模拟乘法器ADL5391的原理与应用邮件群发
模拟乘法器是现代信号处理系统的重要组成单元，它广泛应用于锁相环、混频器、滤波器等信号处理电路中。ADL5391是美国ADI公司推出的宽频带、高性能、超对称的模拟乘法器。它具有2 GHz的可用带宽，是此前所有模拟乘法器所无法相比的。同时，ADL5391也是目前速度最快的模拟乘法器芯片之一。它将所有电路集成于一块芯片之中，使得ADL5391具有极高的速度。在文中的应用实例中，设计了一种基于ADL5 391的二倍频电路，可对输入的信号进行准确的二倍频，电路性能稳定，可广泛应用于混频、倍频、脉冲调制等领域。
1 ADL5391的主要特性
ADL5391凝聚了ADI公司三十年的先进模拟乘法器技术经验，其主要特性如下:
1)DC至2 GHz对称乘法器，传递函数为VW=αx(VXxVY),1 V+Vz;
2)独特的设计确保了X、Y的绝对对称，X、Y的幅度,时间响应相同;
3)可调、不随温度而变化、增益调整为α;
4)完全差分输入,输出或单端操作;
5)低噪声和高输出线性度;
6)单电源供电:4(5,5(5 V，130 mA;
7)3x3 mm、16引脚小型LFCSP封装。
2 ADL5391的工作原理
ADL5391的功能结构框图如图1所示，传递函数由下式给出:
W=aXY,U+Z (1)
其中:X和Y是被乘数;U是乘法器的比例因子;α是乘法器增益;W是乘法器
的输出;Z是一个求和输入。所有的变量和比例因子单位都是伏特。
ADL5391最重大的改进就是采用了新型乘法器内核架构，它与自1970年开始使用的传统架构明显不同。传统的模拟乘法器(如AD835)几乎完全由吉尔伯特单元的拓扑结构或与其相近的电路实现。X和Y不对称的信号路径造成了X和Y之间幅度和时延的不平衡，这在高频时会出现问题。在ADL5391中，新型的乘法器内核提供了X和Y之间绝对的对称，尽量减小吉尔伯特单元中本身的差异。
ADL5391的功能结构框图展示了主乘法器单元和反馈乘法器单元，其中主乘法器用于接收X和Y输入信号，反馈乘法器位于反馈路径上，围绕在积分缓冲区附近，它的输入量是输出信号与求和输入信号之差(W-Z)，和内部比例参考值。其中，反馈乘法器和主乘法器是相同的，由于该反馈乘法器基本上补偿了主乘法器上产生的缺损，因此常见的噪声、漂移或失真基本上被限制在了一阶。
3 ADL5391的应用实例
ADL5391主要运用于高频信号的运算和处理，如宽带的乘法和加法，高频模拟调制，自适应天线，平方律探测器，倍频等。以下给出了基于ADL5391的宽带乘法器电路，并且设计了基于该模拟乘法器的二倍频电路，并对其分别进行了性能测试。
实验4位乘法器实验报告 姓名：X XX 学号：X XX 专业：计算机科学与技术课程名称：计算机组成同组学生姓名：无 实验时间：实验地点：指导老师：XXX 一、实验目的和要求 1.熟练掌握乘法器的工作原理和逻辑功能 二、实验内容和原理 实验内容： 根据课本上例3-7的原理，来实现4位移位乘法器的设计。 具体要求：1. 乘数和被乘数都是4位 2. 生成的乘积是8位的 3. 计算中涉及的所有数都是无符号数 4.需要设计重置功能 5.需要分步计算出结果（4位乘数的运算，需要四步算出结果） 实验原理： 1.乘法器原理图
2.本实验的要求： 1.需要设计按钮和相应开关，来增加乘数和被乘数 2.每按一下M13，给一个时钟，数码管的左边两位显示每一步的乘 积 3.4步计算出最终结果后，LED灯亮，按RESET重新开始计算 三、主要仪器设备 1.Spartan-III开发板1套 2.装有ISE的PC机1台 四、操作方法与实验步骤 实验步骤： 1.创建新的工程和新的源文件 2.编写verilog代码（top模块、display模块、乘法运算模块、去抖动模块以及 UCF引脚） 3.进行编译 4.进行Debug 工作，通过编译。
5.. 生成FPGA代码，下载到实验板上并调试，看是否与实现了预期功能 操作方法： TOP: module alu_top(clk, switch, o_seg, o_sel); input wire clk; input wire[4:0] switch; output wire [7:0] o_seg; // 只需七段显示数字，不用小数点 output wire [3:0] o_sel; // 4个数码管的位选 wire[15:0] disp_num; reg [15:0] i_r, i_s; wire [15:0] disp_code; wire o_zf; //zero detector initial begin i_r <= 16'h1122; //0x1122 i_s <= 16'h3344; //0x3344 end alu M1(i_r, i_s, switch[4:2], o_zf, disp_code); display M3(clk, disp_num, o_seg, o_sel); assign disp_num = switch[0]?disp_code:(switch[1] ? i_s : i_r); endmodule
各种乘法器比较 韦其敏08321050 引言：乘法器频繁地使用在数字信号处理和数字通信的各种算法中，并往往影响着整个系统的运行速度。如何实现快速高效的乘法器关系着整个系统的运算速度和资源效率。本位用如下算法实现乘法运算：并行运算、移位相加、查找表、加法树。并行运算是纯组合逻辑实现乘法器，完全由逻辑门实现；移位相加乘法器将乘法变为加法，通过逐步移位相加实现；查找表乘法器将乘积结果存储于存储器中，将操作数作为地址访问存储器，得到的输出数据就是乘法运算结果；加法树乘法器结合移位相加乘法器和查找表乘法器的优点，增加了芯片耗用，提高运算速度。 注：笔者使用综合软件为Quartus II 9.1，选用器件为EP2C70，选用ModelSim SE 6.1b进行仿真，对于其他的软硬件环境，需视具体情况做对应修改。 汇总的比较： 详细实现过程： 1.并行乘法器 源代码： module Mult1(outcome,a,b); parameter MSB=8; input [MSB:1] a,b; output [2*MSB:1] outcome; assign outcome=a*b; endmodule
