Гилберт, Барри

Барри Гилберт (англ. Barrie Gilbert, род. в 1937 в Борнмутe) — английский инженер-электронщик, автор более сорока изобретений,^[1] включая ячейку Гилберта (Gilbert cell (англ.)русск.). Основатель транслинейной схемотехники (Translinear circuit (англ.)русск.), Гилберт сформулировал в 1975 году принцип транслинейности.

Биография

Барри Гилберт родился и вырос в Борнмутe, его отец погиб во время второй мировой войны. Согласно автобиографии Гилберта, он увлёкся радилюбительством в возрасте около девяти лет.^[2] В семнадцать лет Гилберт поступил лаборантом в государственный институт обработки сигналов (SRDE (англ.)русск.), участвовал в постройке ранних АЦП и опытах по транзисторизации защищённых систем связи.^[3] До него не сразу дошло, что «прогрессивный» институт работал исключительно на военно-промышленный комплекс.^[3] Пацифист Гилберт ушёл из института, попал под суд за отказ служить и был приговорён к двум годам альтернативной службы санитаром.^[3] В 1958 он поступил техником-электронщиком на Vickers-Armstrongs, в 1959 перешёл на Mullard.^[4] В 1959—1961 годах Гилберт доводил до ума запоминающие осциллографы (первые запоминающие осциллографы Mullard L362, выпущенные на рубеже 1959—1960 гг,^[5] массово выходили из строя из-за отказов германиевых транзисторов^[4]). Публиковался в технических журналах с 1961 года.^[6]

В 1964 Гилберт отправился в США и поступил в исследовательский центр Tektronix в Бивертоне (штат Орегон), в группу разработчиков нового поколения измерительной аппаратуры (будущее семейство приборов Tektronix 7000).^[7] В «свободное» от работы над приборами время Гилберт экспериментировал с «супер-интегрированными» (super-integrated) по тогдашним меркам каскадами непосредственно-связанных транзисторов.^[8] Эти ранние опыты завершились статьёй 1968 года,^[9] в которой Гилберт впервые предложил транслинейный умножитель. По состоянию на 2007, эта статья являлась пятой в списке наиболее цитируемых статей, опубликованных в IEEE Journal of Solid-State Circuits за всю историю журнала.^[10] В 1968—1972 Гилберт и Tektronix запатентовали эту схему^[11], которая стала известна как ячейка Гилберта (Gilbert cell) и по состоянию на 2010 год оставалась практически обязательным компонентом радиоприёмников и сотовых телефонов.^[12]

В 1970 Гилберт вернулся в Европу и разрабатывал микросхемы памяти и средства распознавания символов на Plessey. Отношения с Plessey не сложились («Plessey were hopelessly unsupportive»^[13]), и в 1972 Гилберт перешёл на Analog Devices. В 1972—1975 Гилберт предложил теоретический подход к схемам, подобным ячейке Гилберта, которые он назвал транслинейными (от англ. transconductance, проводимость). Если в обычной схеме обрабатываемая информация закодирована в напряжениях, то в транслинейной схеме информация носителями информации выступают токи, протекающие через непосредственно-связанные эмиттерные переходы биполярных транзисторов. В отличие от традиционных схем, в транслинейных схемах линейны токи, а нелинейны — напряжения (напряжение на p-n переходе пропорционально логарифму тока).^[14]

Транслинейная схема — схема, в которой входные и выходные сигналы выражены токами, а основные функции определяются линейной зависимостью проводимости^[15] от тока. Эта пропорциональность, свойственная некоторым классам электронных приборов,^[16] позволяет выполнять алгебраические преобразования с фундаментальной точностью и независимо от температуры.

Оригинальный текст  (англ.)  

А translinear circuit is one having inputs and outputs in the form of currents and whose primary functions arise from the exploitation of the proportionality of transconductance to current in certain electronic devices so as to result in fundamentally exact, temperature-insensitive algebraic transformations.

