本文提出了一種高頻四象限電流乘法器,。該乘法器電路結構對稱,。提出的乘法器電路工作在±1．18 V的電源電壓下。由于從輸人端到地的低寄生電容,，該電路可以工作在高頻條件下,，實驗測得它的-3 dB帶寬可以達到1．741GHz。

1 電路工作原理

本文提出的這種電流乘法器是基于圖1所示的基本的單元電路而設計成的,。圖1所示的電路,，輸出電流Iout和輸入電流Iin是二次函數(shù)的關系。這種二次單元電路是由MN,、MP和MC組成的,。其中MN和MP是偏置工作在三極管區(qū)，MC是工作在飽和區(qū),。如果MN和MP有相同的跨導因子(kP=μPCOXWP／LP=kN=μNCOXWN／LN=k),，從圖1可以很容易得到輸入電壓Vin和輸出電流的Iout的表達式如下：

電路工作原理

很顯然，二次單元電路帶來了輸出電流和MOS管漏極電流的二次函數(shù)的關系,。在圖2中顯示了提出的四象限電流乘法器電路,。圖2中用到的電流模減法器電路如圖3所示,。這里用到的減法器不同于文獻中的電壓減法電路。圖2電路是由4個二次單元電路構成,。該乘法器的輸入電流是輸入電流IX和IY的和與差,。通過使用由式(2)所得到的輸出電流和輸入電流的二次關系，可以得到MOS管MC1,，MC2,，MC3和MC4的漏極電流的表達式如下：

漏極電流的表達式

可以看到在公式(9)中，輸出電流IOUT等于電流IX和IY的乘積,，伴有一個由跨導因子K和依賴于電源的參數(shù)a決定的乘法增益因子,。很顯然，可以通過調節(jié)跨導參數(shù)k和參數(shù)a,，來調節(jié)乘法器的增益,。參數(shù)k和MOS管的尺寸直接相關。減小跨導參數(shù)k或MOS管的尺寸,，帶來了較高的增益和較低的功耗,，同時由于與MOS管相關的較小的寄生電容的作用，使得電路的速度也改進了,。但是,，減小參數(shù)k，仍需慎重考慮,。因為較小的跨導參數(shù)k會帶來較低的線性度和較小的靜態(tài)電流，而這會降低輸入電流的范圍,。相反,，大的參數(shù)值k會帶來較大的靜態(tài)電流，因此會有較大的電流輸入范圍,。但是這就會增加電路的總功耗,。顯然，參數(shù)k的選擇要求最佳化,。當然,，也可以通過調節(jié)電源依賴因子a來調節(jié)調節(jié)電路的增益。a的大小直接決定了電路的功耗和輸人工作電流的范圍,。

電路圖

2 電路仿真結果

對圖2所示乘法器的性能使用Hspice仿真軟件進行仿真驗證,，其中MOS晶體管模型參數(shù)由標準的0．35μm CMOS工藝提供。所有NMOS管和PMOS管的閾值電壓分別為0．53～0．69 V,。MOS管的寬長比設置如下：M1P～M4P,，60μm／0．7μm，MIN～M4N,，20μm／0．7μm,，MC1～MC4,，25μm／0．7μm，M5～M8,，25μm／0．7μm,。電源電壓為±1．18 V。圖4顯示了電流乘法器電路在輸入電流IY在-20～20 μA范圍內變化時的直流傳輸特性曲線,。在圖4中,，從右下到右上的5條曲線分別是輸入電流IX為-20μA，-10μA,，0μA,，10μA和20μA時的輸出電流Iout隨輸入電流IY變化的直流傳輸特性曲線。

乘法器電路的頻率響應曲線

圖5顯示了提出的乘法器電路的頻率響應曲線,。在仿真過程中,，輸入電流IX為正弦信號電流，同時輸入電流IY保持為10μA,。由圖5可以看到,，電路的電流標準分貝增益隨頻率變化，所設計的乘法器電路展示出了良好的頻率特性,，得到的-3 dB帶寬為1．741 GHz,，遠遠超過了文獻中提到的(413MHz)。這是由于電路中從輸入端到地的寄生電容減小的緣故,。整個電路的功耗為1．18mW,。

3 結語

本文提出了一種低壓高頻四象限電流乘法器電路。該乘法器電路的優(yōu)點是電路結構簡單而且對稱,。電路可以工作在高頻條件下(f-3dB= 1．741 GHz),，整個電路的功耗為1．18mW。