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基于MPY634的有效值電路設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間:2023-01-30 來(lái)源:TI 責(zé)任編輯:wenwei

【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(shí)可以進(jìn)行乘法、除法、開(kāi)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(duì)MPY634應(yīng)用中需要注意的比例因數(shù)設(shè)置以及輸入信號(hào)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(xiàn)方法并對(duì)這兩種方法進(jìn)行了對(duì)比分析。


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圖1 MPY634簡(jiǎn)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖


在實(shí)際應(yīng)用中,MPY634會(huì)面臨兩大問(wèn)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(shí),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(jì)算(注:該引腳實(shí)際測(cè)試電壓值為-13V,并不是10V)。


根據(jù)規(guī)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(jì)算電阻值會(huì)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(jì)算所得電阻值,再進(jìn)行調(diào)節(jié)來(lái)達(dá)到所需SF值。


●   輸入信號(hào)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(duì)于帶有除以SF值操作的部分運(yùn)算,應(yīng)注意輸入信號(hào)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(yīng)用誤差在規(guī)格書(shū)標(biāo)定的2%誤差之內(nèi),應(yīng)保證輸入信號(hào)大于0.8V。


對(duì)MPY634應(yīng)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“方均根值”,從能量的角度來(lái)看,一個(gè)周期內(nèi)交流信號(hào)通過(guò)電阻產(chǎn)生的熱量與直流信號(hào)通過(guò)該電阻在同樣時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等,此直流信號(hào)的大小就是該交流信號(hào)的有效值;從數(shù)學(xué)的角度來(lái)看,交流信號(hào)有效值的計(jì)算分為三步,信號(hào)求平方、求平均值,然后對(duì)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(hào)首先由第一個(gè)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(guò)反饋回路中的第二個(gè)乘法器求取其平方根。


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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(hào)為10V時(shí)的有效值電路仿真結(jié)果。


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圖3 MPY634均配置為乘法器時(shí)的有效值電路仿真結(jié)果


該方法在使用過(guò)程中有以下注意事項(xiàng):


●   RC均值濾波器的選擇:取平均值的時(shí)間必須足夠長(zhǎng),以便能在所需的最低工作頻率進(jìn)行濾波,例如輸入信號(hào)頻率為1kHz時(shí),可設(shè)置RC濾波器剪切頻率為1Hz。

●   輸入信號(hào)幅度的要求:乘法器配置下最少也有兩輸入信號(hào)進(jìn)行相乘,且第二顆MPY634的輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)第一顆除以10之后再進(jìn)行計(jì)算,MPY634本身的輸入、輸出失調(diào)電壓會(huì)造成一定的計(jì)算誤差,故該方法適用于輸入信號(hào)大于5V的應(yīng)用場(chǎng)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(jì)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(jì)算模式。電路的輸入信號(hào)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(guò)開(kāi)平方配置求取其平方根。


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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(hào)為2V時(shí)的有效值電路仿真結(jié)果。


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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(jié)果


這種配置方式與圖2 配置方式相比具有以下優(yōu)勢(shì):


●   成本方面:節(jié)省一個(gè)運(yùn)算放大器。

●   輸入信號(hào)幅度方面:第二顆MPY634配置為開(kāi)平方計(jì)算,由圖6開(kāi)平方計(jì)算典型電路可知,當(dāng)Z1和X2引腳接地時(shí),該配置方式僅有一輸入信號(hào),盡量避免了輸入失調(diào)帶來(lái)的誤差。故該配置方式適用輸入范圍較廣,輸入信號(hào)大于1V的應(yīng)用場(chǎng)景均可采用該方法。

 

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圖6 MPY634配置為開(kāi)平方計(jì)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(guò)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(kāi)方運(yùn)算。


來(lái)源:TI

作者:Brian Li



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