模擬乘法電路、可變?cè)鲆娣糯笃?、檢波電路和物理量傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明中即使構(gòu)成吉爾伯特乘法核心的雙極晶體管的特性變差，運(yùn)算精度也不會(huì)變差。由具備吉爾伯特乘法核心（101）和其線性化電路（102）的模擬乘法部（100A）和修正電流生成電路（3）構(gòu)成。該修正電流生成電路（3）利用恒流源（301）使具有與構(gòu)成吉爾伯特乘法核心（101）的雙極晶體管（Q1～Q4）相同的電流放大率α的第一復(fù)制晶體管即雙極晶體管（Q7）的發(fā)射極流過作為偏置電流的定電流I0，在其集電極側(cè)生成α·I0的電流。將該電流經(jīng)由MOS晶體管（305～308）作為修正電流即電流α·I0輸出，并對(duì)吉爾伯特乘法核心（101）的一方的輸入信號(hào)±K1·Vy分別進(jìn)行加算，將作為該偏置電流成分的定電流I0修正為電流α·I0，由此，消除乘法結(jié)果即輸出信號(hào)中的電流放大率α的影響。
【專利說明】模擬乘法電路、可變?cè)鲆娣糯笃鳌z波電路和物理量傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用吉爾伯特乘法核心(Gilbert multiplier core)等乘法核心的模擬乘法電路、應(yīng)用了該模擬乘法電路的檢波電路和可變?cè)鲆娣糯笃?、使用該檢波電路的振動(dòng)型角速度傳感器等物理量傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]在以振動(dòng)型角速度傳感器為代表的物理量傳感器中，為了對(duì)該傳感器元件的輸出信號(hào)進(jìn)行檢波并提取信號(hào)成分，一般需要檢波電路。作為這種檢波電路，已知使用作為模擬乘法電路的吉爾伯特乘法器的檢波電路(例如，專利文獻(xiàn)I )。
[0003]吉爾伯特乘法器(吉爾伯特乘法核心)一般具備由四個(gè)雙極晶體管形成的雙差動(dòng)電路，輸出與兩個(gè)輸入信號(hào)的積成比例的信號(hào)。在使用雙極晶體管的吉爾伯特乘法器中，存在由于雙極晶體管的指數(shù)特性而產(chǎn)生的非線性的問題。因此，還已知設(shè)有進(jìn)行用于抑制吉爾伯特乘法核心中的非線性成分并將其線性化的前處理的電路的模擬乘法電路(例如，非專利文獻(xiàn)I)。
[0004]用圖9對(duì)使用這種現(xiàn)有的吉爾伯特乘法核心的模擬乘法電路的一個(gè)例子進(jìn)行說明。該模擬乘法電路100由吉爾伯特乘法核心101和線性化電路102構(gòu)成。
[0005]吉爾伯特乘法核心101具備由四個(gè)雙極晶體管形成的雙差動(dòng)電路，該四個(gè)雙極晶體管包括一對(duì)雙極晶體管Q1、Q2和一對(duì)雙極晶體管Q3、Q4。吉爾伯特乘法核心101從由分別作為集電極共用連接點(diǎn)的Te、Tf構(gòu)成的輸出端子對(duì)，輸出與輸入第一輸入端子對(duì)的第一輸入信號(hào)和輸入第二輸入端子 對(duì)的第二輸入信號(hào)的積成比例的差動(dòng)電流的輸出信號(hào)，該第一輸入端子對(duì)由分別作為上述晶體管對(duì)的發(fā)射極共用連接點(diǎn)的Ta、Tb構(gòu)成，該第二輸入端子對(duì)由分別作為基極共用連接點(diǎn)的Tc、Td構(gòu)成。
[0006]線性化電路102是I — V轉(zhuǎn)換電路，其根據(jù)反雙曲函數(shù)(tanh — 1)進(jìn)行用于抑制由于構(gòu)成吉爾伯特乘法核心101的雙極晶體管Ql~Q4的指數(shù)特性而產(chǎn)生的非線性成分并將其線性化的前處理。線性化電路102，在吉爾伯特乘法核心101的第二輸入端子對(duì)Tc、Td的各端子和負(fù)電源(-V)之間，將作為分別與二極管連接的(即基極和集電極直接連接)線性化晶體管的一對(duì)雙極晶體管Q5、Q6相對(duì)于電流流動(dòng)的方向?yàn)檎较虻剡B接而構(gòu)成。
[0007]在利用該模擬乘法電路100得到均為電壓信號(hào)的兩個(gè)輸入信號(hào)Vy和Vx的積時(shí)，輸入信號(hào)Vy通過V — I轉(zhuǎn)換電路110以轉(zhuǎn)換系數(shù)Kl被轉(zhuǎn)換成由正負(fù)電流信號(hào)(+Kl -Vy)和(一 Kl *Vy)構(gòu)成的差動(dòng)電流。該差動(dòng)電流中，利用恒流源2a、2b分別向其成分中添加偏置電流Itl,形成包含偏置電流的差動(dòng)電流(1iKl *Vy)，該差動(dòng)電流被輸入吉爾伯特乘法核心101的第二輸入端子對(duì)Tc、Td。此時(shí)，差動(dòng)電流(Ic^Kl ? Vy)利用線性化電路102轉(zhuǎn)換成用下式表示的差動(dòng)電壓信號(hào)Vi并輸入至吉爾伯特乘法核心101。Vt為所謂的熱電壓。
[0008]Vi = 2 ? Vt ? tanh — 1 (Kl ? Vy / 10)
[0009]另一方面，輸入信號(hào)Vx利用V -1轉(zhuǎn)換電路120以轉(zhuǎn)換系數(shù)K2轉(zhuǎn)換成由正負(fù)電流信號(hào)(+ K2 ? Vx)和(一 K2 ? Vx)構(gòu)成的差動(dòng)電流。該差動(dòng)電流中，分別利用恒流源2c、2d向其成分中添加偏置電流Ib，形成包含偏置電流的差動(dòng)電流(lb±K2 ? Vx)，并輸入至吉爾伯特乘法核心101的第一輸入端子對(duì)Ta、Tb。
[0010]由此，作為乘法結(jié)果從吉爾伯特乘法核心101的輸出端子對(duì)Te、Tf輸出差動(dòng)電流14 (對(duì)應(yīng)的正負(fù)電流)。1- V轉(zhuǎn)換電路150將該差動(dòng)電流14以轉(zhuǎn)換系數(shù)K5轉(zhuǎn)換成電壓并輸出用下式表不的輸出電壓Vout。
[0011]Vout = 2 ? Kl ? K2 ? K5 ? (Vx ? Vy / 10)
[0012]上式右邊的系數(shù)“2”是與通過對(duì)正負(fù)成分的各自進(jìn)行轉(zhuǎn)換而電壓成為兩倍相對(duì)應(yīng)的因素。如果將該因素“2”和轉(zhuǎn)換系數(shù)Kl、K2、K5歸集為K，則上式改寫為下式。另外，由于偏置電流Ib被消除，因此在最終的Vout式中沒有表示。
[0013] Vout = K ? (Vx ? Vy / 10)
[0014]10為恒流源產(chǎn)生的偏置電流，因此，輸出電壓Vout與兩個(gè)輸入信號(hào)的積Vx -Vy成比例。如果設(shè)定為K / Itl = 1，則Vout = Vx ? Vy0這樣，能夠得到兩個(gè)輸入信號(hào)的積。
[0015]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0016]專利文獻(xiàn)
[0017]專利文獻(xiàn)1:(日本)特開2005 — 191840號(hào)公報(bào)
[0018]非專利文獻(xiàn)
[0019]非專利文獻(xiàn)I ANALYSIS AND DESIGN OF ANALOG INTEGRATED CIRCUIT (2ndEdition)Paul R.Gray/Robert G.Meyer, John Wiley and Sons, Inc.1984 (p.596 — 600)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0021 ] 這種模擬乘法電路的乘法結(jié)果受到構(gòu)成吉爾伯特乘法核心的雙極晶體管的電流放大率a (a =集電極電流I。/發(fā)射極電流IE)的影響，根據(jù)a (a <1)而降低，成為Vout = K ? (Vx ? Vy / 10) ? a。
[0022]但是,通常在這種乘法電路中使用性能佳的雙極結(jié)型晶體管(bipolar junctiontransistor)。這種晶體管中，由于只有少量的基極電流損失，因此，a = Ic / Ie極其接近I。另外，a的值不因制造工藝或環(huán)境溫度而變動(dòng)，因此可以看做為一定的系數(shù)。因此，在該情況下，乘法結(jié)果中的a的影響幾乎不成為問題。
[0023]但是，根據(jù)用途不同，由于信號(hào)處理的帶域或噪聲特性等原因，或要在與周邊電路的CMOS元件共用的基板上同時(shí)制作的情況下等，有時(shí)使用特性比較差的橫向PNP晶體管或利用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝制作的橫向雙極晶體管。
[0024]圖10中，用示意性的截面圖表示利用這種CMOS工藝制作的橫向雙極晶體管的一個(gè)例子。
[0025]該橫向雙極晶體管5形成于p型半導(dǎo)體基板50的表面。在p型半導(dǎo)體基板50的表面?zhèn)刃纬捎衝井51，且在該n井51的表面附近形成有富n部52和兩個(gè)部位的富p部53、54。在該富n部52形成有基極B，在一個(gè)富p部53形成有發(fā)射極E，在另一個(gè)富p部54形成橫向集電極(正規(guī)的(標(biāo)準(zhǔn)的)集電極)C的各電極，由此，構(gòu)成PNP型橫向雙極晶體管5。但是，在該元件構(gòu)造中，P型半導(dǎo)體基板50本身成為寄生集電極，作為晶體管5的縱向集電極C'發(fā)揮作用。[0026]因此，用電路符號(hào)圖表示該橫向雙極晶體管5，如圖11所示，在縱向集電極C'中流過不需要的電流(寄生集電極電流)Ic'。電流Ic'的量或電流IJ與流過橫向集電極C的集電極電流Ic的比率，根據(jù)CMOS工藝和環(huán)境溫度等而變動(dòng)，因此電流放大率a = Ic /Ie也發(fā)生變動(dòng)。在n型半導(dǎo)體基板上形成NPN型橫向雙極晶體管的情況也一樣。
