Mnożnik analogowy

W elektronice mnożnik analogowy to urządzenie, które pobiera dwa sygnały analogowe i wytwarza wyjście, które jest ich iloczynem. Takie obwody można wykorzystać do realizacji powiązanych funkcji, takich jak kwadraty (podanie tego samego sygnału na oba wejścia) i pierwiastki kwadratowe .

Elektroniczny mnożnik analogowy można nazwać kilkoma nazwami, w zależności od funkcji, jaką pełni (patrz zastosowania mnożnika analogowego).

Wzmacniacz sterowany napięciem a mnożnik analogowy

Jeśli jedno wejście mnożnika analogowego jest utrzymywane w stanie ustalonym, sygnał na drugim wejściu będzie skalowany proporcjonalnie do poziomu na wejściu stałym. W takim przypadku mnożnik analogowy można uznać za wzmacniacz sterowany napięciem . Oczywistymi zastosowaniami byłyby elektroniczna regulacja głośności i automatyczna regulacja wzmocnienia (AGC). Chociaż mnożniki analogowe są często używane w takich zastosowaniach, wzmacniacze sterowane napięciem niekoniecznie są prawdziwymi mnożnikami analogowymi. Na przykład układ scalony przeznaczony do stosowania jako regulator głośności może mieć wejście sygnałowe zaprojektowane dla 1 Vp-p oraz wejście sterujące zaprojektowane dla 0-5 V prądu stałego; to znaczy dwa wejścia nie są symetryczne, a wejście sterujące będzie miało ograniczoną szerokość pasma.

Natomiast w przypadku tego, co ogólnie uważa się za prawdziwy mnożnik analogowy, dwa wejścia sygnałowe mają identyczne charakterystyki. Zastosowania specyficzne dla prawdziwego mnożnika analogowego to te, w których oba wejścia są sygnałami, na przykład w mikserze częstotliwości lub obwodzie analogowym w celu wdrożenia dyskretnej transformaty Fouriera . Ze względu na precyzję wymaganą, aby urządzenie było dokładne i liniowe w całym zakresie wejściowym, prawdziwy mnożnik analogowy jest generalnie znacznie droższą częścią niż wzmacniacz sterowany napięciem.

Mnożnik czterokwadrantowy to taki, w którym wejścia i wyjścia mogą wahać się dodatnio lub ujemnie. Wiele mnożników działa tylko w 2 kwadrantach (jedno wejście może mieć tylko jedną polaryzację) lub w jednym kwadrancie (wejścia i wyjścia mają tylko jedną polaryzację, zwykle wszystkie dodatnie).

Analogowe urządzenia powielające

Mnożenie analogowe można osiągnąć za pomocą efektu Halla .

Ogniwo Gilberta jest obwodem, którego prąd wyjściowy jest czterokwadrantowym pomnożeniem jego dwóch różnicowych wejść.

Mnożniki analogowe układów scalonych są wykorzystywane w wielu zastosowaniach, takich jak konwerter prawdziwej wartości skutecznej , ale dostępnych jest wiele bloków konstrukcyjnych mnożnika analogowego ogólnego przeznaczenia , takich jak liniowy mnożnik czterokwadrantowy. Urządzenia ogólnego przeznaczenia zwykle zawierają tłumiki lub wzmacniacze na wejściach lub wyjściach, aby umożliwić skalowanie sygnału w granicach napięcia obwodu.

Chociaż analogowe obwody mnożnikowe są bardzo podobne do wzmacniaczy operacyjnych , są one znacznie bardziej podatne na zakłócenia i problemy związane z napięciem offsetowym, ponieważ błędy te mogą się powielać. W przypadku sygnałów o wysokiej częstotliwości problemy związane z fazą mogą być dość złożone. Z tego powodu produkcja mnożników analogowych ogólnego przeznaczenia o szerokim zakresie jest znacznie trudniejsza niż zwykłych wzmacniaczy operacyjnych, a takie urządzenia są zwykle produkowane przy użyciu specjalistycznych technologii i przycinania laserowego, podobnie jak te używane we wzmacniaczach o wysokiej wydajności, takich jak wzmacniacze instrumentalne . Oznacza to, że mają stosunkowo wysoki koszt i dlatego są zwykle używane tylko w obwodach, w których są niezbędne.

Niektóre powszechnie dostępne układy scalone z mnożnikami analogowymi na rynku to MPY634 firmy Texas Instruments , AD534, AD632 i AD734 firmy Analog Devices , HA-2556 firmy Intersil i wiele innych układów scalonych innych producentów.

Analogowy kontra cyfrowy kompromis w mnożeniu

W większości przypadków funkcje realizowane przez mnożnik analogowy można wykonać lepiej i taniej przy użyciu technik cyfrowego przetwarzania sygnału . Przy niskich częstotliwościach rozwiązanie cyfrowe jest tańsze i bardziej efektywne oraz umożliwia modyfikację funkcji obwodu w oprogramowaniu sprzętowym. Wraz ze wzrostem częstotliwości koszt wdrożenia rozwiązań cyfrowych rośnie znacznie bardziej niż w przypadku rozwiązań analogowych. Wraz z postępem technologii cyfrowej stosowanie mnożników analogowych jest coraz bardziej marginalizowane w kierunku obwodów o wyższej częstotliwości lub bardzo specjalistycznych zastosowań.

Ponadto większość sygnałów jest teraz przeznaczona do digitalizacji prędzej czy później w ścieżce sygnałowej, a jeśli to w ogóle możliwe, funkcje wymagające mnożnika są zwykle przenoszone na stronę cyfrową. Na przykład we wczesnych multimetrach cyfrowych funkcje True RMS były zapewniane przez zewnętrzne obwody mnożnika analogowego. Obecnie (poza pomiarami wysokich częstotliwości) istnieje tendencja do zwiększania częstotliwości próbkowania przetwornika ADC w celu digitalizacji sygnału wejściowego, dzięki czemu procesor cyfrowy może realizować RMS i cały szereg innych funkcji. Jednak ślepa digitalizacja sygnału na jak najwcześniejszej ścieżce sygnału kosztuje nieracjonalne ilości energii ze względu na potrzebę stosowania szybkich przetworników ADC. Znacznie wydajniejsze rozwiązanie polega na analogowym przetwarzaniu wstępnym w celu kondycjonowania sygnału i zmniejszenia jego szerokości pasma, tak aby energia była zużywana na digitalizację tylko pasma zawierającego przydatne informacje.

Ponadto sterowane cyfrowo rezystory umożliwiają mikrokontrolerom realizację wielu funkcji, takich jak regulacja tonów i AGC, bez konieczności bezpośredniego przetwarzania cyfrowego sygnału.

Zastosowania mnożnika analogowego

Dalsza lektura

Zobacz też

  • NE612 , oscylator i mikser multiplikatora ogniw Gilberta.
Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Analog_multiplier&oldid=1054890174 ”