【導讀】MPY634是一款寬帶寬、高精度、四象限模擬乘法器。其精確的激光微調特性使其易于在各種應用中使用。它的差分X，Y和Z輸入使其在保持高精度的同時(shí)可以進(jìn)行乘法、除法、開(kāi)方等多種運算。精確的內部電壓參考可精確設置比例因數。
本文對MPY634應用中需要注意的比例因數設置以及輸入信號幅值問(wèn)題進(jìn)行了分析，然后介紹了兩種基于MPY634的有效值電路實(shí)現方法并對這兩種方法進(jìn)行了對比分析。
圖1 MPY634簡(jiǎn)化內部結構圖
在實(shí)際應用中，MPY634會(huì )面臨兩大問(wèn)題：
● 比例因數SF的設置：
MPY634芯片默認的比例因數SF值為10，不論任何運算，涉及比例因數SF時(shí)，只需將SF引腳懸空，即可在運算中將SF值代入為10進(jìn)行計算（注：該引腳實(shí)際測試電壓值為-13V，并不是10V）。
根據規格書(shū)說(shuō)明，可以通過(guò)在SF引腳和-Vs引腳中間串接電阻的方法改變SF值，但該實(shí)際電阻值與計算電阻值會(huì )有25%的偏差，即如有改變SF的需求，應先將可變電阻器設置為計算所得電阻值，再進(jìn)行調節來(lái)達到所需SF值。
● 輸入信號幅值問(wèn)題：
MPY634的輸入偏移電壓、輸出偏移電壓的典型值分別為25mV和50mV，對于帶有除以SF值操作的部分運算，應注意輸入信號幅值問(wèn)題，以避免輸入、輸出電壓偏移引入的誤差。
為保證應用誤差在規格書(shū)標定的2%誤差之內，應保證輸入信號大于0.8V。
對MPY634應用中的兩大問(wèn)題簡(jiǎn)要分析之后，本文介紹兩種利用MPY634搭建有效值電路的方法。
有效值又稱(chēng)“方均根值”，從能量的角度來(lái)看，一個(gè)周期內交流信號通過(guò)電阻產(chǎn)生的熱量與直流信號通過(guò)該電阻在同樣時(shí)間內產(chǎn)生的熱量相等，此直流信號的大小就是該交流信號的有效值；從數學(xué)的角度來(lái)看，交流信號有效值的計算分為三步，信號求平方、求平均值，然后對該平均值求取平方根。
第一種方法如圖2所示。兩顆MPY634 均配置為乘法器模式。電路的輸入信號首先由第一個(gè)乘法器求平方，然后采用適當的RC均值濾波器取平均值，再通過(guò)反饋回路中的第二個(gè)乘法器求取其平方根。
圖2 MPY634均配置為乘法器的有效值電路
如圖所示為輸入信號為10V時(shí)的有效值電路仿真結果。
圖3 MPY634均配置為乘法器時(shí)的有效值電路仿真結果
該方法在使用過(guò)程中有以下注意事項：
● RC均值濾波器的選擇：取平均值的時(shí)間必須足夠長(cháng)，以便能在所需的最低工作頻率進(jìn)行濾波，例如輸入信號頻率為1kHz時(shí)，可設置RC濾波器剪切頻率為1Hz。
● 輸入信號幅度的要求：乘法器配置下最少也有兩輸入信號進(jìn)行相乘，且第二顆MPY634的輸入信號經(jīng)過(guò)第一顆除以10之后再進(jìn)行計算，MPY634本身的輸入、輸出失調電壓會(huì )造成一定的計算誤差，故該方法適用于輸入信號大于5V的應用場(chǎng)景。
● 運算放大器的選擇：應選擇輸入失調電壓小的運算放大器以保證計算的精度。
第二種方法如圖4所示。兩顆MPY634 2分別配置為乘法器模式和開(kāi)平方計算模式。電路的輸入信號首先由乘法器求平方，然后采用適當的RC均值濾波器取平均值，最后通過(guò)開(kāi)平方配置求取其平方根。
圖4 MPY634分別配置為乘法器和開(kāi)平方的有效值電路
如圖所示為輸入信號為2V時(shí)的有效值電路仿真結果。
圖5 MPY634分別配置為乘法器和開(kāi)平方時(shí)的有效值電路仿真結果
這種配置方式與圖2 配置方式相比具有以下優(yōu)勢：
● 成本方面：節省一個(gè)運算放大器。
● 輸入信號幅度方面：第二顆MPY634配置為開(kāi)平方計算，由圖6開(kāi)平方計算典型電路可知，當Z1和X2引腳接地時(shí)，該配置方式僅有一輸入信號，盡量避免了輸入失調帶來(lái)的誤差。故該配置方式適用輸入范圍較廣，輸入信號大于1V的應用場(chǎng)景均可采用該方法。
圖6 MPY634配置為開(kāi)平方計算的典型電路
結論：兩種方法均可實(shí)現有效值功能，第二種方法相比第一種方法適用輸入范圍更廣且成本更低，但第二種方法使用過(guò)程中應注意第二片MPY634的輸入應保證為正，否則將難以進(jìn)行開(kāi)方運算。
來(lái)源：TI
作者：Brian Li
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