[0027]S卩，利用這種CMOS工藝而制作的橫向雙極晶體管，電流放大特性不充分，即，電流放大率a從I開始的降低量變大，因此，制造誤差在電流放大率a的絕對(duì)值中所占的比例變大，電流放大率a容易因制造誤差的影響而變動(dòng)。另外，電流放大率a也會(huì)隨著溫度進(jìn)行變動(dòng)。這些變動(dòng)難以控制
[0028]因此，在使用這種橫向雙極晶體管作為構(gòu)成如上所述的模擬乘法電路的吉爾伯特乘法核心的雙極晶體管的情況下，電流放大率a的乘法系數(shù)不可預(yù)測(cè)地進(jìn)行變動(dòng)，其結(jié)果是，存在運(yùn)算精度變差的問題。
[0029]在使用一般的雙極結(jié)型晶體管的情況下，若電流放大特性不充分(特性不太明顯)，則電流放大率a也依賴于溫度等進(jìn)行變動(dòng)，從而產(chǎn)生同樣的問題。
[0030]在使用這種模擬乘法電路作為檢波電路的情況下，檢波精度降低，且在使用該檢波電路的振動(dòng)型角速度傳感器等物理量傳感器中，角速度等物理量的檢測(cè)精度降低。
[0031]另外，該問題不限于乘法核心為吉爾伯特乘法核心的情況，在使用由發(fā)射極結(jié)合的一對(duì)雙極晶體管構(gòu)成的差動(dòng)晶體管對(duì)構(gòu)成的乘法核心的模擬乘法電路中，也產(chǎn)生同樣的問題。在將使用電路作為可變?cè)鲆娣糯笃鞯那闆r下，會(huì)產(chǎn)生引起不希望的增益變動(dòng)等問題。
[0032]本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，其目的在于，提供一種模擬乘法電路，即使在使用利用CMOS工藝制作的橫向雙極晶體管或特性不是很充分的雙極結(jié)型晶體管等作為構(gòu)成乘法核心的雙極晶體管的情況下，該乘法核心的模擬乘法電路的運(yùn)算精度也不會(huì)變差。
[0033]另外，目的還在于，使得使用具備乘法核心的模擬乘法電路的檢波電路的檢波精度和使用該檢波電路的物理量傳感器的檢測(cè)精度均不會(huì)降低，或者使用模擬乘法電路的可變?cè)鲆娣糯笃鞯姆糯缶炔粫?huì)降低。
[0034]用于解決技術(shù)問題的方案
[0035]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種模擬乘法電路，其特征在于，具備:乘法核心，其至少具有一個(gè)由發(fā)射極結(jié)合的一對(duì)雙極晶體管構(gòu)成的差動(dòng)晶體管對(duì)，將該差動(dòng)晶體管對(duì)結(jié)合的發(fā)射極作為第一輸入端子，將上述差動(dòng)晶體管對(duì)的兩個(gè)基極作為第二輸入端子對(duì)，將上述差動(dòng)晶體管對(duì)的兩個(gè)集電極作為輸出端子對(duì)；線性化電路，其具有由在所述第二輸入端子對(duì)分別連接有發(fā)射極的一對(duì)雙極晶體管構(gòu)成的線性化晶體管對(duì)，將該線性化晶體管對(duì)的各基極和各集電極分別與規(guī)定的電源連接；和修正電流生成電路，其將與所述差動(dòng)晶體管對(duì)的各雙極晶體管的電流放大率相應(yīng)的修正電流加在所述第二輸入端子對(duì)上。
[0036]上述修正電流生成電路也可以具有作為上述差動(dòng)晶體管對(duì)的各雙極晶體管的復(fù)制(replica,復(fù)制)的第一復(fù)制晶體管，基于通過向上述第一復(fù)制晶體管的發(fā)射極流過規(guī)定的偏置電流而從所述第一復(fù)制晶體管的集電極得到的電流，生成上述修正電流。
[0037]所述修正電流生成電路還可以具有作為上述線性化晶體管對(duì)的各雙極晶體管的復(fù)制的第二復(fù)制晶體管，該第二復(fù)制晶體管的發(fā)射極與所述第一復(fù)制晶體管的基極連接，上述第二復(fù)制晶體管的集電極和基極分別與規(guī)定的電源連接。[0038]上述乘法核心也可以具有兩個(gè)上述差動(dòng)晶體管對(duì)，將該兩個(gè)差動(dòng)晶體管對(duì)各自結(jié)合的發(fā)射極作為第一輸入端子對(duì)，在兩個(gè)差動(dòng)晶體管對(duì)相互間使兩個(gè)基極彼此相互結(jié)合作為上述第二輸入端子對(duì)，在兩個(gè)上述差動(dòng)晶體管對(duì)相互間使兩個(gè)集電極彼此相互結(jié)合作為上述輸出端子對(duì)。
[0039]所述修正電流生成電路也可以具備:復(fù)制乘法部，其為上述乘法核心和上述線性化電路的復(fù)制，具有作為上述第一輸入端子、上述第二輸入端子和上述輸出端子各自的復(fù)制的第一復(fù)制輸入端子、第二復(fù)制輸入端子和復(fù)制輸出端子；比較電路，其將與來自上述復(fù)制輸出端子的輸出相應(yīng)的嘗試輸出信號(hào)與期待信號(hào)進(jìn)行比較，輸出比較結(jié)果信號(hào)；上述設(shè)定電路，其對(duì)上述第一復(fù)制輸入端子和上述第二復(fù)制輸入端子分別輸入與規(guī)定的預(yù)備輸入值相應(yīng)的信號(hào)，且將與表示該輸入值的積的規(guī)定的期待值相應(yīng)的上述期待信號(hào)輸入至上述比較電路；和修正電流輸出電路，其生成上述修正電流和作為該修正電流的復(fù)制加在上述第二復(fù)制輸入端子對(duì)上的復(fù)制修正電流，上述修正電流輸出電路，根據(jù)上述比較結(jié)果信號(hào)增減上述修正電流和上述復(fù)制修正電流，以使上述嘗試輸出信號(hào)與上述期待信號(hào)相等。
[0040]本發(fā)明提供一種可變?cè)鲆娣糯笃?，其特征在于，具備上述乘法核心具有一個(gè)上述差動(dòng)晶體管對(duì)的上述任一模擬乘法電路，向上述第一輸入端子輸入直流控制信號(hào)，向上述第二輸入端子輸入輸入信號(hào)，基于上述輸出端子的輸出信號(hào)得到可變信號(hào)。
[0041]本發(fā)明提供一種檢波電路，其特征在于，具備上述乘法核心具有兩個(gè)上述差動(dòng)晶體管對(duì)的上述任一模擬乘法電路，向上述第一輸入端子和上述第二輸入端子的任一方輸入振幅一定的交變信號(hào)，向另一方輸入被檢波信號(hào)，基于上述輸出端子的輸出信號(hào)得到檢波信號(hào)。
[0042]本發(fā)明提供一種物理量傳感器，其具有:將從外部施加的物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的振動(dòng)器、輸出參照信號(hào)的參照信號(hào)生成電路、基于該參照信號(hào)使上述振動(dòng)器振蕩的振蕩電路和基于來自該振蕩電路的振蕩信號(hào)對(duì)來自上述振動(dòng)器的輸出信號(hào)進(jìn)行檢波的檢波電路。
[0043]而且，該檢波電路為本發(fā)明的上述檢波電路，上述交變信號(hào)為上述振蕩信號(hào)，上述被檢波信號(hào)為來自上述振動(dòng)器`的輸出信號(hào)。
[0044]在該物理量傳感器中，上述修正電流生成電路也可以基于上述參照信號(hào)生成上述修正電流。
[0045]發(fā)明效果
[0046]在構(gòu)成乘法核心的雙極晶體管的電流放大率(a )不可預(yù)測(cè)地變動(dòng)的情況下，由該乘法核心將兩個(gè)輸入信號(hào)Vx和Vy相乘后的輸出電壓Vout為Vout = K ? (Vx ? Vy /I。)? a。本發(fā)明的模擬乘法電路利用修正電流生成電路生成根據(jù)a而增加的修正電流，將該修正電流加在乘法核心的一個(gè)輸入信號(hào)中，由此將乘法核心的一個(gè)輸入信號(hào)的偏置電流成分(Itl)修正為乘以電流放大率(a )的電流(a 10)o由此，利用乘法核心將兩個(gè)輸入信號(hào)Vx和Vy相乘后的輸出電壓Vout為Vout = K ? (Vx ? Vy / ( a ? I。))? a。
[0047]因此，分母和分子的a相抵，成為Vout = K ? (Vx ? Vy / Itl),作為乘法結(jié)果的輸出電壓Vout不會(huì)受到電流放大率a的影響，總是能夠高精度地進(jìn)行乘法運(yùn)算。
[0048]本發(fā)明的檢波電路使用本發(fā)明的模擬乘法電路，通過將交變信號(hào)和對(duì)象信號(hào)作為兩個(gè)輸入信號(hào)的模擬乘法運(yùn)算進(jìn)行檢波，因此，總是能夠進(jìn)行高精度的檢波。本發(fā)明的可變?cè)鲆娣糯笃魇褂帽景l(fā)明的模擬乘法電路，基于控制信號(hào)和輸入信號(hào)的模擬乘法運(yùn)算的輸出信號(hào)得到可變信號(hào)，因此，總是能夠高精度地進(jìn)行可變放大(增幅)。
[0049]本發(fā)明的物理量傳感器使用本發(fā)明的上述檢波電路，將與通過振動(dòng)器(振子)實(shí)現(xiàn)的從外部施加的物理量相應(yīng)的輸出信號(hào)作為對(duì)象信號(hào)，將使振動(dòng)器振動(dòng)的振蕩信號(hào)作為上述交變信號(hào)，對(duì)上述對(duì)象信號(hào)進(jìn)行檢波而檢測(cè)物理量，因此，總是能夠高精度地檢測(cè)物理量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0050]圖1是表示本發(fā)明的模擬乘法電路和檢波電路的一實(shí)施方式的電路圖。
[0051]圖2是表示本發(fā)明的物理量傳感器的一實(shí)施方式的整體結(jié)構(gòu)的框圖。
[0052]圖3是表示圖2所示的物理量傳感器的檢波電路的結(jié)構(gòu)例的電路圖。
[0053]圖4是表示圖3中的修正電流生成電路的結(jié)構(gòu)例的電路圖。
[0054]圖5是表示圖3中的第一、第二 V -1轉(zhuǎn)換電路的結(jié)構(gòu)例的電路圖。
[0055]圖6是表示本發(fā)明的模擬乘法電路的其他例子和可變?cè)鲆娣糯笃鞯膶?shí)施方式的電路圖。