^[17]

Токи, протекающие через замкнутые цепи эмиттерных переходов, соотносятся между собой по принципу транслинейности, постулированному Гилбертом в 1975:

Во всякой замкнутой цепи, составленной из любого числа пар прямосмещёных pn-переходов, произведение токов через переходы, ориентированные по направлению обхода кольца, пропорционально произведению токов через переходы, ориентированные в противоположном направлении. Коэффициент пропорциональности зависит исключительно от геометрических размеров элементов, и практически не зависит от изменений температуры и погрешностей производственного процесса.

Оригинальный текст  (англ.)  

For any closed loop comprising any number of pairs of clockwise and counterclockwise forward-biased junctions, the product of currents for the elements in one direction is proportional to the corresponding product in the opposite direction. The factor of proportionality depends solely on the device geometry and is essentially insensitive to process and temperature variations.

^[18]

В 1977 Гилберт вернулся в США и с 1979 года возглавил лабораторию Analog Devices в Бивертоне. В 1997 он вернулся на Tektronix, чтобы (с его слов) вернуть должное своей настоящей alma mater.^[19] В 2000-х годах он продолжал активно разрабатывать схемы для Analog Devices, в том числе семейство усилителей с управляемых коэффициентом усиления для сотовой связи X-Amp (AD8367, совместно с Джоном Каулсом)^[20] и логарифмический оптоэлектронный усилитель с динамическим диапазоном 160 дБ AD8304.^[21]

Гилберт удостоен членства в национальной инженерной академии США (NAE (англ.)русск.)^[22], пожизненного полного членства в IEEE (IEEE Life Fellow) и первого в своём роде титула Analog Devices Fellow. Почётный доктор инженерных наук (Honorary Doctor of Engineering) университета штата Орегон (англ.)русск. с 1997 года.^[23] Включен в десятку «ведущих инженеров-разработчиков аналоговых устройств» по версии EETimes.^[1]

Публикации

• Gilbert, Barrie A precise four-quadrant multiplier with subnanosecond response (англ.) // IEEE Journal of Solid-State Circuits. — 1968. — Т. 3. — № 4. — С. 365-373. — ISSN 0018-9200. — DOI:10.1109/JSSC.1968.1049925
  • Репринт: Gilbert, Barrie A precise four-quadrant multiplier with subnanosecond response (англ.) // IEEE Solid-State Circuits Society News. — 2007. — Т. 12. — № 4. — С. 29-37. — ISSN 1098-4232. — DOI:10.1109/N-SSC.2007.4785651
• Gilbert, Barrie Translinear circuits: A proposed classification (англ.) // IEEE Electronics letters. — 1975. — Т. 11. — № 1. — С. 14-16. — ISSN 0013-5194. — DOI:10.1049/el:19750011
• Gilbert, Barrie A monolithic microsystem for analog synthesis of trigonometric functions and their inverses (англ.) // IEEE Journal of Solid-State Circuits. — 1982. — Т. 17. — № 6. — С. 1179-1191. — ISSN 0018-9200. — DOI:10.1109/JSSC.1982.1051878
• Gilbert, Barrie The Micromixer: a highly linear variant of the Gilbert mixer using a bisymmetric Class-AB input stage e (англ.) // IEEE Journal of Solid-State Circuits. — 1997. — Т. 32. — № 9. — С. 1412-1423. — ISSN 0018-9200. — DOI:10.1109/4.628753
• Gilbert, Barrie The multi-tanh principle: a tutorial overview (англ.) // IEEE Journal of Solid-State Circuits. — 1998. — Т. 33. — № 1. — С. 2-17. — ISSN 0018-9200. — DOI:10.1109/4.654932
• Gilbert, Barrie Design for Manufacture // Trade-Offs in Analog Circuit Design: The Designer's Companion / Editors: Chris Toumazou, George S. Moschytz, Barrie Gilbert. — Springer, 2004. — Vol. 1. — P. 7-74. — 1048 p. — (Trade-offs in Analog Circuit Design). — ISBN 9781402080463
• Gilbert, Barrie Current Mode, Voltage Mode, or Free Mode? A Few Sage Suggestions (англ.) // Analog Integrated Circuits and Signal Processing. — 2004. — Т. 38. — № 2-3. — С. 83-101. — ISSN 0925-1030. — DOI:10.1023/B:ALOG.0000011161.44537.da
• Gilbert, Barrie The Gears of Genius (англ.) // IEEE Solid-State Circuits Society News. — 2007. — Т. 12. — № 4. — С. 10-28. — ISSN 1098-4232. — DOI:10.1109/N-SSC.2007.4785651

