【導(dǎo)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(diào)特性使其易于在各種應(yīng)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可以進(jìn)行乘法、除法、開方等多種運(yùn)算。精確的內(nèi)部電壓參考可精確設(shè)置比例因數(shù)。
本文對MPY634應(yīng)用中需要注意的比例因數(shù)設(shè)置以及輸入信號幅值問題進(jìn)行了分析，然后介紹了兩種基于MPY634的有效值電路實(shí)現(xiàn)方法并對這兩種方法進(jìn)行了對比分析。
圖1 MPY634簡化內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
在實(shí)際應(yīng)用中，MPY634會面臨兩大問題：
● 比例因數(shù)SF的設(shè)置：
MPY634芯片默認(rèn)的比例因數(shù)SF值為10，不論任何運(yùn)算，涉及比例因數(shù)SF時，只需將SF引腳懸空，即可在運(yùn)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(jù)規(guī)格書說明，可以通過在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有25%的偏差，即如有改變SF的需求，應(yīng)先將可變電阻器設(shè)置為計算所得電阻值，再進(jìn)行調(diào)節(jié)來達(dá)到所需SF值。
● 輸入信號幅值問題：
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(yùn)算，應(yīng)注意輸入信號幅值問題，以避免輸入、輸出電壓偏移引入的誤差。
為保證應(yīng)用誤差在規(guī)格書標(biāo)定的2%誤差之內(nèi)，應(yīng)保證輸入信號大于0.8V。
對MPY634應(yīng)用中的兩大問題簡要分析之后，本文介紹兩種利用MPY634搭建有效值電路的方法。
有效值又稱“方均根值”，從能量的角度來看，一個周期內(nèi)交流信號通過電阻產(chǎn)生的熱量與直流信號通過該電阻在同樣時間內(nèi)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(shù)學(xué)的角度來看，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乘法器求平方，然后采用適當(dāng)?shù)腞C均值濾波器取平均值，再通過反饋回路中的第二個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時的有效值電路仿真結(jié)果。
圖3 MPY634均配置為乘法器時的有效值電路仿真結(jié)果
該方法在使用過程中有以下注意事項：
● RC均值濾波器的選擇：取平均值的時間必須足夠長，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，可設(shè)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)過第一顆除以10之后再進(jìn)行計算，MPY634本身的輸入、輸出失調(diào)電壓會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(yīng)用場景。
● 運(yùn)算放大器的選擇：應(yīng)選擇輸入失調(diào)電壓小的運(yùn)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(dāng)?shù)腞C均值濾波器取平均值，最后通過開平方配置求取其平方根。
圖4 MPY634分別配置為乘法器和開平方的有效值電路
如圖所示為輸入信號為2V時的有效值電路仿真結(jié)果。
圖5 MPY634分別配置為乘法器和開平方時的有效值電路仿真結(jié)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(jié)省一個運(yùn)算放大器。
● 輸入信號幅度方面：第二顆MPY634配置為開平方計算，由圖6開平方計算典型電路可知，當(dāng)Z1和X2引腳接地時，該配置方式僅有一輸入信號，盡量避免了輸入失調(diào)帶來的誤差。故該配置方式適用輸入范圍較廣，輸入信號大于1V的應(yīng)用場景均可采用該方法。
圖6 MPY634配置為開平方計算的典型電路
結(jié)論：兩種方法均可實(shí)現(xiàn)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程中應(yīng)注意第二片MPY634的輸入應(yīng)保證為正，否則將難以進(jìn)行開方運(yùn)算。
來源：TI
作者：Brian Li
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