[0056]圖7是圖1所示的模擬乘法電路的框圖。
[0057]圖8是表示本發(fā)明的模擬乘法電路的又一例的實(shí)施方式的概略框圖。
[0058]圖9是表示使用現(xiàn)有技術(shù)的吉爾伯特乘法核心的模擬乘法電路的一個(gè)例子的電路圖。
[0059]圖10是表示利用CMOS工藝制作的橫向雙極晶體管的一個(gè)例子的示意性截面圖。
[0060]圖11是用于說明利用CMOS工藝制作的橫向雙極晶體管的電流放大率的電路符號(hào)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0061]下面，使用附圖的圖1?圖5對(duì)本發(fā)明的模擬乘法電路、檢波電路和物理量傳感器的各實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0062][模擬乘法電路的實(shí)施方式:圖1]
[0063]首先，根據(jù)圖1對(duì)本發(fā)明的模擬乘法電路和檢波電路的一實(shí)施方式進(jìn)行說明。另夕卜，圖1中，對(duì)與上述圖9對(duì)應(yīng)的部分附加相同的符號(hào)，并省略它們重復(fù)的說明。
[0064]該圖1所示的模擬乘法電路I由模擬乘法部100A和修正電流生成電路3構(gòu)成。該模擬乘法部100A的結(jié)構(gòu)與利用圖9說明的現(xiàn)有技術(shù)的模擬乘法電路100相同，具備吉爾伯特乘法核心101和線性化電路102。構(gòu)成該模擬乘法部100A的吉爾伯特乘法核心101的四個(gè)雙極晶體管Ql?Q4使用利用由圖10說明的CMOS工藝制作的橫向雙極晶體管或特性不太好的雙極結(jié)型晶體管等。
[0065]但是，期望為構(gòu)成模擬乘法電路I的雙極晶體管是用相同的制造工藝制作的相同構(gòu)造的元件，且為盡可能使特性一致的元件。這種元件可以通過公知的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)技術(shù)即配置大量相同尺寸的晶體管元件，使用其中彼此相鄰的元件的方案來實(shí)現(xiàn)。由于半導(dǎo)體制造工藝的誤差，就晶體管元件特性的絕對(duì)值或溫度變化量而言，雖然每個(gè)芯片不同，但通過這樣考慮芯片內(nèi)的幾何學(xué)上的配置，能夠使電路內(nèi)使用的元件彼此的相對(duì)的特性高精度一致。[0066]吉爾伯特乘法核心101是如下這樣的乘法核心，即，具有兩組分別由發(fā)射極結(jié)合的一對(duì)雙極晶體管構(gòu)成的差動(dòng)晶體管對(duì)，將該兩個(gè)差動(dòng)晶體管對(duì)各自各自結(jié)合的發(fā)射極作為第一輸入端子對(duì)Ta、Tb，在兩個(gè)差動(dòng)晶體管對(duì)相互間使兩個(gè)基極彼此相互結(jié)合而作為第二輸入端子對(duì)Tc、Td，在兩個(gè)差動(dòng)晶體管對(duì)相互間使兩個(gè)集電極彼此相互結(jié)合而作為輸出端子對(duì)Te、Tf。
[0067]線性化電路102是如下這樣的I — V轉(zhuǎn)換電路，即，該I — V轉(zhuǎn)換電路具有由在上述差動(dòng)晶體管對(duì)的第二輸入端子對(duì)Tc、Td分別連接有發(fā)射極的雙極晶體管Q5、Q6構(gòu)成的線性化晶體管對(duì)，將該線性化晶體管對(duì)的各基極和各集電極分別與規(guī)定的電源連接。
[0068]修正電流生成電路3是生成將與上述差動(dòng)晶體管對(duì)的各雙極晶體管Ql~Q4的電流放大率a相應(yīng)的修正電流加在第二輸入端子對(duì)Tc、Td上的修正電流的電路。
[0069]通過向該圖1所示的模擬乘法電路的V -1轉(zhuǎn)換電路110輸入振幅一定的交變信號(hào)即電壓信號(hào)Vy,且向V — I轉(zhuǎn)換電路120輸入振幅以與電壓信號(hào)Vy相同的頻率變化的被檢波信號(hào)即電壓信號(hào)Vx，能夠利用模擬乘法電路I構(gòu)成檢波電路。
[0070]模擬乘法電路I從I 一 V轉(zhuǎn)換電路150輸出電壓信號(hào),作為與被檢波信號(hào)即電壓信號(hào)Vx的振幅相應(yīng)的檢波信號(hào)。
[0071]在此，對(duì)形成吉爾伯特乘法核心101的雙差動(dòng)電路的四個(gè)雙極晶體管(以下將“雙極晶體管”簡(jiǎn)稱為“晶體管”)Ql~Q4的連接關(guān)系具體地進(jìn)行說明。
[0072]該吉爾伯特乘法核心101由第一差動(dòng)晶體管對(duì)IOla和第二差動(dòng)晶體管對(duì)IOlb構(gòu)成，該第一差動(dòng)晶體管對(duì)IOla由一對(duì)晶體管Ql、Q2構(gòu)成,該第二差動(dòng)晶體管對(duì)IOlb由一對(duì)晶體管Q3、Q4構(gòu)成。
[0073]而且，將晶體管 Ql和Q2的發(fā)射極彼此共通連接而形成第一輸入端子對(duì)的一個(gè)輸入端子Ta，將晶體管Q3和Q4的發(fā)射極彼此共通連接而形成第一輸入端子對(duì)的另一個(gè)輸入端子Tb。將晶體管Ql和Q4的基極彼此共通連接而形成第二輸入端子對(duì)的一個(gè)輸入端子Tc，將晶體管Q2和Q3的基極彼此共通連接而形成第二輸入端子對(duì)的另一個(gè)輸入端子Td。
[0074]進(jìn)而，晶體管Ql和Q3的集電極彼此共通連接而形成輸出端子對(duì)的一個(gè)輸出端子Te,晶體管Q2和Q4的集電極彼此共通連接而形成輸出端子對(duì)的另一個(gè)輸出端子Tf。
[0075]修正電流生成電路3，通過利用具有與構(gòu)成吉爾伯特乘法核心101的晶體管Ql~Q4相同的電流放大率a (a = Ic / IE)的晶體管Q7和給予該晶體管Q7偏置電流的電路，生成用于將吉爾伯特乘法核心101的一方的輸入信號(hào)(輸入端子Tc、Td側(cè)的輸入信號(hào))的偏置電流成分即定電流Itl修正為乘以上述電流放大率a后的電流a ? Itl的修正電流。
[0076]利用該修正電流生成電路3生成的修正電流對(duì)吉爾伯特乘法核心101的兩個(gè)輸入信號(hào)中的一方進(jìn)行修正，由此，消除吉爾伯特乘法核心101的輸出電壓Vout中的、構(gòu)成吉爾伯特乘法核心101的晶體管Ql~Q4的電流放大率a的影響。
[0077]對(duì)修正電流生成電路3進(jìn)一步詳細(xì)地進(jìn)行說明，晶體管Q7是具有與構(gòu)成吉爾伯特乘法核心101的晶體管Ql~Q4相同的電流放大率a的雙極晶體管即第一復(fù)制晶體管。晶體管Q7的發(fā)射極通過恒流源301與正電源(+ V)連接，集電極通過恒流源302與負(fù)電源(一 V)連接。另外，在晶體管Q7的基極和負(fù)電源(一 V)之間，相對(duì)于電流流過的方向?yàn)檎较虻剡B接有與二極管連接的晶體管Q8。
[0078]該晶體管Q8期望為與構(gòu)成模擬乘法部100A的線性化電路102的晶體管Q5、Q6相同構(gòu)造和特性的雙極晶體管即第二復(fù)制晶體管。對(duì)于該晶體管元件而言，也可以通過應(yīng)用上述的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。
[0079]另外，晶體管Q7的基極和晶體管Q8的發(fā)射極的連接點(diǎn)p通過恒流源303與正電源(+ V)連接，晶體管Q7的集電極和恒流源302的連接點(diǎn)q經(jīng)由二極管連接的P溝道MOS晶體管(以下簡(jiǎn)稱為“PM0S”)304與正電源(+ V)連接。
[0080]在該P(yáng)M0S304上，電流反射鏡與PM0S305連接(即，PM0S304.305的柵極彼此和源極彼此分別共通連接)。PM0S305的漏極經(jīng)由二極管連接的N溝道MOS晶體管(以下簡(jiǎn)稱為“NM0S”)306與負(fù)電源(一 V)連接。在NM0S306上，兩個(gè)NM0S307、308分別與電流反射鏡連接(即，NM0S306~308的柵極彼此和源極彼此分別共通連接)。為了提高電流復(fù)制(copy)的精度，這些電流反射鏡電路也可以進(jìn)行柵-陰(cascode)化。
[0081]該兩個(gè)NM0S307、308的各漏極分別經(jīng)由流過定電流Itl的恒流源309、310與正電源(+ V)連接。從該NM0S307、308各自的漏極和恒流源309、310的連接點(diǎn)g、h分別引出修正電流輸出線311、312。該修正電流輸出線311與模擬乘法部100A的吉爾伯特乘法核心101的輸入端子Td，和晶體管Q5的發(fā)射極與V -1轉(zhuǎn)換電路110的正側(cè)輸出線路的連接點(diǎn)r連接。修正電流輸出線312同樣與吉爾伯特乘法核心101的輸入端子Tc，和晶體管Q6的發(fā)射極與V -1轉(zhuǎn)換電路110的負(fù)側(cè)輸出線路的連接點(diǎn)s連接。
[0082]恒流源301使與輸入吉爾伯特乘法核心101的第二輸入端子對(duì)Tc、Td的差動(dòng)電流的偏置電流相當(dāng)?shù)亩娏鱅tl流過晶體管Q7的發(fā)射極，由此形成吉爾伯特乘法核心101的晶體管Ql~Q4的電流路徑的復(fù)制電流路徑。
[0083]另外，恒流源303也使與上述偏置電流相當(dāng)?shù)亩娏鱅tl流過二極管連接的晶體管Q8的發(fā)射極，由此形成線性化電路102的晶體管Q5、Q6的電流路徑的復(fù)制電流路徑。
[0084]根據(jù)該修正電流生成電路3，在晶體管Q7的發(fā)射極流過定電流Itlt5另一方面，流過晶體管Q7的集電極的電流，從定 電流Itl起，減少基極電流和流過圖10、圖11所說明的縱向集電極C'的電流量，將與此時(shí)的電流放大率a相應(yīng)的集電極電流即電流a ^Itl流入連接點(diǎn)q。因?yàn)閺倪B接點(diǎn)q到負(fù)電源(一 V)，利用恒流源302流過定電流Itl，所以從正電源(十V)到連接點(diǎn)q，通過PM0S304流過電流(I 一 a ) ? I。。