资源耗用情况： ModelSim测试激励文件源代码：`timescale 10ns/1ns module Mult1_test(); reg [8:1] a,b; wire [16:1] outcome; Mult1 u1(outcome,a,b); parameter delay=2; initial begin a=1; b=0; end initial forever begin #delay a=a+1; b=b+1; if(outcome>=16'h0FFF) $stop;
模拟乘法器及其应用
摘要 模拟乘法器是一种普遍应用的非线性模拟集成电路。模拟乘法器能实现两个互不相关的模拟信号间的相乘功能。它不仅应用于模拟运算方面，而且广泛地应用于无线电广播、电视、通信、测量仪表、医疗仪器以及控制系统，进行模拟信号的变换及处理。在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分立器件如二极管和三极管要简单的多，而且性能优越。 Analog multiplier is a kind of widely used nonlinear analog integrated multiplier can be achieved between two unrelated analog multiplication is not only applied in the simulation operation aspect, and widely used in radio, television, communications, measuring instruments, medical equipment and control system, the analog signal conversion and the high frequency electronic circuit, amplitude modulation, synchronous detection, mixing, frequency doubling, frequency, modulation and demodulation process, the same as can be seen as two signal multiplication or contain multiplication function is realized by using integrated analog multiplier than using discrete components such as diodes and transistors are much more simple, and superior performance.
模拟乘法器AD834的原理与应用 1.AD834的主要特性 AD834是美国ADI公司推出的宽频带、四象限、高性能乘法器，其主要特性如下： ●带符号差分输入方式，输出按四象限乘法结果表示；输出端为集电极开路差分电流结构，可以保证宽频率响应特性；当两输入X=Y=±1V时，输出电流为±4mA； ●频率响应范围为DC～500MHz； ●乘方计算误差小于0.5％; ●工作稳定，受温度、电源电压波动的影响小； ●低失真，在输入为0dB时，失真小于0.05％； ●低功耗，在±5V供电条件下，功耗为280mW； ●对直通信号的衰减大于65dB； ●采用8脚DIP和SOIC封装形式。 2.AD834的工作原理 AD834的引脚排列如图1所示。它有三个差分信号端口：电压输入端口X=X1－X2和Y=Y1－Y2，电流输出端口W=W1－W2；W1、W2的静态电流均为8.5mA。在芯片内部，输入电压先转换为差分电流(V－I转换电阻约为280Ω),目的是降低噪声和漂移；然而，输入电压较低时将导致V－I转换线性度变差，为此芯片内含失真校正电路，以改善小信号V－I转换时的线性特性。电流放大器用于对乘法运算电路输出的电流进行放大，然后以差分电流形式输出。 AD834的传递函数为： W=4XY (X、Y的单位为伏特，W的单位为mA) 3.应用考虑 3.1 输入端连接
尽管AD834的输入电阻较高(20kΩ)，但输入端仍有45μA的偏置电流。当输入采用单端方式时，假如信号源的内阻为50Ω，就会在输入端产生1.125mV的失调电压。为消除该失调电压，可在另一输入端到地之间接一个与信号源内阻等值的电阻，或加一个大小、极性可调的直流电压，以使差分输入端的静态电压相等；此外，在单端输入方式下，最好使用远离输出端的X2、Y1作为输入端，以减小输入直接耦合到输出的直通分量。 应当注意的是，当输入差分电压超过AD834的限幅电平(±1.3V)时，系统将会出现较大的失真。 3.2 输出端连接 采用差分输出，可有效地抑制输入直接耦合到输出的直通分量。差分输出端的耦合方式，可用RC耦合到下一级运算放大器，进而转换为单端输出，也可用初级带中心抽头的变压器将差分信号转换为单端输出。 3.3 电源的连接 AD834的电源电压允许范围为±4V～±9V，一般采用±5V。要求VW1和VW2的静态电压略高于引脚＋VS上的电压，也就是＋VS引脚上的电去耦电阻RS应大于W1和W2上的集电极负载电阻RW1、RW2。例如，RS为62Ω，RW1和RW2可选为49.9Ω，而＋V=4.4V,VW1=VW2=4.6V，乘法器的满量程输出为±400mV。 引脚－VS到负电源之间应串接一个小电阻，以消除引脚电感以及去耦电容可能产生的寄生振荡；较大的电阻对抑制寄生振荡有利，但也会使VW1和VW2的静态工作电压降低；该电阻也可用高频电感来代替。 4.应用实例 AD834主要用于高频信号的运算与处理，如宽带调制、功率测量、真有效值测量、倍频等。在某航空通信设备扩频终端机(如图2所示)的研制中，笔者应用AD834设计了扩频信号调制器和扩频信号接收AGC电路。
