如何創(chuàng)建一個簡單的模擬乘法器

在某些應(yīng)用中，測量輸送到負(fù)載的功率（電壓和電流）比簡單地使用傳統(tǒng)的電流檢測放大器測量電流更重要。特別是，負(fù)載功率測量可在電池供電設(shè)備等應(yīng)用中實現(xiàn)精確的電源管理，這些應(yīng)用可由電池或交流適配器供電。本應(yīng)用筆記介紹了如何創(chuàng)建一個簡單的模擬乘法器（來自MAX4210D/E/F），該乘法器能夠乘以0至1V的兩個輸入信號，從而確保精確的負(fù)載功率測量。

負(fù)載功率測量的重要性

測量負(fù)載功率在筆記本電腦等應(yīng)用中非常重要，在這些應(yīng)用中，整個電路（負(fù)載）由鋰離子（Li-ion，Li+）電池組或用于為電池本身充電的交流適配器供電。由于每個電壓源的電源電壓不同，因此負(fù)載中的電流也不同。在典型情況下，交流適配器可以提供16V，而電池組可以由三個鋰離子電池組成，充滿電時提供約12.6V的電源電壓，接近使用壽命時提供約9V的電源電壓。

為了準(zhǔn)確管理電路的功率，僅僅測量負(fù)載中的電流是不夠的，因為這不能提供有關(guān)所提供電壓源類型的信息。此外，一些便攜式應(yīng)用在微控制器的可用引腳方面可能會受到限制，因此需要直接進(jìn)行功率測量，而不是分別測量電流和電壓，然后在固件中將兩者相乘。

使用MAX4210D/E/F構(gòu)建通用的0至1V模擬乘法器

MAX4210D/MAX4210E/MAX4210F為高邊電流和功率監(jiān)測器，具有內(nèi)部真正的模擬乘法器。這些器件可以直接將電池電流乘以 0 至 1V 的輸入電壓。但是，如果需要在兩個0至1V信號之間進(jìn)行通用乘法，則輸入共模電壓限制（最小值為4.5V）會阻止使用它們。

圖1所示為MAX4210D/E/F如何與運算放大器（如MAX4477）和n溝道MOSFET配合使用，構(gòu)建0至1V模擬乘法器。該電路可以將兩個獨立的輸入電壓相乘，每個輸入電壓最高可達(dá)1V。

圖1.采用MAX4210D/E/F和MAX4477的通用1V模擬乘法器。

在本應(yīng)用筆記中，我們將以MAX4210E為例;但請注意，MAX4210D和MAX4210F也可用于構(gòu)建通用模擬乘法器。

在圖1電路中，電壓輸入V1由運算放大器、MOSFET和電阻R1轉(zhuǎn)換為電流;然后電阻R2將其轉(zhuǎn)換為較小的電壓。較小的電壓施加于MAX4210E的差分輸入端。MAX4210E的最大輸入檢測電壓為150mV。應(yīng)相應(yīng)地選擇 R1 和 R2 值;具體來說，R1 = 1kΩ，R2 = 150Ω。電源 V抄送整個電路為5V。MAX4210E的增益為25V/V。因此，滿量程輸出值為3.75V。

選擇運算放大器時，其輸入共模電壓范圍應(yīng)包括地，并且精度優(yōu)于MAX4210E。在25°C時，MAX4210E的總輸出誤差在滿量程輸出（FSO）范圍的±1.5%以內(nèi)。MAX4477在pA區(qū)域具有超低偏置電流，輸入電壓失調(diào)在350μV以內(nèi)，CMRR至少為90dB;因此，與MAX4210E相比，其誤差貢獻(xiàn)可以忽略不計。

圖2顯示了第一組測量結(jié)果的圖表，其中輸入V2保持恒定至0.9V，輸入V1以100mV的增量從0擺動至1V。

圖2.V外與V1相比，V2 = 0.9V。

計算出的增益誤差為0.8%，總輸出誤差為FSO的0.6%。增益誤差計算為測量曲線和理想曲線斜率相對于理想曲線斜率之差（以百分比表示）。每個斜率由線性假設(shè)的兩點測量確定。總輸出誤差是測量曲線和理想曲線相對于FSO值3.75V的最大差值，以百分比表示。

圖3顯示了第二組測量值的圖表，其中輸入V1保持恒定至0.9V，輸入V2以100mV的增量從0擺動至1V。計算的增益誤差為0.81%，總輸出誤差為FSO的0.58%。

圖3.V外與V2相比，V1 = 0.9V。

兩組測量的增益誤差和總輸出誤差均在MAX4210的規(guī)格范圍內(nèi)。

結(jié)論

為了實現(xiàn)精確的電源管理，一些應(yīng)用需要負(fù)載功率監(jiān)控，而不僅僅是負(fù)載電流監(jiān)控。MAX4210D/E/F能夠監(jiān)測負(fù)載電流和源極電壓，非常適合電池供電應(yīng)用，電源電壓可由電池組或AC適配器提供。本應(yīng)用筆記中的電路使用MAX4210D/E/F構(gòu)建通用模擬乘法器，能夠?qū)蓚€0至1V信號相乘，以確保精確的電源管理。

審核編輯：郭婷