[0085]該電流(I — a ) ? 10在與PM0S304電流反射鏡(電流鏡，current mirror)連接的PM0S305被復(fù)制，在PM0S305和與PM0S305串聯(lián)連接的NM0S306中也流過電流(I 一 a >1。。該電流(I 一 a ) ? Itl在與NM0S306電流反射鏡連接的NM0S307、308被復(fù)制，在它們中也流過電流(I — a ) ? I。。
[0086]在該NM0S307、308各自的漏極和恒流源309、310的連接點(diǎn)g、h，分別從恒流源309、310流過定電流I。，因此向修正電流輸出線311、312輸出I。一( I — a ) ? 10 = a ? 10的修正電流。
[0087]該兩個(gè)修正電流即電流a ? 10利用修正電流輸出線311、312分別流入模擬乘法部100A的上述連接點(diǎn)r、s，加在從V — I轉(zhuǎn)換電路110輸出的±K1 ? Vy上。
[0088]由此，從連接點(diǎn)r、s流入線性化電路102的晶體管Q5、Q6的差動(dòng)電流成為a ? 10±K1 ? Vy。
[0089]g卩，向吉爾伯特乘法核心101的第二輸入端子對(duì)的各輸入端子Tc、Td輸入用的差動(dòng)電流的偏置電流即定電流Itl,被修正為乘以電流放大率a后的電流a ? I。。[0090]該差動(dòng)電流(a.LiKl *Vy)利用線性化電路102轉(zhuǎn)換成由下式給予的電壓信號(hào)Vi，并輸入第二輸入端子對(duì)的各輸入端子Tc、Td。
[0091]Vi = 2 ? Vt ? tanh — 1 (K1 ? Vy / ( a ? 10)) [0092]于是，利用吉爾伯特乘法核心101將電壓信號(hào)Vx和Vy相乘時(shí)，利用I — V轉(zhuǎn)換電路150將從輸出端子Te、Tf輸出的差動(dòng)電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)的輸出電壓Vout，用在“發(fā)明所要解決的技術(shù)問題”一項(xiàng)中記載的下式中將Itl置換為a ? Itl的式子來表示。
[0093]Vout = K ? (Vx ? Vy / 10) ? a
[0094]具體而言，若將上式中的Itl置換為a ? Itl，則得到下式。
[0095]Vout = K ? (Vx ? Vy / ( a ? 10)) ? a
[0096]由于右邊的分母和分子的a相抵消，因此成為
[0097]Vout = K ? (Vx ? Vy / 10),
[0098]乘法運(yùn)算結(jié)果即輸出電壓Vout不受電流放大率a的影響，總是能夠高精度地進(jìn)行乘法運(yùn)算。
[0099]另外，關(guān)于上述各式中的K，如在【背景技術(shù)】中說明的那樣，若設(shè)V — I轉(zhuǎn)換電路110和120的轉(zhuǎn)換系數(shù)分別為K1、K2，設(shè)I 一 V轉(zhuǎn)換電路150的轉(zhuǎn)換系數(shù)為K5，則為用下式表示的一定的系數(shù)。
[0100]K = 2 ? K2 ? K2 ? K5
[0101]在該實(shí)施方式的檢波電路中，由于電壓信號(hào)Vy的振幅是一定的，因此作為I 一 V轉(zhuǎn)換電路150輸出的電壓信號(hào)(輸出電壓Vout)，能夠不受構(gòu)成吉爾伯特乘法核心101的晶體管Ql~Q4的電流放大率a的影響而高精度地得到與作為被檢波信號(hào)的電壓信號(hào)Vx的振幅相應(yīng)的檢波信號(hào)。
[0102]模擬乘法部100A的其它功能與利用圖9說明的模擬乘法電路100的功能相同，因此省略其說明。另外，該模擬乘法電路I中的各雙極晶體管Ql~Q8全部使用PNP型，但即使使用NPN型雙極晶體管，也只是電流的方向相反，其動(dòng)作原理是相同的。
[0103][物理量傳感器和檢波電路的實(shí)施方式:圖2~圖5]
[0104]接著，使用圖2~圖5對(duì)使用上述模擬乘法電路的本發(fā)明的物理量傳感器和檢波電路的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0105](I)整體結(jié)構(gòu)說明:圖2
[0106]首先，利用圖2對(duì)本發(fā)明的物理量傳感器的一實(shí)施方式的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。圖2所示的物理量傳感器是由傳感器元件10、振蕩電路20、檢測(cè)電路30、參照信號(hào)生成電路40構(gòu)成的振動(dòng)型角速度傳感器。
[0107]傳感器元件10是在形成為例如音叉形狀的壓電材料的表面配置金屬電極而構(gòu)成的、檢測(cè)旋轉(zhuǎn)角速度的陀螺振動(dòng)器，具備驅(qū)動(dòng)部11和檢測(cè)部12。該傳感器元件10利用振蕩電路20進(jìn)行振蕩驅(qū)動(dòng)，當(dāng)在其振動(dòng)中受到旋轉(zhuǎn)角速度時(shí)，將微弱的交流信號(hào)作為傳感器元件輸出S12從檢測(cè)部12輸出。
[0108]參照信號(hào)生成電路40是生成用于后述AGC控制電路的基準(zhǔn)信號(hào)的電路，在此使用生成不依賴于周圍溫度或電源電壓的大致一定的電壓即參照信號(hào)S41的定電壓電路。
[0109]振蕩電路20是對(duì)傳感器元件10，利用監(jiān)視電路21和可變?cè)鲆娣糯笃?2形成振蕩環(huán)路，且具有所謂的AGC功能的振蕩電路。因此，該振蕩電路20具備AGC控制電路23，且具有以傳感器元件10的激勵(lì)電流的實(shí)效值與參照信號(hào)S41相等的方式控制可變?cè)鲆娣糯笃?2的增益的功能。另外，振蕩電路20利用監(jiān)視電路21將傳感器元件10的激勵(lì)電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。
[0110]在該結(jié)構(gòu)中，利用AGC控制電路23進(jìn)行傳感器元件10的振蕩控制，監(jiān)視電路21輸出的振蕩信號(hào)S21成為具有基于參照信號(hào)S41的振幅的交流信號(hào)。該振蕩信號(hào)S21也可被用作后述的檢波電路32中的乘法運(yùn)算所使用的信號(hào)。
[0111]檢測(cè)電路30由放大(增幅)電路31、檢波電路32、濾波器電路33構(gòu)成。放大電路31對(duì)來自傳感器兀件10的檢測(cè)部12的輸出信號(hào)即傳感器兀件輸出S12進(jìn)行放大。檢波電路32對(duì)放大電路31的輸出信號(hào)即放大信號(hào)S31所包含的角速度信號(hào)成分進(jìn)行檢波。濾波器電路33對(duì)檢波電路32的輸出信號(hào)S32 (即，檢波信號(hào))進(jìn)行放大和平滑化，并作為物理量傳感器的輸出信號(hào)S30進(jìn)行輸出。這些電路中，檢波電路32具備將放大電路31的輸出信號(hào)即放大信號(hào)S31和上述振蕩信號(hào)S21模擬性(analog)地進(jìn)行乘法運(yùn)算的模擬乘法電路，利用了上述模擬乘法電路。
[0112]振蕩電路20和檢測(cè)電路30是通過與正電源(+ V)和負(fù)電源(一 V)連接而進(jìn)行動(dòng)作的集成電路，可以在同一半導(dǎo)體基板上構(gòu)成。[0113]在此，對(duì)檢波電路32的乘法檢波簡(jiǎn)單地進(jìn)行說明。一般地，若將振幅分別為A、B的相同頻率且相同相位的正弦波彼此進(jìn)行乘法運(yùn)算時(shí)，如下式，即:
[0114](A ? sin 0 ) ? (B ? sin 0) = A*B*(1 — cos2 0)/2
[0115]如果0被看作與時(shí)間成比例的相位角(0 = w ? t),從上述乘法運(yùn)算來看,得到原信號(hào)的兩倍頻率的信號(hào)和直流信號(hào)這兩個(gè)成分的情況，可從三角函數(shù)的性質(zhì)來理解。通過使該信號(hào)通過只使低頻通過的濾波器電路33而得到A / 2這樣大小的直流信號(hào)。振蕩信號(hào)S21和放大信號(hào)S31均為相同頻率的信號(hào)。例如，如果選擇A大致一定的信號(hào)和B與施加的旋轉(zhuǎn)角速度成比例的信號(hào)，并進(jìn)行如用上式表示的運(yùn)算操作，則可得到與旋轉(zhuǎn)角速度成比例的信號(hào)。下面說明的檢波電路32使用該原理進(jìn)行檢波。
[0116](2)檢波電路的結(jié)構(gòu)說明:圖3
[0117]接著，使用圖3對(duì)圖2所示的物理量傳感器中的檢波電路32的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。另外，在該圖3中，對(duì)與圖1和圖9對(duì)應(yīng)的部分標(biāo)注相同的符號(hào)，并省略對(duì)它們的重復(fù)說明。
[0118]該檢波電路32由第一、第二、第三V — I轉(zhuǎn)換電路110、120、130、恒流源2c、2d、具備模擬乘法部100A和修正電流生成電路300的模擬乘法電路1A、I 一 V轉(zhuǎn)換電路150、移相電路160構(gòu)成。
[0119]該檢波電路32具備用于將振蕩信號(hào)S21和放大信號(hào)S31分別向電流信號(hào)轉(zhuǎn)換的第一 V — I轉(zhuǎn)換電路110和第二 V — I轉(zhuǎn)換電路120(與圖1中的V — I轉(zhuǎn)換電路110、120相同)。這些V — I轉(zhuǎn)換電路中，輸出形式使用差動(dòng)輸出的形式。關(guān)于該第一、第二 V — I轉(zhuǎn)換電路110、120的結(jié)構(gòu)將在后面進(jìn)行敘述。