模拟乘法器的应用 ——乘积型混频器 学号：200800120228 姓名：辛义磊仪器编号：30 一、实验目的 1、掌握集成模拟乘法器的工作原理及其特点 2、进一步掌握集成模拟乘法器（MC1596/1496）实现振幅调制、同步检波、混频、倍频的电路调整与测试方法 二、实验仪器 低频信号发生器 高频信号发生器 频率计 稳压电源 万用表 示波器 三、实验原理与实验电路 集成模拟乘法器是继集成运算放大器后最通用的模拟集成电路之一，是一种多用途的线性集成电路。可用作宽带、抑制载波双边带平衡调制器，不需要耦合变压器或调谐电路，还可作为高性能的SSB乘法检波器、AM调制解调器、FM解调器、混频器、倍频器、鉴相器等，它与放大器相结合还可以完成许多数学运算，如乘法、除法、乘方、开放等。 MC1496的内部电路继引脚排列如图所示
MC1496型模拟乘法器只适用于频率较低的场合，一般工作在1MHz以下的频率。双差分对模拟乘法器MC1496/1596的差值输出电流为 MC1595是差值输出电流为 式中，错误！未找到引用源。为乘法器的乘法系数。 MC1496/1596使用时，VT 1至VT 6 的基极均需外加偏置电压。 实验电路 四、实验步骤
检查电路无误后接通电源，完成如下操作： 1、 当本振信号的频率为43 .4=L f MHz 、振幅为5 .0≤-p p V V ，输入信号的频率 为4 =C f MHz ，振幅为50 ≤-p p V mV 时，观察并测绘输入输出信号波形，记 录I L C f f f 、、。 2、当本振信号的频率为43.4=L f MHz 、振幅为5.0≤-p p V V ，输入信号的振幅为 50 ≤-p p V mV 时，改变输入信号频率C f （在3.9-4.1MHz 之间，每隔200kHz 测量 一次），测量输出信号的频率和幅度，记录在表格中，并由此计算带通滤波器的 通频带宽度。 f c 3.9MHz 4.0MHz 4.1MHz f 4.43 MHz 4.43 MHz 4.43 MHz v 500mV 500mV 500mV 3、保持两输入信号的频率及本振信号幅度不变，改变输入信号振幅V sm （峰峰值在40-100mV 之间变化）的大小，逐渐测量输入V sm 和中频输出V im 。将测量及计算结果填入表格中，并完成下列任务： ①计算混频增益A vc 。将混频电压增益A vc 定义为变频器中频输出电压幅值与输入信号幅值之比，以分贝表示为sm vc V V A Im lg 20= ②作出V sm 和V im 的关系曲线 V sm 40 mV 60 mV 80 mV 100mV V im 60mV 85mV 100mV 120mV 五、思考题
6.2 8位乘法器的设计 1.实验目的 （1）熟悉isEXPERT/MAX+plusisEXPERT/MAX+plus II/Foudation Series 软件的基本使用方法。 （2）熟悉GW48-CK EDA实验开发系统的基本使用方法。 （3）学习VHDL基本逻辑电路的综合设计。 2．实验内容 设计并调试好由8位加法器构成的以时序逻辑方式设计的8位乘法器。此乘法器通过判断被乘数的位值为1还是零，并通过乘数的左移与上一次和相加的方法，实现了8位乘法的运算，并用GW48-CK EDA实验开发系统进行硬件验证。 3.实验条件 （1）开发设备：Lattice ispEXPERT。 （2）实验设备：GW48-CK EDA实验开发系统。 （3）拟用芯片：ispLSI1032E PLCC-84或EPF10K10LC84-3或XCS05/XL PLCC84以及运算控制电路和外部时钟。 4.实验设计 1）系统的原理框图
2）VHDL源程序 （1）选通与门模块的源程序ANDARITH.VHD LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY ANDARITH IS PORT(ABIN: IN STD_LOGIC; DIN: IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); DOUT: OUT STD_LOGIC_vector(7 DOWNTO 0)); END ENTITY ANDARITH; ARCHITECTURE ART OF ANDARITH IS BEGIN PROCESS(ABIN,DIN)IS BEGIN FOR I IN 0 TO 7 LOOP DOUT(I)<=DIN(I)AND ABIN; END LOOP; END PROCESS; END ARCHITECTURE ART; (2)16位锁存器的源程序REG16B.VHD LIBRARY IEEE;
模拟乘法器调幅(AＭ、ＤＳB、SSB）实验报告
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实验十二模拟乘法器调幅(AM、DSB、SＳB） 一、实验目的 １．掌握用集成模拟乘法器实现全载波调幅。抑止载波双边带调幅和单边带调幅的方法。 2.研究已调波与调制信号以及载波信号的关系。 3．掌握调幅系数的测量与计算方法。 4.通过实验对比全载波调幅、抑止载波双边带调幅和单边带调幅的波形。 5．了解模拟乘法器(ＭC1４96）的工作原理，掌握调整与测量其特性参数的方法。 二、实验内容 1．调测模拟乘法器MC１496正常工作时的静态值。 2．实现全载波调幅，改变调幅度，观察波形变化并计算调幅度。 3.实现抑止载波的双边带调幅波。 4．实现单边带调幅。 三、实验原理 幅度调制就是载波的振幅（包络）随调制信号的参数变化而变化。本实验中载波是由晶体振荡产生的4６５ＫHz高频信号,1ＫHz的低频信号为调制信号。