ギルバートセル

電子工学では、ギルバートセルは周波数ミキサーの一種です。2つの入力信号の積に比例した出力信号を生成します。このような回路は、無線システムの周波数変換に広く使用されています。^[1]この回路の利点は、出力電流が両方の入力の（差動）ベース電流の正確な乗算であることです。ミキサーとして、そのバランスのとれた動作により、多くの不要な混合生成物がキャンセルされ、より「クリーンな」出力が得られます。

これは、1963 年にハワード ジョーンズが初めて使用した初期の回路の一般化されたケースです^{[2] 。 [3]}この回路は独立して発明され、1967 年にバリー ギルバートによって大幅に拡張されました。アナログ回路設計に対する電流モード アプローチである「トランスリニア」設計の具体的な例です。このセルの特定の特性は、差動出力電流が 2 つの差動アナログ電流入力の正確な代数積であることです。

このトポロジーでは、ジョーンズ セルとトランスリニア マルチプライヤの間に違いはほとんどありません。 どちらの形式でも、2 つの差動増幅段は、出力が逆位相で接続 (電流が加算) されたエミッタ結合トランジスタ ペア (Q1/Q4、Q3/Q5) によって形成されます。 これらの増幅段のエミッタ接合部には、3 番目の差動ペア (Q2/Q6) のコレクターから電流が供給されます。 Q2/Q6 の出力電流は、差動増幅器のエミッタ電流になります。 簡略化すると、個々のトランジスタの出力電流は i _c = g _m v _beで表されます。 そのトランスコンダクタンスg _{mは (} T = 300 Kで) 約g _m = 40 I _Cです。 これらの式を組み合わせると、i _c = 40 I _C v _be,loとなります。 ただし、ここでの I _{C はv be,rf} g _m,rfで表されます。したがって、i _c = 40 v _be,lo v _be,rf g _{m,rf となり、これは v be,lo}と v _be,rfの乗算です。 2 つの異なるステージの出力電流を組み合わせると、4 象限動作が得られます。

ジョーンズ トポロジーは、従来のジョーンズ セルの上に任意の数の差動ペア (2 つの差動入力と 2 つの差動出力がそれぞれ逆位相と同位相で接続されています) を「積み重ねる」ことによって一般化することができ、ジョーンズ セルの動作のバランスが保たれた回路が得られます。具体的には、差動出力電流は、任意の数の差動入力の積 (またはそのトランスリニア関数) に比例するようになります。^[4]ただし、実際のマイクロエレクトロニクス環境では、すべてのトランジスタを適切な (順方向アクティブ)動作領域に保つために必要な大きな電圧ヘッドルームのために、この一般化の有用性は限られています。

しかし、右の図に示すように、後にギルバートが発明したセルには、ダイオード接続されたトランジスタが 2 つ追加されています (V1 および V2 と表示)。これは重要な違いです。関連する差動 (X) 入力電流の対数を生成するため、後続のトランジスタの指数特性により、これらの入力電流と残りの (Y) 電流のペアが理想的に完全に乗算されます。この追加のダイオード セル トポロジは、通常、低歪みの電圧制御アンプ(VCA) が必要な場合に使用されます。このトポロジは、さまざまな理由から RF ミキサー/変調器アプリケーションではほとんど使用されません。その理由の 1 つは、これらのベースへの駆動信号がほぼ方形波であるため、上部の線形化カスコードの線形性の利点が最小限であることです。線形化に何らかの利点がある場合でも、非常に高い周波数で高速エッジの方形波が駆動される可能性は低くなります。

現在では、CMOS または BiCMOS セルを使用して機能的に同様の回路を構築できます。

• NE612、発振器、ミキサー。