[0120]在第一 V — I轉(zhuǎn)換電路110中，經(jīng)由移相電路160輸入有振蕩信號(hào)S21。這是為了如以前所示的乘法檢波公式那樣，使乘法運(yùn)算的信號(hào)彼此的相位一致。將由該移相電路160進(jìn)行了相位調(diào)整的信號(hào)表示為振蕩信號(hào)S21'。該振蕩信號(hào)S21'是通過上述AGC控制電路23的動(dòng)作將振幅控制在一定的正弦波的交變信號(hào)，由于與圖1和圖9中的電壓信號(hào)Vy的輸入信號(hào)相當(dāng)，因此在圖3和以下說明中的表示差動(dòng)電流值的符號(hào)中，將該振蕩信號(hào)S21'的電壓值表不為Vy。
[0121]第一 V — I轉(zhuǎn)換電路110將其電壓值Vy的振蕩信號(hào)S21'以轉(zhuǎn)換系數(shù)Kl轉(zhuǎn)換成差動(dòng)電流(土Kl ? Vy)并輸出。
[0122]輸入第二 V — I轉(zhuǎn)換電路120的放大信號(hào)S31是以與作為交變信號(hào)的振蕩信號(hào)S21'相同的頻率進(jìn)行振動(dòng)的正弦波的被檢波信號(hào)，由于與圖1和圖9中的電壓信號(hào)Vx的輸入信號(hào)相當(dāng)，因此在以下的表示差動(dòng)電流值的符號(hào)中，將該放大信號(hào)S31的電壓值表示為Vx。
[0123]第二 V — I轉(zhuǎn)換電路120將其電壓值Vx的放大信號(hào)S31以轉(zhuǎn)換系數(shù)K2轉(zhuǎn)換成差動(dòng)電流(土K2 ? Vx)并輸出。
[0124]另外，恒流源2c、2d是在第二 V — I轉(zhuǎn)換電路120輸出的差動(dòng)電流(±K2 ? Vx)中加上偏置電流Ib，形成包含偏置電流的差動(dòng)電流(Ib±K2 ? Vx)。
[0125]為了便于說明，將這些恒流源2c、2d相對(duì)于第二 V — I轉(zhuǎn)換電路120另外表示，但這些恒流源也可以設(shè)于第二 V — I轉(zhuǎn)換電路120內(nèi)，也可以包含這些恒流源，稱為將各個(gè)輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成包含偏置電流的差動(dòng)電流的V-1轉(zhuǎn)換電路。
[0126]第三V -1轉(zhuǎn)換電路130是將參照信號(hào)S41 (設(shè)電壓值為Vr)以轉(zhuǎn)換系數(shù)K3轉(zhuǎn)換成輸出電流Ir (Ir = K3 *Vr > 0)的電路。該輸出電流Ir雖然與圖1中的修正電流生成電路3內(nèi)的恒流源301等的定電流Itl相當(dāng)，但根據(jù)參照信號(hào)S41的電壓值Vr而變化。
[0127]如上所述，修正電流生成電路300是用于修正一方的輸入信號(hào)的偏置電流值的電路，使得即使構(gòu)成吉爾伯特乘法核心101的雙極晶體管Ql~Q4的電流放大率a根據(jù)溫度等而變動(dòng)，乘法結(jié)果也不會(huì)變動(dòng)。
[0128]該實(shí)施方式的修正電流生成電路300從修正電流輸出線321、322輸出電流a ? Ir，并供給至模擬乘法部100A的連接點(diǎn)r、s,該電流a ? Ir是將第三V — I轉(zhuǎn)換電路130的輸出電流Ir乘以與構(gòu)成吉爾伯特乘法核心101的雙極晶體管Ql~Q4的電流放大率a相等的電流放大率a而進(jìn)行修正后的電流。關(guān)于其詳細(xì)情況，后面利用圖4進(jìn)行敘述。
[0129]1- V轉(zhuǎn)換電路150是將來自模擬乘法電路IA的模擬乘法部100A的差動(dòng)電流的輸出信號(hào)14，以轉(zhuǎn)換系數(shù)K5轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)的電路。圖3所示的I 一 V轉(zhuǎn)換電路150，利用 PM0S151A、151B、152A、152B 和 NM0S153A、153B、154A、154B 產(chǎn)生的、所謂的返回柵-陰電路將差動(dòng)電流輸入轉(zhuǎn)換成單相電流信號(hào)，再利用轉(zhuǎn)換電阻156和運(yùn)算放大器155進(jìn)行I 一V轉(zhuǎn)換，輸出與被檢波信號(hào)的振幅相應(yīng)的輸出電壓Vout。轉(zhuǎn)換電阻(可變電阻)156由多晶硅電阻等線性電阻元件構(gòu)成。若設(shè)其電阻值為R5，則K5 = R5。
[0130]在此，說明作為加在對(duì)通過振蕩信號(hào)S21'即電壓信號(hào)Vy施加的輸入信號(hào)從第一
V-1轉(zhuǎn)換電路Iio進(jìn)行了轉(zhuǎn)換的差動(dòng)電流(±K1 *Vy)上的偏置電流，使用與參照信號(hào)S41(電壓值Vr)相應(yīng)的電流(a ? Ir)的理由。
[0131]為了進(jìn)行模擬乘法的檢波，需要與被檢波信號(hào)為同一頻率且振幅一定的交變信號(hào)。在振動(dòng)型物理量傳感器中，進(jìn)行對(duì)振動(dòng)體的激勵(lì)水平(level )，基于使用定電壓電路等的參照信號(hào)控制在一定水平的所謂的AGC控制，因此，使用該被控制的振蕩信號(hào)作為乘法運(yùn)算用的交變信號(hào)。但是，實(shí)際上參照信號(hào)根據(jù)溫度變化而進(jìn)行變化。
[0132]作為被檢波信號(hào)的對(duì)傳感器元件輸出S12進(jìn)行放大后的放大信號(hào)S31，除了與角速度成比例之外，與作為振動(dòng)體的傳感器元件10的激勵(lì)水平也成比例，因此，若單純地將被檢波信號(hào)(放大信號(hào)S31)和對(duì)振蕩信號(hào)S21進(jìn)行相位調(diào)整后的振蕩信號(hào)S21'進(jìn)行乘法運(yùn)算，則參照信號(hào)S41平方后的成分出現(xiàn)在檢波輸出信號(hào)(輸出電壓Vout)中。因此，由于參照信號(hào)的誤差，檢波輸出信號(hào)會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。這種誤差在近年來物理量傳感器所要求的實(shí)現(xiàn)在寬泛的使用溫度范圍的高精度化方面成為障礙。
[0133]因此，在該物理量傳感器中，為了解決該問題，如上所述設(shè)置將參照信號(hào)S41作為輸入的第三V -1轉(zhuǎn)換電路130和將其輸出電流Ir加在成為模擬乘法部100A —方的輸入信號(hào)的差動(dòng)電流(土Kl *Vy)上的加法電路。由此，減少了參照信號(hào)的電壓變動(dòng)引起的輸出信號(hào)的變動(dòng)。
[0134]在該實(shí)施方式中，為了進(jìn)一步消除構(gòu)成吉爾伯特乘法核心101的晶體管Ql~Q4的電流放大率a的影響，將利用修正電流生成電路300對(duì)輸出電流Ir進(jìn)行修正后的電流a ? Ir作為向模擬乘法部100A的一方的輸入信號(hào)的加法電流。
[0135]因此，在構(gòu)成模擬乘法部100A的線性化電路102的一方的晶體管Q5的發(fā)射極中，流入第一 V — I轉(zhuǎn)換電路110的正輸出電流(+ Kl ? Vy)加上以參照信號(hào)S41為基礎(chǔ)而生成的電流a ? Ir后的電流(a ? Ir + Kl ? Vy)。
[0136]同樣地，在構(gòu)成線性化電路102的另一方的晶體管Q6的發(fā)射極中，流入第一 V -1轉(zhuǎn)換電路110的負(fù)輸出電流(相反輸出電流)(一 Kl ? Vy)加上以參照信號(hào)S41為基礎(chǔ)而生成的電流a ? Ir后的電流(a ? Ir — Kl ? Vy)。
[0137]在該實(shí)施方式中，上述加法電路相當(dāng)于生成第一 V — I轉(zhuǎn)換電路110的各輸出電流和修正電流生成電路300的各輸出電流各自的和的部分，且第一 V — I轉(zhuǎn)換電路110和修正電流生成電路300的各輸出端子彼此的連接點(diǎn)r和連接點(diǎn)s的結(jié)線相當(dāng)于該加法電路。這是由于，電流信號(hào)的加法運(yùn)算由結(jié)線進(jìn)行。
[0138]晶體管Q5和晶體管Q6均為二極管連接，它們的基極和集電極與負(fù)電源(一 V)連`接。
[0139]晶體管Q5的發(fā)射極與將吉爾伯特乘法核心101的晶體管Ql和Q4的基極彼此連接在一起的輸入端子Tc連接。另外，晶體管Q6的發(fā)射極與將吉爾伯特乘法核心101的晶體管Q2和Q3的基極彼此連接在一起的輸入端子Td連接。
[0140]另一方面，在吉爾伯特乘法核心101的晶體管Ql和Q2的發(fā)射極彼此連接的輸入端子Ta中，流入第二 V — I轉(zhuǎn)換電路120的正輸出電流(+ K2 ? Vx)加上偏置電流Ib后的電流(Ib + K2 ? Vx)。同樣地，在吉爾伯特乘法核心101的晶體管Q3和Q4的發(fā)射極彼此連接的輸入端子Tb中，流入第二 V — I轉(zhuǎn)換電路120的負(fù)輸出電流(相反輸出電流)(-K2 ? Vx)加上偏置電流Ib后的電流(Ib - K2 ? Vx)。偏置電流Ib由偏置電流源的恒流源2c,2d生成。
[0141]偏置電流Ib、輸出電流Ir加在V — I轉(zhuǎn)換電路120、130的輸出電流中，其目的是，無論輸入信號(hào)采用正、負(fù)的哪一值，流入乘法核心的雙極晶體管的電流為負(fù)而截止不會(huì)發(fā)生。因此，偏置電流Ib的值根據(jù)作為輸入信號(hào)的被檢波信號(hào)即電壓信號(hào)Vx的范圍來設(shè)定。