振幅调制器即为产生调幅信号的装置。 1.集成模拟乘法器的内部结构 集成模拟乘法器是完成两个模拟量(电压或电流）相乘的电子器件。在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分离器件如二极管和三极管要简单得多，而且性能优越。所以目前无线通信、广播电视等方面应用较多。集成模拟乘法器常见产品有BG314、Ｆ15９６、MC14９5、MC１496、LM１595、LM1596等。 (1)MC1496的内部结构 在本实验中采用集成模拟乘法器MＣ１496来完成调幅作用。MC１49６是四象限模拟乘法器。其内部电路图和引脚图如图12-1所示。其中V1、V２与V3、V4组成双差分放大器，以反极性方 式相连接，而且两组差分对的恒流源V５与Ｖ6又组成一对差分电路,因此恒流源的控制电压可 图1２-1 ＭC1４96的内部电路及引脚图 正可负，以此实现了四象限工作。Ｖ7、V8为差分放大器V５与V6的恒流源。 (2）静态工作点的设定 1)静态偏置电压的设置
实验十二模拟乘法器调幅（AM、DSB、SSB） 一、实验目的 1．掌握用集成模拟乘法器实现全载波调幅。抑止载波双边带调幅和单边带调幅的方法。 2．研究已调波与调制信号以及载波信号的关系。 3．掌握调幅系数的测量与计算方法。 4．通过实验对比全载波调幅、抑止载波双边带调幅和单边带调幅的波形。 5．了解模拟乘法器（MC1496）的工作原理，掌握调整与测量其特性参数的方法。 二、实验内容 1．调测模拟乘法器MC1496正常工作时的静态值。 2．实现全载波调幅，改变调幅度，观察波形变化并计算调幅度。 3．实现抑止载波的双边带调幅波。 4．实现单边带调幅。 三、实验原理 幅度调制就是载波的振幅（包络）随调制信号的参数变化而变化。本实验中载波是由晶体振荡产生的465KHz高频信号，1KHz的低频信号为调制信号。振幅调制器即为产生调幅信号的装置。 1.集成模拟乘法器的内部结构 集成模拟乘法器是完成两个模拟量（电压或电流）相乘的电子器件。在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分离器件如二极管和三极管要简单得多，而且性能优越。所以目前无线通信、广播电视等方面应用较多。集成模拟乘法器常见产品有BG314、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等。 （1）MC1496的内部结构 在本实验中采用集成模拟乘法器MC1496来完成调幅作用。MC1496是四象限模拟乘法器。其内部电路图和引脚图如图12-1所示。其中V1、V2与V3、V4组成双差分放大器，以反极性方 式相连接，而且两组差分对的恒流源V5与V6又组成一对差分电路，因此恒流源的控制电压可 图12-1 MC1496的内部电路及引脚图 正可负，以此实现了四象限工作。V7、V8为差分放大器V5与V6的恒流源。 （2）静态工作点的设定 1）静态偏置电压的设置
实验三---集成乘法器幅度调制实验
高频实验报告实验名称：集成乘法器幅度调制实验 南京理工大学紫金学院电光系一、实验目的
a) 通过实验了解集成乘法器幅度调制的工作原理，验证普通调幅波（AM ） 和抑制载波双边带调幅波（AM SC DSB -/）的相关理论。 b) 掌握用集成模拟乘法器MC1496实现AM 和DSB-SC 的方法，并研究调制信 号、载波信号与已调波之间的关系。 c) 掌握在示波器上测量与调整调幅波特性的方法。 二、实验基本原理与电路 1.调幅信号的原理 (一) 普通调幅波（AM ）（表达式、波形、频谱、功率） (1)．普通调幅波（AM ）的表达式、波形 设调制信号为单一频率的余弦波： t U u m Ω=ΩΩcos ,载波信号为 ： t U u c cm c ωcos = 普通调幅波（AM ）的表达式为AM u =t t U c AM ωcos )()cos 1(t m U a cm Ω+=t c ωcos 式中， a m 称为调幅系数或调幅度。 由于调幅系数a m 与调制电压的振幅成正比，即 m U Ω越大， a m 越大，调幅波 幅度变化越大， 一般 a m 小于或等于1。如果 a m >1，调幅波产生失真，这种情况称为过调幅。 未调制状态调制状态 m a Ucm ω0 Ω 图3-1 调幅波的波形 （2）. 普通调幅波（AM ）的频谱 普通调幅波（AM ）的表达式展开得： t U m t U m t U u c cm a c cm a c cm AM )cos(2 1 )cos(21cos Ω-+Ω++ =ωωω 它由三个高频分量组成。将这三个频率分量用图画出，便可得到图
第6章 集成模拟乘法器及其应用 6.1集成模拟乘法器 教学要求： 1.掌握集成模拟乘法器的基本工作原理； 2.理解变跨导模拟乘法器的基本原理； 3.了解单片集成模拟乘法器的外部管脚排列及外接电路特点。 一、集成模拟乘法器的工作原理 （一）模拟乘法器的基本特性 模拟乘法器是实现两个模拟量相乘功能的器件，理想乘法器的输出电压与同一时刻两个输入电压瞬时值的乘积成正比，而且输入电压的波形、幅度、极性和频率可以是任意的。其符号如下图所示，K 为乘法器的增益系数。 1.模拟乘法器的类型 理想乘法器—对输入电压没有限制， u x = 0 或 u y = 0 时，u O = 0，输入电压的波形、幅度、极性和频率可以是任意的 。 实际乘法器—u x = 0 ， u y = 0 时，u O 1 0，此时的输出电压称为输出输出失调电压。u x = 0，u y 1 0 （或 u y = 0，u x 1 0）时，u O 1 0，这是由于u y （u x ）信号直接流通到输出端而形成的，此时 的输出电压为u y （u x ）的输出馈通电压。 （二）变跨导模拟乘法器的基本工作原理 变跨导模拟乘法器是在带电流源差分放大电路的基础上发展起来的，其基本原理电路如下图所示。
