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模拟技术相关技术文章采用MOSFET器件实现模拟平方根计算装置的设计

在仪表和测量系统中广泛使用了平方根计算电路,例如:用于计算任意波形rms (均方根)等任务。因此,设计师需要有一种高效的模拟平方根计算装置。由于制造商常采用MOS技术制造IC,采用基于MOSFET的模拟平方根计算装置应该是很合适的。此设计实例就描述了一个这样的电路。该电路只采用MOSFET来提供平方根功能(图1)。它设计简单,功能丰富,可以提供两路电压差的平方根输出。

采用MOSFET器件实现模拟平方根计算装置的设计

该电路将MOSFET Q1和Q2 嵌套连接。二级管连接的Q2在饱和区工作,强制Q1在线性区工作。所有其他MOSFET也工作在线性区。该电路的第一部分电路由Q3、Q4、Q5和Q6构成,产生电流IO1。该部分基本上为一个MOS电阻电路。决定该电路工作的基本公式为:

其中K1和K2 分别表示晶体管Q1和Q2的纵横比(aspect ratio):KI=(μCOXW)/2LI,其中I=K1=K2。MOSFET构成MOS电阻电路并保证所产生的电流是相同的,所以这些MOSFET具有相同的纵横比和阈值电压。电流与输入 V1和V2有关,关系如公式所示:IO1=G(V1?V2),其中G=2K(VA?VB),表示MOS电阻电路的电导;k=(μCOXW)/2L,为构成 MOS电阻电路的几个相同晶体管的纵横比;VA和VB 为施加到线性区MOSFET栅极的控制电压。该方法的优点是输出电压可控性好,因而可用电压控制平方根功能。

输出电压按以下公式计算:

从该公式可以看出,输出电压VO为输入电压V1和V2之差的平方根。如果将V2接地,则输出电压与输入电压 V1平方根成正比。如公式所示,控制电压 VA和VB 可以改变比例常数。因此,这是一种新型的完全基于MOSFET的电压控制模拟平方根计算装置。