[0142]吉爾伯特乘法核心101的晶體管Ql和Q3的集電極彼此連接的輸出端子Te，和晶體管Q2和Q4的集電極彼此連接的輸出端子Tf，構(gòu)成輸出振蕩信號(hào)S21'和放大信號(hào)S31的乘法結(jié)果的輸出信號(hào)14的輸出端子對(duì)。I 一 V轉(zhuǎn)換電路150將從輸出端子對(duì)Te、Tf輸出的差動(dòng)電流如上所述轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)并輸出輸出電壓Vout。[0143](3)修正電流生成電路的說明:圖4
[0144]根據(jù)圖4對(duì)圖3所示的修正電流生成電路300的結(jié)構(gòu)及其動(dòng)作進(jìn)行說明。
[0145]該圖4所示的修正電流生成電路300與圖1中的修正電流生成電路3基本結(jié)構(gòu)通用，對(duì)通用的部分標(biāo)注相同的符號(hào)，并省略它們的詳細(xì)說明。
[0146]如上所述，該修正電流生成電路300被輸入有第三V -1轉(zhuǎn)換電路130將參照信號(hào)S41 (電壓值Vr)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)的正的輸出電流Ir。若設(shè)第三V — I轉(zhuǎn)換電路130的轉(zhuǎn)換系數(shù)為K3，則Ir = K3 ? Vr。
[0147]而且，使該第三V — I轉(zhuǎn)換電路130的輸出電流Ir代替圖1的修正電流生成電路3中的恒流源301產(chǎn)生的定電流Itl，流過作為第一復(fù)制晶體管的晶體管Q7的發(fā)射極。與修正電流生成電路3—樣，該晶體管Q7的基極與作為第二復(fù)制晶體管的二極管連接的晶體管Q8的發(fā)射極和恒流源303的連接點(diǎn)p連接。
[0148]另外，只是將圖1的修正電流生成電路3中的進(jìn)行電流反射鏡連接的PM0S304和PM0S305改變成柵-陰化的電流反射鏡電路，以提高電流復(fù)制的精度這一點(diǎn)，與修正電流生成電路3不同。
[0149]該電流反射鏡電路如下構(gòu)成，即，在正電源(+ V)和晶體管Q7的集電極與恒流源302的連接點(diǎn)q之間，PM0S315A、316A和NM0S317A柵-陰連接，在這些MOS晶體管的各自，電流反射鏡連接有柵-陰連接的PM0S315B、352B和NM0S317B。
[0150]該NM0S317B的源極經(jīng)由NM0S306與負(fù)電源(一 V)連接。在該NM0S306中電流反射鏡連接有NM0S307、308 。
[0151]而且，從NM0S307的漏極與恒流源309的連接點(diǎn)g，和NM0S308的漏極與恒流源310的連接點(diǎn)h，分別引出修正電流輸出線321、322。
[0152]在該修正電流生成電路300中，在使作為第一復(fù)制晶體管的晶體管Q7的發(fā)射極流過輸出電流Ir時(shí)，流過與該晶體管Q7的電流放大率a ( a < I)相應(yīng)的a -1r的集電極電流。該集電極電流流入晶體管Q7的集電極和NM0S317A的源極的連接點(diǎn)q，再利用恒流源302從連接點(diǎn)q向負(fù)電源(一 V)流過定電流I。，所以在PM0S315A、316A和NM0S317A的串聯(lián)電路中流過電流(I。一 a ? Ir)。由此，在PM0S315B、316B和NM0S317B、306的串聯(lián)電路中也流過同量的電流(I。- a ? Ir)，在與匪0S306電流反射鏡連接的NM0S307、308中也流過電流(I。— a ? Ir)。
[0153]在NM0S307、308各自的漏極和恒流源309、310的連接點(diǎn)g、h，分別從恒流源309、310流入定電流Itl,因此，輸出至修正電流輸出線321、322的電流分別成為Itl - (10 -a ? Ir) = a.1r。這些電流作為修正電流兼偏置電流供給至模擬乘法部100A。
[0154](4) V -1轉(zhuǎn)換電路的結(jié)構(gòu)說明:圖5
[0155]接著，利用圖5對(duì)圖3所示的檢波電路32使用的第一 V — I轉(zhuǎn)換電路110和第二
V-1轉(zhuǎn)換電路120的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。這些V — I轉(zhuǎn)換電路是相互相同的結(jié)構(gòu)，是利用了MOS晶體管和電阻元件的跨導(dǎo)放大器，由PM0S201~207、NM0S211~217、轉(zhuǎn)換電阻220和尾電流源230構(gòu)成。
[0156]PM0S202的柵極端子為V — I轉(zhuǎn)換電路的輸入端子IN。PM0S201、202、NM0S211、212和尾電流源230，構(gòu)成將PM0S201、202作為輸入元件、將NM0S211、212分別作為負(fù)載元件的差動(dòng)對(duì)電路。PM0S202的柵極端子相當(dāng)于該差動(dòng)對(duì)電路的非反轉(zhuǎn)輸入端子，另外，PM0S201的柵極端子相當(dāng)于反轉(zhuǎn)輸入端子，利用尾電流源230進(jìn)行對(duì)該差動(dòng)對(duì)電路的偏置電流供
5口 O
[0157]NM0S211和NM0S212分別采用二極管連接，流向NM0S212的電流值利用電流反射鏡向NM0S214以規(guī)定值倍復(fù)制，另外，流向NM0S211的電流值經(jīng)由NM0S213、PM0S203向PM0S204以規(guī)定值倍復(fù)制。PM0S204和NM0S214的漏極端子彼此連接，將與反轉(zhuǎn)輸入端子相當(dāng)?shù)腜M0S201的柵極端子和轉(zhuǎn)換電阻220的一端與該端子連接。轉(zhuǎn)換電阻220的另一端與信號(hào)地面接地。另外，轉(zhuǎn)換電阻220由多晶硅電阻等線性電阻元件構(gòu)成。
[0158]另外，流入PM0S204的電流值通過電流反射鏡連接向PM0S207復(fù)制，流入NM0S214的電流值通過電流反射鏡連接向NM0S217復(fù)制。PM0S207和NM0S217的漏極端子彼此連接，在該連接點(diǎn)設(shè)有輸出端子10UT。[0159]流向NM0S211的電流值利用電流反射鏡向NM0S216復(fù)制規(guī)定值倍，另外，流向NM0S212 的電流值經(jīng)由 NM0S215、PM0S205 向 PM0S206 復(fù)制規(guī)定值倍。PM0S206 和 NM0S216的漏極端子彼此連接，在該連接點(diǎn)設(shè)有反轉(zhuǎn)輸出端子10UTB。
[0160]通過這樣連接，PM0S201~204和NM0S211~214作為將轉(zhuǎn)換電阻220的非接地側(cè)的一端選定為輸出的電壓隨動(dòng)器(follower)進(jìn)行動(dòng)作，與輸入至輸入端子IN的信號(hào)相同的信號(hào)出現(xiàn)在轉(zhuǎn)換電阻220的一端。另外，流向轉(zhuǎn)換電阻220的電流由剩余的MOS晶體管復(fù)制，從輸出端子IOUT輸出用輸入信號(hào)電壓除轉(zhuǎn)換電阻220的電阻值所得的值的電流。而且，從反轉(zhuǎn)輸出端子IOUTB輸出絕對(duì)值與從輸出端子IOUT輸出的電流相等且方向相反的電流。
[0161]該V — I轉(zhuǎn)換電路在設(shè)輸入電壓為V且輸出電流為I的情況下，以下面的關(guān)系成立的方式進(jìn)行動(dòng)作。
[0162]I = ±K ? V
[0163]上式中的K是轉(zhuǎn)換系數(shù)(與圖9和圖1中的輸出電壓Vout式中的K不同)，為轉(zhuǎn)換電阻220的電阻值的倒數(shù)。在圖3的第一 V -1轉(zhuǎn)換電路110中，設(shè)該轉(zhuǎn)換系數(shù)為K1，在第二 V — I轉(zhuǎn)換電路120中，設(shè)該轉(zhuǎn)換系數(shù)為K2。重號(hào)“ 土”分別與輸出端子(正輸出端子)和反轉(zhuǎn)輸出端子(負(fù)輸出端子)的輸出電流對(duì)應(yīng)。
[0164]在此說明的V — I轉(zhuǎn)換電路是圖3的第一 V — I轉(zhuǎn)換電路110和第二 V — I轉(zhuǎn)換電路120所使用的結(jié)構(gòu)。對(duì)于第三V — I轉(zhuǎn)換電路130的結(jié)構(gòu)沒有特別圖示，但由于其為單端輸出，因此不需要將流入PM0S207和NM0S217的電流值通過電流反射鏡連接進(jìn)行復(fù)制的電路和反轉(zhuǎn)輸出端子10UTB。
[0165](5)物理量傳感器的動(dòng)作說明:圖2和圖3
[0166]接著，使用圖2和圖3對(duì)該實(shí)施方式的物理量傳感器的動(dòng)作進(jìn)行說明。
[0167]若向圖2所示的物理量傳感器施加正負(fù)電源電壓，參照信號(hào)生成電路40則輸出參照信號(hào)S41，振蕩電路20基于參照信號(hào)S41以規(guī)定的電流值對(duì)傳感器元件10的驅(qū)動(dòng)部11進(jìn)行交流驅(qū)動(dòng)。此時(shí)，進(jìn)行AGC控制，因此，向振蕩信號(hào)S21輸出具有基于參照信號(hào)S41的振幅的交流電壓。
[0168]若在該狀態(tài)下對(duì)物理量傳感器施加轉(zhuǎn)角速度，則具有與轉(zhuǎn)角速度相應(yīng)的振幅的交流信號(hào)出現(xiàn)在傳感器元件輸出S12。檢測(cè)電路30對(duì)該傳感器元件輸出S12進(jìn)行放大并且轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，作為放大信號(hào)S31輸入檢波電路32。檢波電路32中還被輸入?yún)⒄招盘?hào)S41和振蕩信號(hào)S21。檢波電路32如下述進(jìn)行模擬乘法檢波，利用下一段的濾波器電路33進(jìn)行平滑化處理。作為結(jié)果，物理量傳感器從濾波器電路33輸出與施加的旋轉(zhuǎn)角速度成比例(成正比)的電壓的輸出信號(hào)S30。