Источники

• Cornell Drentea Modern Communications Receiver Design and Technology. — Artech House, 2010. — 454 p. — (Artech House intelligence and information operations series). — ISBN 9781596933095
• Vanessa Knivett ADLE's Top 10 analog engineers (англ.) // EETimes. — 1/5/2009.
  • перевод: Ванесса Ниветт Десять ведущих инженеров - разработчиков аналоговых устройств (Русский) // Новости электроники. — 2009. — № 3. — С. 26-28.
• Shin-Chii Liu Analog VLSI: circuits and principles. — MIT Press, 2002. — 434 p. — (Bradford Books). — ISBN 9780262122559
• Mulder, Jan Dynamic translinear and log-domain circuits: analysis and synthesis. — Kluwer / Springer, 1999. — 273 p. — (Kluwer international series in engineering and computer science). — ISBN 9780792383550
• Gordon W. Roberts, Vincent W. Leung Design and analysis of integrator-based log-domain filter circuits. — Kluwer / Springer, 2000. — 254 p. — (Kluwer international series in engineering and computer science). — ISBN 9780792386995

Примечания

1. ↑ ^{1 2} Ниветт, с. 26.
2. ↑ Gilbert, The Gears of Genius, p. 14.
3. ↑ ^{1 2 3} Gilbert, The Gears of Genius, p. 16.
4. ↑ ^{1 2} Gilbert, The Gears of Genius, p. 17.
5. ↑ Mullard Equipment Ltd. Oscilloscope for high-frequency pulse monitoring (англ.) // Journal of Scientific Instruments. — 1960. — Т. 37. — № 2. — С. 72-. — DOI:10.1088/0950-7671/37/2/417
6. ↑ Gilbert, Barrie Sampling Techniques Applied to High-Speed Pulse Oscillography (англ.) // Mullard Technical Communication. — 1961. — № 48. — С. 317-329..
7. ↑ Gilbert, The Gears of Genius, p. 20.
8. ↑ Gilbert, The Gears of Genius, p. 21.
9. ↑ Gilbert, A precise four-quadrant multiplier with subnanosecond response.}}
10. ↑ Mary Y. Lanzerotti Editor's Column (англ.) // IEEE Solid-State Circuits Society News. — 2007. — Т. 12. — № 4. — С. 2. — ISSN 1098-4232. — DOI:10.1109/N-SSC.2007.4785646
11. ↑ Патент США 3689752, заявка 13 апреля 1970, выдан 5 сентября 1972. История подачи заявки, начиная с отозванной заявки от 29 января 1968, изложена в разделе 1 пояснительной записки к патенту.
12. ↑ Drentea, c. 188.
13. ↑ Gilbert, The Gears of Genius, p. 23.
14. ↑ Описание (определение) транслинейных схем см. например в Roberts and Leung, с. 13-19; Mulder, c. 13-19, Shin-Chii Liu гл. 7).
15. ↑ Речь идёт о дифференциальных (малосигнальных) параметрах.
16. ↑ Биполярный транзистор (и вообще прямо смещённый p-n переход), и МДП-транзистор в обратном включении.
17. ↑ Gilbert, Translinear circuits: A proposed classification, p. 15
18. ↑ Gilbert, Translinear circuits: A proposed classification, p. 16
19. ↑ Gilbert, The Gears of Genius, c. 23.
20. ↑ Eric J. Newman X-Amp,™ A New 45-dB, 500-MHz Variable-Gain Amplifier (VGA) Simplifies Adaptive Receiver Designs (англ.) // Analog Dialogue. — 2002. — Т. 36. — № 01. — С. 1-3.
21. ↑ Eric J. Newman Logarithmic processing applied to network power monitoring (англ.) // National Fiber Optics Engineers Conference. — 2002. — С. 1292-1298.
22. ↑ Mr. Barrie Gilbert. National Academy of Engineering. 2009.
23. ↑ OSU Honorary Doctorate Award. Previous Recipients. Oregon State University.