在室温下，K为常数，可见输出电压u O与输入电压u y 、u x的乘积成正比，所以差分放大电路具有乘法功 能。但u y必须为正才能正常工作，故为二象限乘法器。当u Y较小时，相乘结果误差较大，因I C3随u Y而变，其比值为电导量，称变跨导乘法器 . 二、单片集成模拟乘法器 实用变跨导模拟乘法器由两个具有压控电流源的差分电路组成，称为双差分对模拟乘法器，也称为双平衡模拟乘法器。属于这一类的单片集成模拟乘法器有MC1496、MC1595等。MC1496内部电路如下图所示。
运算器部件实验：Booth乘法器 班级：软件工程 一、实验目的 理解并掌握乘法器的原理。 二、实验原理 Booth算法是一种十分有效的计算有符号数乘法的算法。算法的新型之处在于减法也可用于计算乘积。Booth发现加法和减法可以得到同样的结果。因为在当时移位比加法快得多，所以Booth发现了这个算法，Booth算法的关键在于把1分类为开始、中间、结束三种，如下图所示 当然一串0或者1的时候不操作，所以Booth算法可以归类为以下四种情况： Booth算法根据乘数的相邻2位来决定操作，第一步根据相邻2位的4中情况来进行加或减操作，第二部仍然是将积寄存器右移，算法描述如下： （1）根据当前为和其右边的位，做如下操作： 00: 0的中间，无任何操作； 01: 1的结束，将被乘数加到积的左半部分； 10：1的开始，积的左半部分减去被乘数； 11: 1的中间，无任何操作。 （2）将积寄存器右移1位。 因为Booth算法是有符号数的乘法，因此积寄存器移位的时候，为了保留符号位，进行算术右移。同时如果乘数或者被乘数为负数，则其输入为该数的补码，若积为负数，则输出结果同样为该数的补码。
三、实验步骤 （1）打开QuartusII （2）将子板上的JTAG端口和PC机的并行口用下载电缆连接，打开试验台电源。 （3）执行Tools→Programmer命令，将booth_multiplier.sof下载到FPGA 中。 （4）在实验台上通过模式开关选择FPGA-CPU独立调试模式010. （5）将开关CLKSEL拨到0，将短路子DZ3短接且短路子DZ4断开，使FPGA-CPU 所需要的时钟使用正单脉冲时钟。 四、实验现象 五、具体代码实现 端口声明： port ( clk: in std_logic; md : in std_logic_vector(3 downto 0); mr : in std_logic_vector(3 downto 0);
乘法器的布斯算法原理与VERILOG实现
1 乘法器基本原理 乘法器是处理器设计过程中经常要面对的运算部件。一般情况下，乘法可以直接交由综合工具处理或者调用EDA厂商现成的IP，这种方式的好处是快捷和可靠，但也有它的不足之处，比如影响同一设计在不同工具平台之间的可移植性、时序面积可采取的优化手段有限、个性化设计需求无法满足等。所以，熟悉和掌握乘法器的底层实现原理还是有必要的，技多不压身，总有用得上的时候，同时也是一名IC设计工程师扎实基本功的体现。 不采用任何优化算法的乘法过程，可以用我们小学就学过的列竖式乘法来说明。从乘数的低位开始，每次取一位与被乘数相乘，其乘积作为部分积暂存，乘数的全部有效位都乘完后，再将所有部分积根据对应乘数数位的权值错位累加，得到最后的乘积。如下图，左边为十进制乘法过程，基数为10，右图为二进制乘法过程，基数为2。PP0～PP3分别表示每次相乘后的部分积。可见，二进制乘法与十制乘法本质上是没有差别的。 1 2 3 1 2 3 × 3 6 9 2 4 6 1 2 3 + 1 5 1 2 9……3×12 3 PP0 ……2×123 PP1 ……1×123 PP2 1 1 0 1 1 0 0 1 × 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 + 1 1 1 0 1 0 1 ……1×1101 PP0 ……0×1101 PP1 ……0×1101 PP2 ……1×1101 PP3 如果表示成通用形式，则如下图所示（以4位乘法器为例，其它位宽类似） 这样原始的乘法在设计上是可以实现的，但在工程应用上几乎不会采用，在时延与面积上都需要优化。一个N位的乘法运算，需要产生N个部分积，并对它们进行全加处 理，位宽越大，部分积个数越多，需要的加法器也越多，加法器延时也越大，那么针对乘法运算的优化，主要也就集中在两个方面：一是减少部分积的个数，二是减少加法器带来的延时。
模拟乘法调幅（AＭ、ＤＳB） 实验报告 姓名： 学号： 班级： 日期：
模拟乘法调幅（A Ｍ、ＤＳB ）模块4 一、实验目的 1、掌握用集成模拟乘法器实现全载波调幅和抑止载波双边带调幅方法。 2、研究已调波与调制信号以及载波信号的关系。 3、掌握调幅系数的测量与计算方法。 4、通过实验对比全载波调幅、抑止载波双边带调幅波形。 5、了解模拟乘法器（MC1496）的工作原理，掌握调整与测量其特性参数的方法。 6、掌握用集成模拟乘法器构成调幅与检波电路的方法。 二、实验原理 调幅与检波原理简述： 调幅就是用低频调制信号去控制高频振荡（载波）的幅度，使高频振荡的振幅按调制信号的规律变化；而检波则是从调幅波中取出低频信号。 本实验中载波是465KHz 高频信号，10KHz 的低频信号为调制信号。 集成四象限模拟乘法器MC1496简介： 本器件的典型应用包括乘、除、平方、开方、倍频、调制、混频、检波、鉴相、鉴频动态增益控制等。它有两个输入端VX 、VY 和一个输出端VO 。一个理想乘法器的输出为VO=KVXVY ，而实际上输出存在着各种误差，其输出的关系为：VO=K （VX +VXOS ）（VY+VYOS ）+VZOX 。为了得到好的精度，必须消除VXOS 、VYOS 与VZOX 三项失调电压。集成模拟乘法器MC1496是目前常用的平衡调制/解调器，内部电路含有8 个有源晶体管。 MC1496的内部原理图和管脚功能如下图所示： MC1496各引脚功能如下： 1）、SIG+ 信号输入正端 2）、GADJ 增益调节端 3）、GADJ 增益调节端 4）、SIG- 信号输入负端 5）、BIAS 偏置端 6）、OUT+ 正电流输出端 7）、NC 空脚 8）、CAR+ 载波信号输入正端 9）、NC 空脚 10）、CAR- 载波信号输入负端 11）、NC 空脚 12）、OUT- 负电流输出端 13）、NC 空脚 14）、V- 负电源 实验电路说明 用MC1496集成电路构成的调幅器电路如下图所示 14131211109876 54 32 1SIG+GADJ GADJ SIG-BIAS OUT+NC V-NC OUT-NC CAR-NC CAR+ 126 23 14 51 1084