[0169]在此，使用圖3對(duì)該實(shí)施方式的物理量傳感器的檢波電路32的動(dòng)作進(jìn)行說明。設(shè)利用移相電路160對(duì)振蕩信號(hào)S21進(jìn)行相位調(diào)整后的振蕩信號(hào)S21'的電壓值為Vy，設(shè)放大信號(hào)S31的電壓值為Vx，設(shè)參照信號(hào)S41的電壓值為Vr。Vy和Vx為同頻率且同相位的正弦波信號(hào)(以A ? sin 0的形式來表不)。[0170]若設(shè)第三V — I轉(zhuǎn)換電路130的轉(zhuǎn)換系數(shù)為K3 (若設(shè)轉(zhuǎn)換電阻的電阻值為R3，則K3 = I / R3)，則參照信號(hào)S41的電壓值Vr和第三V — I轉(zhuǎn)換電路130的輸出電流Ir的關(guān)系可以用下式表示。
[0171]Ir = K3 ? Vr = Vr / R3
[0172]另外，若設(shè)第一 V -1轉(zhuǎn)換電路110的轉(zhuǎn)換系數(shù)為Kl (若設(shè)圖5所示的轉(zhuǎn)換電阻220的電阻值為Rl，則Kl = I / Rl )，設(shè)第二 V — I轉(zhuǎn)換電路120的轉(zhuǎn)換系數(shù)為K2 (若設(shè)圖5所示的轉(zhuǎn)換電阻220的電阻值為R2，則K2 = I / R2)，設(shè)流入模擬乘法部100A的第一輸入端子對(duì)Ta、Tb的電流信號(hào)為II，且設(shè)流入與第二輸入端子對(duì)Tc、Td連接的線性化電路102的晶體管Q5、Q6的電流信號(hào)為12，則這些電流信號(hào)I1、12如下式。
[0173]Il = Ib±K2 ? Vx
[0174]12 = a ? Ir+ Kl ? Vy
[0175]另外，重號(hào)“土 ”分別相當(dāng)于差動(dòng)電流信號(hào)的正負(fù)。
[0176]另外，若設(shè)模擬乘法部100A的輸出電流為14,則14如下式。
[0177]14 = {(Kl ? K2) ? (Vx ? Vy) / ( a ? Ir)} ? a
[0178]在此，若設(shè)I — V轉(zhuǎn)換電路150的轉(zhuǎn)換系數(shù)為K5 (若設(shè)圖3所示的轉(zhuǎn)換電阻156的電阻值為R5，則K5 = R5)，則I 一 V轉(zhuǎn)換電路150的輸出信號(hào)S32 (即，檢波輸出信號(hào))SP輸出電壓Vout如下式。
[0179]Vout = {2 ? R5 ? (Kl ? K2) ? (Vx ? Vy) / ( a ? Ir)} ? a
[0180]= {2 ? R5 ? (K1 ? K2) ? (Vx ? Vy)} / Ir
[0181]如該式所示，構(gòu)成吉爾伯特乘法核心101的雙極晶體管Ql~Q4的電流放大率a由分子和分母抵消，因此其影響消失。因而，即使這些元件使用如通過CMOS工藝制造的橫向雙極晶體管那樣的電流放大率a因溫度等而變動(dòng)的晶體管，也能夠不受其變動(dòng)的影響而得到高精度的檢波輸出。
[0182]另外，如上所述，由于Ir = Vr / R3，因此若將Vr / R3代入上式中Ir，則輸出電壓Vout成為下式。
[0183]Vout = {2 ? (R3 ? R5 ? Kl ? K2) ? (Vx ? Vy)} / Vr
[0184]在該式中，R3、R5、K1、K2的積是一定的，因此，若設(shè) 2 *(R3 *R5 *K1 *K2) = K。(一
定的系數(shù))，則輸出電壓Vout用下式來表示。
[0185]Vout = K0 ? (Vx ? Vy) / Vr
[0186]上式中的Vy為振蕩信號(hào)S21'的電壓值，因此與振蕩信號(hào)S21的電壓值相同。振蕩信號(hào)S21為利用圖2中的AGC控制電路23進(jìn)行了振蕩振幅的控制的信號(hào)，依賴(比例)于作為AGC控制的基準(zhǔn)的參照信號(hào)S41的電壓值Vr (Vy - Vr)。[0187]另外，Vx為將從傳感器元件10的檢測(cè)部12得到的角速度信號(hào)放大后的放大信號(hào)S31的電壓值。因此，該放大信號(hào)S31與施加的角速度的強(qiáng)度成比例，但為了探測(cè)角速度，還與對(duì)傳感器元件10的驅(qū)動(dòng)部11進(jìn)行激勵(lì)的強(qiáng)度成比例。即，還與參照信號(hào)S41的電壓值Vr 成比例(Vx c^c Vr)。
[0188]因此，表示I 一 V轉(zhuǎn)換電路150的輸出信號(hào)S32即輸出電壓Vout的上式所包含的積K ? (Vx ? Vy)與施加的角速度成比例，且與參照信號(hào)S41的電壓值Vr的平方成比例。但是，在該實(shí)施方式中，如上所述為Vout = K ? (Vx ? Vy) / Vr,因此，Vx ? Vy的一方的Vr比例成分被分母的Vr抵消，輸出電壓Vout只與參照信號(hào)S41的電壓值Vr成比例。
[0189]用圖2所示的濾波器電路33將該輸出電壓Vout進(jìn)行了平滑化的物理量傳感器的輸出信號(hào)S30也同樣單純地與電壓值Vr成比例。
[0190]即，根據(jù)該實(shí)施方式可知，能夠?qū)?duì)物理量傳感器的輸出信號(hào)S30的參照信號(hào)S41的依賴性抑制成I次左右。該特性本身是與使用現(xiàn)有的開關(guān)的檢波電路的物理量傳感器同樣的性質(zhì)，但該實(shí)施方式的物理量傳感器除了該特性之外，還具有使用模擬乘法檢波產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)。即，由于在該實(shí)施方式的物理量傳感器中作為檢波對(duì)象的信號(hào)成分只是與振蕩頻率相同的頻率成分，因此即使被檢波信號(hào)中暫時(shí)地包含由于外部振動(dòng)等引起的具有除此以外的頻率成分的噪聲，該噪聲成分也可通過模擬乘法檢波被頻率轉(zhuǎn)換成比直流高得多的頻率，利用后級(jí)的濾波器電路33可以容易地消除。
[0191]因此，物理量傳感器采用如該實(shí)施方式所示的模擬乘法電路的檢波電路，由此，參照電壓的變動(dòng)產(chǎn)生的輸出信號(hào)的影響較小，且在外來振動(dòng)引起的噪聲下也可以實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的高精度的物理量傳感器。
[0192]另外，作為因素包含于Ktl的Kl、K2、K3是各V — I轉(zhuǎn)換電路110、120、130的轉(zhuǎn)換系數(shù)，如該實(shí)施方式，通過采用以線性電阻元件構(gòu)成的轉(zhuǎn)換電阻的電阻值為基礎(chǔ)確定該轉(zhuǎn)換系數(shù)的結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)換系數(shù)K3和轉(zhuǎn)換系數(shù)Kl或K2之間，也可以抵消溫度系數(shù)或半導(dǎo)體工藝變動(dòng)等。同樣地，構(gòu)成I 一 V轉(zhuǎn)換電路150的轉(zhuǎn)換電阻156也使用相同的線性電阻元件，由此在該電阻值R5和轉(zhuǎn)換系數(shù)K2或Kl之間也可以抵消溫度系數(shù)或半導(dǎo)體工藝變動(dòng)。
[0193]若使用第一 V— I轉(zhuǎn)換電路110、第二 V — I轉(zhuǎn)換電路120和第三V — I轉(zhuǎn)換電路130各自所使用的轉(zhuǎn)換電阻的值Rl、R2和R3，則表示輸出電壓Vout的上式被如下改寫。
[0194]Vout = 2*{(R3*R5) / (Rl ? R2) } ? {(Vx ? Vy) / Vr}
[0195]從上式可知，通過使用由完全相同的材質(zhì)構(gòu)成的線性電阻元件作為第一~第三V— I轉(zhuǎn)換電路110、120、130和I 一 V轉(zhuǎn)換電路150的轉(zhuǎn)換電阻，得到了抵消V — I轉(zhuǎn)換電路110、120、130和I 一 V轉(zhuǎn)換電路150中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換誤差的效果。
[0196]另外，在該實(shí)施方式中，向模擬乘法電路的輸入加上參照信號(hào)的成分的結(jié)構(gòu)，為加上由參照信號(hào)和乘法運(yùn)算的輸入信號(hào)通過V — I轉(zhuǎn)換而生成的電流信號(hào)的電流加算的方式，但不限定于此。將參照信號(hào)和乘法運(yùn)算的輸入信號(hào)以電壓信號(hào)的狀態(tài)進(jìn)行加算，然后進(jìn)行V — I轉(zhuǎn)換的電壓加算的方式，也可得到與本實(shí)施方式同樣的效果。電壓信號(hào)的加算可以利用使用了運(yùn)算放大器和電阻元件的眾所周知的電壓加法電路進(jìn)行。
[0197]另外，在該實(shí)施方式中，假定AGC控制所使用的參照信號(hào)為電壓信號(hào)，但很顯然，參照信號(hào)為電流信號(hào)的情況，不需要第三V — I轉(zhuǎn)換電路130。
[0198]在該實(shí)施方式中,對(duì)作為被乘法運(yùn)算的兩個(gè)輸入信號(hào)之一的從傳感器兀件的驅(qū)動(dòng)電路得到的振蕩信號(hào)加上參照信號(hào)，但也可以與此相反。即，構(gòu)成也可以是在作為兩個(gè)輸入信號(hào)的另一個(gè)的對(duì)傳感器元件輸出進(jìn)行了放大的放大信號(hào)中加上參照信號(hào)，并向乘法核心輸入該加算信號(hào)和振蕩信號(hào)，即使這樣，也進(jìn)行與上述實(shí)施方式同樣的動(dòng)作。該結(jié)果從乘法順序可互換的情況也可明白。
[0199]另外，在利用圖3進(jìn)行了說明的檢波電路32中，也可以使用輸出作為圖1中的兩個(gè)系統(tǒng)的修正電流的電流a ? 10的修正電流生成電路3，代替第三V -1轉(zhuǎn)換電路130和修正電流生成電路300。
