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AD538是一个单片实时计算电路

时间:2019-9-19, 来源:互联网, 文章类别:元器件知识库

一般说明

AD538是一个单片实时计算电路,提供精确的模拟乘法、除法和指数运算。低输入和输出偏置电压以及良好的线性度的结合,在异??淼氖淙攵段谑迪至司芳扑?。激光晶片微调使乘法和除法误差低至读数的0.25%,而典型的100μv或更小的输出偏移增加了总体现成的性能水平。该装置的400khz带宽进一步增强了实时模拟信号处理。

AD538的总传递函数为V=V(V/V)。编程一个特定的功能是通过引脚捆扎。一个象限(正输入)乘法和除法不需要外部组件。两象限(双极分子)分裂是可能的,使用外部电平移动和缩放电阻。两者的所需比例因子。乘法和除法可以使用芯片上的+2v或+10v基准设置,也可以外部控制以提供同时乘法和除法。m值在0.2到5之间的指数运算可以通过添加一个或两个外部电阻来实现。

仅使用芯片的对数比和输出部分就可以直接计算对数比。对多个求和连接的访问进一步增加了AD538的灵活性。最后,在±4.5 V至±18 V的宽电源范围内,允许从标准的±5 V、±12 V和±15 V电源进行操作。

AD538在工业(-25°C至+85°C)温度范围内有两个精度等级(A和B),在军用(-55°C至+125°C)温度范围内有一个精度等级(S)。该设备封装在一个18铅至-118的密封侧钎焊陶瓷浸液中。也提供A级芯片。

AD538操作理论

乘法器/除法器精度的再检验

传统上,模拟乘法器和除法器的精度(实际上是误差)是以满标度的百分比表示的。因此,具有10 V满标度输出的1%倍增误差意味着在其指定输出范围内的任何级别上的最坏情况误差为+100 mV。虽然这种类型的错误规范易于测试、评估和解释,但它可以让用户猜测乘法器在低输出电平下的实际用途,即接近指定错误极限(在这种情况下)100 mV的乘法器。

AD538的误差源不遵循全尺寸方法的百分比,因此它更适合最适合的非常广泛的动态范围应用的需要。作为100:1(100 mV至10 V)输入范围的乘法器或除法器,AD538的误差被指定为两个误差分量之和:读数(理想输出)项的百分比加上固定的输出偏移。按照这种格式,AD538AD作为乘法器或除法器工作,输入小于100 mV,最大误差为读数的±1%?500μV。

两个等级在100:1输入范围内的总误差计算如表4所示。这种误差说明格式是数字电压表的设计者和用户熟悉的格式,其中误差被指定为读数的百分比±仪表读数上的特定数字。

对于在更宽的动态范围(>100:1)上作为乘法器或除法器的操作,ad538具有更详细的错误说明,其是三个分量的总和:读取项的百分比、输出偏移项和v/v对数比部分的输入偏移项。对于V=1 V、V=100 mV和V=10 mV的AD538AD,从表4中提取的本规范的样品应用,最大误差为读数±500μV±(1 V+100 mV)/10 mV×250μV的±2.0%或读数±500μV±27.5 mV的±2.0%。这个例子说明,在非常低的电平输入下,ad538的增量增益(v+v)/v增加,使得输入偏移对误差的贡献很大。

功能描述

如图1和图11所示,v和v输入直接连接到ad538的输入对数比放大器。本小节提供的输出电压与输入电压v的自然对数减去输入电压v的自然对数成比例。b处对数比小节的输出可以用传递函数表示:

式中:k为1.3806×10j/k,q为1.60219×10c,t为kelvins。对数比配置可单独使用,如果温度补偿正确,并缩放到所需的输出电平(见应用信息部分)。

在正常操作下,对数比输出将直接连接到输入c处的第二个功能块antilog分段。此部分根据传输函数执行反日志:

与ad538中包括的对数比电路一样,用户可以自己使用反对数分段。当两个子部分组合时,b处的输出与c相关联,ad538计算单元的传递函数为:

减少到:

最后,通过增加增益,或通过电阻编程衰减对数比分段的输出,可以将v/v的量提高到m功率。没有外部编程,m就是unity。因此,总体ad538传递函数等于:

其中0.2<m<5。当AD538用作模拟除法器时,V输入可用于将V/V比率乘以方便的比例因子。v输入信号的实际乘法是通过将v输入信号的对数加到已经在对数域中的c处的信号来完成的。

稳定性预防措施

在更高的频率下,AD538的多级信号路径可导致较大的相移(如图11所示)。如果沿该路径存在高增量增益的条件(例如,v=v×v/v=10 v×10 mv/10 mv=10 v,使得Δv/Δv=1000),则从v到电流输入i或i的少量电容反馈可导致不稳定。在这种情况下,电路板布局应适当小心,以防止电容反馈机制。

使用电压基准

一个稳定的带隙基准电压标度包含在AD538。它经过激光修整,可提供+10 V缓冲电压输出(引脚4)、+2 V无缓冲电压输出(引脚5)或+2 V和+10.2 V缓冲电压之间的任何电压,如图12所示。引脚5的输出阻抗约为5 kΩ。请注意,此引脚的任何负载都会在+10 V参考电压中产生错误。+2V输出上的外部负载应大于500KΩ,以保持误差小于1%。

在不需要两个参考电平的情况下,+2V输出可以通过将引脚4和引脚5连接在一起转换为缓冲输出。如果同时需要两个引用,则应直接使用+10V输出,+2V输出应外部缓冲。

一象限乘/除

图13显示了AD538如何容易地配置为精度为一象限的乘法器/除法器。传递函数v=v(v/v)允许三个独立的输入变量,这是传统乘法器无法进行的计算。此外,AD538的1000:1(即10毫伏至10伏)输入动态范围大大超过了模拟乘法器计算一象限乘法和除法的范围。

通过简单地将输入端v(引脚15)连接到10v参考端(引脚4),并将b处的对数比输出连接到c处的反对数输入端,ad538可以配置为具有10v标度的单象限模拟乘法器。如果需要2V缩放,可以将V绑定到2V参考。

当输入V与+10 V参考端子相连时,倍增传递函数变为:

作为乘法器,该电路提供400 kHz的典型带宽,其V、V或V值在100:1范围(即100 mV至10 V)内变化。两个输入变量在100 mV至10 V范围内的最大误差通常为读数的+0.5%。使用可选的Z偏移微调方案,如图14所示,该误差可以降低到读数的+0.25%。

通过使用10V基准作为V输入,图13的电路被配置为具有固定比例因子的一个象限分配器。与单象限乘法器一样,输入只接受单(正)极性信号。具有+10 V比例因子的一象限除法器的输出为:

该电路的典型带宽为370khz,分母输入电平为1v至10v。在较低的振幅下,带宽在2 mV输入电平下逐渐减小到约200 kHz。

二象限除法

图14所示的两象限线性分频电路使用与一象限电路相同的基本连接。然而,在这个电路中,分子通过增加分母输入电压在正方向上偏移。偏移方案改变了除法器的传递函数:

只要分母输入的大小等于或大于分子输入的大小,电路就接受双极分子电压。然而,在0 V分子输入条件下,输出将不正确地等于+14 V。通过电阻器R1和R2将10 V参考电压连接到引脚9处输出部分的求和节点I,从而在微调电位器的中心提供1.4的增益,可以消除偏移。电位计r2调整或校正该偏移,使所需的传输功能保持在10 V(V/V)。

对数比运算

图15显示了为计算两个输入电压(或电流)比率的对数而配置的AD538。来自B的输出信号通过两个串联电阻连接到输出放大器的求和结。90.9Ω金属薄膜电阻器有效地降低了±3500 ppm/℃电阻器的温度系数,产生1.09 kΩ+3300 ppm/℃的等效值。在此配置中,必须将V输入连接到某个小于零的电压(在这种情况下为-1.2 V)以从传输函数中删除此输入。

5 kΩ电位计控制电路的比例因数调整,提供每十年+1 V的调整。输出偏移电位计应设置为提供V=V=1V的零输出。输入V调整应设置为V=L mV和V=1V的3V输出。