Booth 乘法器实验报告 一、实验目的 1、理解并掌握乘法器的原理。 2、理解并掌握Booth 算法，及其实现方式。 二、实验原理 1、乘法规律 假定是十进制数的各位要么为0要么为1，例如1000*1001 从上面可以得出乘法的基本规律： （1）从右到左用乘数的每一位乘以被乘数，每一次乘得的中间结果比上一次的结果往左移一位。 （2）积的位数比被乘数和乘数的位数要多得多。 （3）若十进制各位限制为0或1，则乘法变成 ①若乘数位为1，则简单的复制被乘数到合适的位置； ②若乘数位是0，则在合适的位置置0。 2、有符号数乘法—Booth 乘法器 （1）1的分类 Booth 算法的关键在于把1分类为开始、中间、结束3种，如下图 Booth 算法1的分类示意图 （2）算法描述 以前乘法器的第一步是根据乘数的最低位来决定是否将被乘数加到中间结果积，而Booth 算法则是根据乘数的相邻两位来决定操作，第一步根据相邻2位的4种情况来进行加或减操作，第二步仍然是将积寄存器右移。算法描述如下： ①根据当前位和其右边的位，作如下操作 00:0的中间，无任何操作； 01:1的结束，将被乘数加到积的左半部分； 1的结束 被乘数 1 0 0 010 乘数 × 1 0 0 110 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 积 1 0 0 1 0 0 010 1的中间 1的开始
10:1的开始，积的左半部分减去被乘数； 11:1的中间，无任何操作。 ②将积寄存器算术右移一位。 对于Booth算法，举例如下：2 10*-3 10 =-6 10 ，或者说是0010 2 *1101 2 =1111 1010 2 。 运算过程见下表。 Booth算法运算过程 1 1：10->积=积-被乘数 2：积右移一位 0010 1110 1101 0 1111 0110 1 2 1：01->积=积+被乘数 2：积右移一位 0010 0001 0110 1 0000 1011 0 3 1：10->积=积-被乘数 2：积右移一位 0010 1110 1011 0 1111 0101 1 4 1：11->nop 2：积右移一位 0010 1111 0101 1 1111 1010 1 三、实验步骤 1、在PC机上完成ISE的安装。 2、完成工程设计。 3、下载。 四、实验现象 1、Modelsim 按照实例给出仿真结果 2、输入输出规则 （1）输入的4位被乘数md3~md0对应四个开关。 （2）输入的4为乘数mr3~mr0对应四个按键。 （3）乘积product的后两位对应LED点。 3、操作细节 Booth算法实验 重复步骤被乘数（md）积（p） 被乘数（-7） 10 乘数是（6） 10 0 初始值1001 0000 0110 0 1 1：10->积=积-被乘数 2：积右移一位1001 0000 0110 0 0000 0011 0 2 1：01->积=积+被乘数 2：积右移一位 1001 0111 0011 0 0011 1001 1 3 1：10->积=积-被乘数 1001 0011 1001 1
随着电子技术的发展，集成模拟乘法器应用也越来越广泛，它不仅应用于模拟量的运算，还广泛应用于通信、测量仪表、自动控制等科学技术领域。用集成模拟乘法器可以构成性能优良的调幅和检波电路，其电路元件参数通常采用器件典型应用参数值。作调幅时，高频信号加到输入端，低频信号加到Y输入端；作解调时，同步信号加到X输入端，已调信号加到Y输入端。调试时，首先检查器件各管脚直流电位应符合要求，其次调节调零电路，使电路达到平衡。集成模拟乘法器是实现两个模拟信号相乘的器件，它广泛用于乘法、除法、乘方和开方等模拟运算，同时也广泛用于信息传输系统作为调幅、解调、混频、鉴相和自动增益控制电路，是一种通用性很强的非线性电子器件，目前已有多种形式、多品种的单片集成电路，同时它也是现代一些专用模拟集成系统中的重要单元。 作调幅时，高频信号加到输入端，低频信号加到Y输入端；作检波时，同步信号加到X输入端，已调信号加到Y输入端。调试时，首先检查器件各管脚直流电位应符合要求，其次调节调零电路，使电路达到平衡。还需注意：（1）Y端 有关，否则输出波输入信号幅度不应超过允许的线性范围，其大小与反馈电阻R Y 形会产生严重失真；（2）X端输入信号可采用小信号（小于26mV）或者大信号（大于260mV），采用大信号可获得较大的调幅或解凋信号输出。信息传输系统中，检波是用以实现电信号远距离传输及信道复用的重要手段。由于低频信号不能实现远距离传输，若将它装载在高频信号上，就可以进行远距离传输，当使用不同频率的高频信号，可以避免各种信号之间的干扰，实现多路复用。 关键词：模拟乘法器，调幅器，检波器，MC1496