[0200]在該情況下，1- V轉(zhuǎn)換電路150的輸出電壓Vout由下式得到。
[0201]Vout = 2 ? a ? R5 ? Kl ? K2 ? Vx ? Vy / (a ? 10)
[0202]= 2 ? R5 ? Kl ? K2 ? Vx ? Vy / 10
[0203]在該情況下，作為電壓信號(hào)Vx和Vy的乘法結(jié)果的輸出電壓Vout，也不會(huì)受到電流放大率a的影響。而且，能夠不受構(gòu)成吉爾伯特乘法核心101的晶體管Ql~Q4的電流放大率a的影響，而高精度地得到與作為被檢波信號(hào)的電壓信號(hào)Vx的振幅相應(yīng)的檢波信號(hào)。
[0204][模擬乘法電路的其它例子和可變?cè)鲆娣糯笃鞯膶?shí)施方式:圖6]
[0205]接著，使用圖6對(duì)本發(fā)明的模擬乘法電路的其它例子和具備該模擬乘法電路的可變?cè)鲆娣糯笃鞯膶?shí)施方式進(jìn)行說明。在該圖6中，對(duì)與圖3對(duì)應(yīng)的部分標(biāo)注相同的符號(hào)，并省略它們的說明。
[0206]該實(shí)施方式中的模擬乘法電路IB由模擬乘法部100B和修正電流生成電路3構(gòu)成。該模擬乘法部100B由乘法核心105和線性化電路102構(gòu)成。
[0207]乘法核心105是由 發(fā)射極結(jié)合的一對(duì)雙極晶體管即晶體管Q1、Q2構(gòu)成的差動(dòng)晶體管對(duì)，將該差動(dòng)晶體管對(duì)結(jié)合的發(fā)射極作為第一輸入端子Ta，將這些晶體管的基極作為第二輸入端子對(duì)Tc、Td，將這些晶體管的集電極作為輸出端子對(duì)Te、Tf。該乘法核心105不是吉爾伯特乘法核心。
[0208]修正電流生成電路3是與圖1中說明的修正電流生成電路3相同的電路，利用具有與構(gòu)成乘法核心105的晶體管Q1、Q2相同特性的第一復(fù)制即晶體管Q7的電流放大率a對(duì)定電流Itl進(jìn)行修正，輸出兩個(gè)系統(tǒng)的修正電流(兼作偏置電流)a *1。。
[0209]該實(shí)施方式的可變?cè)鲆娣糯笃?2是根據(jù)輸入第一輸入端子44的直流控制信號(hào)Sc(電壓值Vx)控制輸入第二輸入端子43的輸入信號(hào)Si (電壓值Vy)的增益的電路。
[0210]因此，除了上述模擬乘法電路IB之外，還具備:將輸入信號(hào)Si (電壓值Vy)轉(zhuǎn)換成用± Iy= ± Kl ? Vy表示的差動(dòng)電流(± Iy)的第一 V— I轉(zhuǎn)換電路110、將控制信號(hào)Sc (電壓值Vx)轉(zhuǎn)換成用Ix = K2 *Vx表示的僅為正的輸出電流Ix的第二 V — I轉(zhuǎn)換電路120A、將模擬乘法電路IB中的乘法核心105的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)的I 一 V轉(zhuǎn)換電路150。
[0211]第二 V -1轉(zhuǎn)換電路120A是從圖5所示的V -1轉(zhuǎn)換電路消除了用于生成反轉(zhuǎn)輸出端子IOUTB和其反轉(zhuǎn)輸出電流的電路的電路。
[0212]來自第二 V -1轉(zhuǎn)換電路120A的輸出電流Ix被輸入乘法核心105的第一輸入端子。來自第一 V — I轉(zhuǎn)換電路110的差動(dòng)電流(± Iy)和來自修正電流生成電路300A的修正電流即電流a ?1(|被加上。加算結(jié)果的差動(dòng)電流利用線性化電路102轉(zhuǎn)換成具有電壓信號(hào)Vi成分的電壓差的差動(dòng)信號(hào)，該差動(dòng)信號(hào)被輸入乘法核心105的第二輸入端子對(duì)。I 一V轉(zhuǎn)換電路150作為輸出電壓Vout給予以由控制信號(hào)Sc控制的增益對(duì)輸入信號(hào)Si進(jìn)行了放大的電壓信號(hào)。
[0213]下面，對(duì)該實(shí)施方式的作用進(jìn)一步詳細(xì)地進(jìn)行說明。
[0214]在乘法核心105中，施加在由晶體管Ql、Q2的基極構(gòu)成的第二輸入端子對(duì)Tc、Td上的電壓差為Vi。若設(shè)晶體管Ql的基極電流為Ibi集電極電流為Ia、晶體管Q2的基極電流為Ib2、集電極電流為Ic2，則下式成立。Vt是所謂的熱電壓。
[0215][數(shù)學(xué)式I]
[0216]
【權(quán)利要求】
1.一種模擬乘法電路，其特征在于，具備: 乘法核心，其至少具有一個(gè)差動(dòng)晶體管對(duì)，該差動(dòng)晶體管對(duì)由發(fā)射極結(jié)合的一對(duì)雙極晶體管構(gòu)成，將所述差動(dòng)晶體管對(duì)結(jié)合的發(fā)射極作為第一輸入端子，將所述差動(dòng)晶體管對(duì)的兩個(gè)基極作為第二輸入端子對(duì)，將所述差動(dòng)晶體管對(duì)的兩個(gè)集電極作為輸出端子對(duì)； 線性化電路，其具有由在所述第二輸入端子對(duì)分別連接有發(fā)射極的一對(duì)雙極晶體管構(gòu)成的線性化晶體管對(duì)，所述線性化晶體管對(duì)的各基極和各集電極分別與規(guī)定的電源連接；和 修正電流生成電路，其將與所述差動(dòng)晶體管對(duì)的各雙極晶體管的電流放大率相應(yīng)的修正電流加在所述第二輸入端子對(duì)上。
2.如權(quán)利要求1所述的模擬乘法電路，其特征在于: 所述修正電流生成電路具有作為所述差動(dòng)晶體管對(duì)的各雙極晶體管的復(fù)制的第一復(fù)制晶體管，基于通過向所述第一復(fù)制晶體管的發(fā)射極流過規(guī)定的偏置電流而從所述第一復(fù)制晶體管的集電極得到的電流，生成所述修正電流。
3.如權(quán)利要求2所述的模擬乘法電路，其特征在于: 所述修正電流生成電路具有作為所述線性化晶體管對(duì)的各雙極晶體管的復(fù)制的第二復(fù)制晶體管， 所述第二復(fù)制晶體管的發(fā)射極與所述第一復(fù)制晶體管的基極連接，所述第二復(fù)制晶體管的集電極和基極分別與規(guī)定的電源連接。
4.如權(quán)利要求1所述的模擬乘法電路，其特征在于: 所述修正電流生成電路具備: 復(fù)制乘法部，其為所述乘法核心和所述線性化電路的復(fù)制，具有作為所述第一輸入端子、所述第二輸入端子和所述輸出端子各自的復(fù)制的第一復(fù)制輸入端子、第二復(fù)制輸入端子和復(fù)制輸出端子； 比較電路，其將與來自所述復(fù)制輸出端子的輸出相應(yīng)的嘗試輸出信號(hào)與期待信號(hào)進(jìn)行比較，輸出比較結(jié)果信號(hào)； 所述設(shè)定電路，其對(duì)所述第一復(fù)制輸入端子和所述第二復(fù)制輸入端子分別輸入與規(guī)定的預(yù)備輸入值相應(yīng)的信號(hào)，且將與表示該輸入值的積的規(guī)定的期待值相應(yīng)的所述期待信號(hào)輸入至所述比較電路；和 修正電流輸出電路，其生成所述修正電流和作為該修正電流的復(fù)制加在所述第二復(fù)制輸入端子對(duì)上的復(fù)制修正電流， 所述修正電流輸出電路，根據(jù)所述比較結(jié)果信號(hào)增減所述修正電流和所述復(fù)制修正電流，以使所述嘗試輸出信號(hào)與所述期待信號(hào)相等。
5.如權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述的模擬乘法電路，其特征在于: 所述乘法核心具有兩個(gè)所述差動(dòng)晶體管對(duì)，將兩個(gè)所述差動(dòng)晶體管對(duì)各自結(jié)合的發(fā)射極作為第一輸入端子對(duì)，在兩個(gè)差動(dòng)晶體管對(duì)相互間使兩個(gè)基極彼此相互結(jié)合并作為所述第二輸入端子對(duì)，在兩個(gè)所述差動(dòng)晶體管對(duì)相互間使兩個(gè)集電極彼此相互結(jié)合并作為所述輸出端子對(duì)。
6.一種可變?cè)鲆娣糯笃鳎涮卣髟谟? 具備權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述的模擬乘法電路，向所述第一輸入端子輸入直流控制信號(hào)， 向所述第二輸入端子輸入輸入信號(hào)， 基于所述輸出端子的輸出信號(hào)得到可變信號(hào)。
7.一種檢波電路，其特征在于: 具備權(quán)利要求5所述的模擬乘法電路， 向所述第一輸入端子和所述第二輸入端子的任一方輸入振幅一定的交變信號(hào)，向另一方輸入被檢波信號(hào)， 基于所述輸出端子的輸出信號(hào)得到檢波信號(hào)。
8.—種物理量傳感器,其具有:將從外部施加的物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的振動(dòng)器、輸出參照信號(hào)的參照信號(hào)生成電路、基于所述參照信號(hào)使所述振動(dòng)器振蕩的振蕩電路和基于來自該振蕩電路的振蕩信號(hào)對(duì)來自所述振動(dòng)器的輸出信號(hào)進(jìn)行檢波的檢波電路， 該物理量傳感器的特征在于: 所述檢波電路為權(quán)利要求7所述的檢波電路，所述交變信號(hào)為所述振蕩信號(hào)，所述被檢波信號(hào)為來自所述振動(dòng)器的輸出信號(hào)。
9.如權(quán)利要求8所述的物理量傳感器，其特征在于: 所述修正電流生成電路 基于所述參照信號(hào)生成所述修正電流。
【文檔編號(hào)】H03F3/34GK103493366SQ201280020445
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月25日
【發(fā)明者】永田洋一 申請(qǐng)人:西鐵城控股株式會(huì)社