuǎn)換電路包括第十五晶體管(Q15)至第二十七晶體管(Q27)共十三個晶體管，通過個晶體管之間的電流相加減，以及等電壓的變換，將第一電流(Ip1)轉(zhuǎn)換得到一與其成與平方增長關(guān)系的輸出電流(Ip2)。
專利摘要本實用新型提供一種乘法器，包括非線性比例轉(zhuǎn)換電路，將輸入的差分信號轉(zhuǎn)換成第一電流，再將電流進行非線性轉(zhuǎn)換得到輸出電流；以及乘法電路，將輸入的乘法信號進行二級轉(zhuǎn)換生成乘法電流信號，并與所述輸出電流相乘。采用了本實用新型的技術(shù)方案，提供了一種在小信號輸入狀態(tài)下以非線性實現(xiàn)降低常數(shù)K的非線性乘法器。
文檔編號H02M1/00GK2845027SQ200520122350
公開日2006年12月6日 申請日期2005年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月8日
發(fā)明者林立謹, 錢翼飛 申請人:Bcd半導體制造有限公司