所示的对数比电路在对数域内对输入电压在30年的输入范围(10 mV至10 V)达到±0.5%的精度。该误差不定义为满标度输出的百分比,而是定义为输入的百分比。例如,使用1v/decade比例因子,对数比放大器输入正方向上的1%误差转化为与理想输出的4.3mv偏差(即1v×log(1.01)=4.3214mv)。负方向的输入误差1%略有不同,输出偏差为4.3648mV。

幂和根的模拟计算

通常需要将两个输入信号的商提高到一个幂或根。这可能是平方,立方,平方根或指数到一些非整数幂。例如,发电机组。对于AD538,只需要一个或两个外部电阻就可以在0.2到5的范围内设置任何所需的功率。将基本量v/v提高到大于1的功率需要通过a和d引脚之间的外部电阻增加ad538对数比减法器的增益。类似地,将点b和点c之间的对数比输出衰减的分压器将功率编程为小于1的值。

平方根运算

图17的显式平方根电路说明了执行实时平方根计算的精确方法。为了增加灵活性和准确性,该电路有一个比例因子调整。

在该电路中,实际的平方根运算是通过电阻r和r组成的电阻分压网络将量v/v提高到一半的功率来完成的。为了获得最大的线性度,这两个电阻应为1%(或更好)比匹配的金属膜类型。

1V标度是通过分割2V参考电压并对V和V输入施加约1V来实现的。在该电路中,故意将v输入设置为低,约为0.95 v,以便v输入可以调整为高,允许±5%的比例因数微调。使用此微调方案,在10 V至1 mV的输入范围(80 dB)内,输出电压将在理想值的±3 mV±0.2%范围内。当输入动态范围从10 mV减小到10 V(60 dB)时,误差甚至更??;此时输出将在理想值的±2 mV±0.2%范围内。AD538平方根电路的带宽约为280 kHz,具有1 V P-P正弦波和+2 V直流偏移。

该基本电路还可用于计算输入波形的立方根、第四根或第五根。对于给定的根,只需要选择正确的电阻比r和r,使其总和在150Ω和200Ω之间。

AD538前面显示的可选绝对值电路允许使用双极输入电压。绝对值函数只需要一个运算放大器,因为AD538的I输入用作求和结。如果需要保留输入电压的符号,运算后可以感测运放输出的极性,并使用它来切换dvm芯片的符号位。

应用程序信息:传感器线性化

许多用于科学、商业或工业设备的电子传感器监测设备和/或其环境的物理特性。对压力、温度、湿度或其他物理现象的变化进行传感(也许是补偿)可能是一项昂贵的工作,特别是在高精度和非常低的非线性非常重要的情况下。在传统的模拟系统中,通过偏移和比例因子微调可以很容易地提高精度;然而,非线性通常是传感装置的绝对限制。AD538具有易于编程复杂模拟函数的能力,能够有效地补偿廉价传感器的非线性。AD538可以连接在传感器前置放大器输出和下一级监控或发射电路之间。线性化特定传感器的推荐程序是首先找到最接近器件非线性的函数,然后选择适当的指数电阻值。

反正切近似

图18的电路是那些AD538应用的典型电路,其数量V/V提高到大于1的功率。在近似的弧切函数中,AD538将精确地计算由输入电压V和V表示的X和Y位移定义的角度。在精度不超过一度(对于100μV和10 V之间的输入电压)的情况下,AD538弧切电路比传统的模拟电路更精确,并且比MOS电路更快数字技术。所示电路是为传输功能设置的:

在该电路中,通过外部ad547运算放大器将输出电压v和外部施加的参考电压v相加来实现(v-v)功能。连接在AD547 100 kΩ反馈电阻频率周围的1μF电容器补偿回路(由V和V之间的放大器形成)。

v/v量的计算方法与在一象限分配器电路中的计算方法相同,只是所得的商被提高到1.21次方。电阻器R(名义上为931Ω)设置功率或M因数。为了获得最高的弧切精度,R1和R2外部电阻应进行比率匹配;但是,由于非线性效应是主要的误差来源,因此不需要在其他电路中显示的偏移微调方案?;褂ψ⒁?,当输出接近90°时,会出现不稳定性,因为根据定义,反正切函数是无限的,因此,AD538的增益将非常高。



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