第一章、集成模拟乘法器的工作原理 (2) 第一节、模拟乘法器的基本特性 (2) 一、模拟乘法器的类型 (2) 第二节、变跨导模拟乘法器的基本工作原理 (2) 第三节、单片集成模拟乘法器 (3) 第二章、集成模拟乘法器的应用 (4) 第一节、基本运算电路 (4) 一、平方运算 (4) 二、除法运算器 (5) 三、平方根运算 (5) 四、压控增益 (5) 第二节、倍频、混频与鉴相 (6) 一、倍频电路 (6) 二、混频电路 (6) 三、鉴相电路 (6) 第三节、调幅与解调 (7) 一、信息传输的基本概念 (7) 二、调幅原理 (8) 三、采用乘法器实现解调(检波) (10) 第三章、MC1496模拟乘法器构成的振幅器 (10) 第一节、振幅调制的基本概念 (10) 第二节、抑制载波振幅调制 (13) 第三节、有载波振幅调制 (14) 第四章、MC1496模拟乘法器构成的同步检波器 (14) 总结 (18) 参考文献 (18) 附录 (19)
4位二进制乘法器的设计 一、概述 4位二进制乘法器在实际中的应用相当广泛，是一些计算器的基本组成部分，其原理适用于很多计算器和大型计算机，它涉及到时序逻辑电路如何设计、分析和工作等方面。通过此电路更深刻的了解时序逻辑部件的工作原理，从而掌握如何根据需要设计满足要求的各种电路图，解决生活中的实际问题，将所学知识应用于实践中。 根据任务书设计电路主要要求是：绘制出电路的原理图，并且诠释每部分的功能；根据设计的电路图分析所需要元器件种类和个数；根据技术指标制定实验方案，验证所设计的电路；进行实验数据处理和分析。 设计任务技术指标；输入数据：被乘数X（0000~1111）；乘数Y（0000~1111）；输入命令：启动信号S1，高有效。输出数据：乘积C（00000000~11100001）；其乘积可以存贮。 二、方案说明 此方案采用74LS194双向移位寄存器，74LS283加法器和 74LS00、74LS04等门电路。乘法就是反复进行移位和加法，被乘数放入MD寄存器，乘数放入MQ 寄存器，A寄存器中放结果，乘数的位数放在C寄存器中。AC寄存器的初值为0。A寄存器的内容被右移时，最高位移入0，其最低位内容被移入MQ的最高位。C 寄存器右移时，其最高位移入1。若MQ寄存器的最低位（用M(0)来表示）为1时，将被乘数与A寄存器中的内容用全加器相加后，将结果放回A寄存器中保存。若M(0)的值为0，将0与A寄存器的内容相加，将其结果再存入A寄存器。接着，将A、MQ、C寄存器的内容右移1位。将此动作反复进行乘数位数那么多遍。此乘法电路通过同步电路操作，运算与时钟脉冲同步进行。 从以上方案中可知，方案设有信号发生电路，数据输入电路，移位寄存电路，加法电路和运算结束判断电路和启动电路。各部分功能明确且之间的联系容易理解，所以采用这种方案。 原理框图如图1所示。
64位乘法器实验报告 64位乘法器设计实验是我在科大的第一个课程设计，verilog程序的熟练掌握对于微电 子专业的学生来讲是非常必要的，对于此次设计我也花费了很长时间。 本设计分为3个部分，即控制和（1）状态选择部分，（2）乘法器部分，（3）加法器部 分。以下我将按此顺序进行说明。需要指出的是，在实际设计中的顺序恰好是颠倒的，这 与设计思路有关，在刚开始的时候由于对整体没有一个很好的把握就先选择最简单的一部分 几加法器开始入手，然后就是乘法器，最后作乐一个状态控制电路将两部分联系起来。 状态选择部分设计： 本电路状态选择部分设计比较简单，只有一个控制信号sel来控制电路的工作状态，我 选定的状态是：sel为00的时候做加法，sel为01时做减法，sel为10时做乘法。从节省功 耗的角度出发，当电路处于加法状态的时候，乘法器最好是能够不工作，反之也一样在乘法 器工作时要求加法器也处于不工作状态。我在设计中在两个电路块的输入上都加了一个二选 一开关，使不处于工作状态的电路块的输入始终为0，可是使电路减少由动态翻转产生的功 耗。 加法器的设计： 为了能更好地掌握加法器的设计过程，本部分采用门级描述语言，本加法器采用 流水线的设计方案。实际上该部分是不需要流水，因为乘法器是本电路的关键路径，即使乘 法器采用流水线的设计方案延迟也肯定比加法器要大。为了能够掌握流水线设计，加法器也 采用了流水线来实现。加法器的整体结构见附图（1），有超前进位产生电路，和超前进位电 路来实现。 超前进位产生电路是对两个64位输入按位进行异或和与从而产生超前进位电路的 输入信号P，Q。教材上在此处也产生了部分和结果S，但我认为在此处产生结果不妥，因 为要产生部分和结果必须有上一级的进位信号，对于本加法器进位信号将在下一步才产生。 所以我将作后结果的产生放在了最后一拍来完成将P与产生的进位信号按位异或即可得到 最后结果。但要注意P与进位信号CP产生的时间是不一致的，所以P信号要送到寄存器中 等待一拍。以与CP信号保持时序上的一致。 毋庸置疑64位加法器的设计肯定要采用超前进位电路来实现。考虑到一般的与门或或 门的扇入不大于4的原则，我对超前进位电路采取每4组一个超前进位块，同时分层超前进 位来实现。这样做的好处是能降低每个超前进位块的设计复杂程度，实现电路在性能和复杂 性之间的一个优化。电路超前进位部分的总体结构见附图（2）。超前进位按设计要求是产生 除最高进位之外的所有进位信号。同时最高位的进位信号是由一个额外的组合电路来实现。 CP[63]=G[63]|(P[63] & G[62])|(P[63] & P[62] & G[61])|(P[63]&P[62]&P[61]&G[60])|(P[63]&P[62]&P[61]&P[60]&G[59]); 在所有进位信号产生之后加法器的输出就是： sum[64:0]<={CP[63],(P_sec[63:0]^{CP[62:0],sel[0]})}; sel[0]下面将对此做出解释。我设定sel信号为01时做减法，sel为00时做加法。减法 电路设计比较简单只要在sel为0是将输入信号Y取反再加1即可。为了减法不增加额外的
模拟乘法器及其应用 学院：信息工程 专业班级：电信1206 姓名：李嘉辛 学号： 0121209310603
摘要 模拟乘法器是一种普遍应用的非线性模拟集成电路。模拟乘法器能实现两个互不相关的模拟信号间的相乘功能。它不仅应用于模拟运算方面，而且广泛地应用于无线电广播、电视、通信、测量仪表、医疗仪器以及控制系统，进行模拟信号的变换及处理。在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分立器件如二极管和三极管要简单的多，而且性能优越。 Analog multiplier is a kind of widely used nonlinear analog integrated circuits.Analog multiplier can be achieved between two unrelated analog multiplication function.It is not only applied in the simulation operation aspect, and widely used in radio, television, communications, measuring instruments, medical equipment and control system, the analog signal conversion and processing.In the high frequency electronic circuit, amplitude modulation, synchronous detection, mixing, frequency doubling, frequency, modulation and demodulation process, the same as can be seen as two signal multiplication or contain multiplication process.The function is realized by using integrated analog multiplier than using discrete components such as diodes and transistors are much more simple, and superior performance.
实验报告 实验题目：乘法器姓名：闫盼蛟学号：2009432017 一．实验目的 理解并掌握乘法器的原理 二．实验原理 1.有符号数乘法——Booth乘法器 Booth算法是一个更有效的计算有符号数乘法的算法，算法的新颖之处在于减法也可以用于计算乘积。假定2（10）×6（10），或者说0010B×0110B： Booth发现加法和减法可以得到同样的结果。Booth算法的关键在于把1分类为开始、中间、结束3种。如图： 1的结束1的中间1的开始 当然一串0的时候加法减法都不做。因此，总结1的分类情况有4种。如下表： Booth算法是根据乘数的相邻2位来决定操作，第一步根据相邻2为的4中情况来进行加或减操作，第二步仍然是将积寄存器右移。算法描述如下： （1）根据当前位和其右边的位，做如下操作。 00:0的中间，无任何操作 01:1的结束，将被乘数加到积的左半部分 10:1的开始，积的左半部分减去被乘数 11:1的中间，无任何操作 （2）将积寄存器右移一位。 需要注意的是，因为Booth乘法器实有符号数的乘法，因此积寄存器移位的时候，为了保留符号位，进行算术右移，不像前面的算法逻辑右移就可以了。 三．实验代码 LIBRARY IEEE;
USE IEEE.Std_logic_1164.ALL; ENTITY booth_multiplier IS GENERIC(k : POSITIVE := 3); --input number word length less one PORT( multiplicand : IN BIT_VECTOR(k DOWNTO 0); multiplier : IN BIT_VECTOR(k DOWNTO 0); clock : IN BIT; product : INOUT BIT_VECTOR((2*k + 2) DOWNTO 0); final : OUT BIT ); END booth_multiplier; ARCHITECTURE structural OF booth_multiplier IS SIGNAL mdreg : BIT_VECTOR(k DOWNTO 0); SIGNAL adderout : BIT_VECTOR(k DOWNTO 0); SIGNAL carries : BIT_VECTOR(k DOWNTO 0); SIGNAL augend : BIT_VECTOR(k DOWNTO 0); SIGNAL tcbuffout : BIT_VECTOR(k DOWNTO 0); SIGNAL adder_ovfl : BIT; SIGNAL comp : BIT; SIGNAL clr_md : BIT; SIGNAL load_md : BIT; SIGNAL clr_pp : BIT; SIGNAL load_pp : BIT; SIGNAL shift_pp : BIT; SIGNAL boostate : NATURAL RANGE 0 TO 2*(k + 1) :=0; BEGIN PROCESS --main clocked process containing all sequential elements BEGIN W AIT UNTIL (clock'EVENT AND clock = '1'); --register to hold multiplicand during multiplication IF clr_md = '1' THEN mdreg <= (OTHERS => '0'); ELSIF load_md = '1' THEN mdreg <= multiplicand; ELSE mdreg <= mdreg; END IF; --register/shifter accumulates partial product values IF clr_pp = '1' THEN