如何创建一个简单的模拟乘法器

在某些应用中，测量输送到负载的功率（电压和电流）比简单地使用传统的电流检测放大器测量电流更重要。特别是，负载功率测量可在电池供电设备等应用中实现精确的电源管理，这些应用可由电池或交流适配器供电。本应用笔记介绍了如何创建一个简单的模拟乘法器（来自MAX4210D/E/F），该乘法器能够乘以0至1V的两个输入信号，从而确保精确的负载功率测量。

负载功率测量的重要性

测量负载功率在笔记本电脑等应用中非常重要，在这些应用中，整个电路（负载）由锂离子（Li-ion，Li+）电池组或用于为电池本身充电的交流适配器供电。由于每个电压源的电源电压不同，因此负载中的电流也不同。在典型情况下，交流适配器可以提供16V，而电池组可以由三个锂离子电池组成，充满电时提供约12.6V的电源电压，接近使用寿命时提供约9V的电源电压。

为了准确管理电路的功率，仅仅测量负载中的电流是不够的，因为这不能提供有关所提供电压源类型的信息。此外，一些便携式应用在微控制器的可用引脚方面可能会受到限制，因此需要直接进行功率测量，而不是分别测量电流和电压，然后在固件中将两者相乘。

使用MAX4210D/E/F构建通用的0至1V模拟乘法器

MAX4210D/MAX4210E/MAX4210F为高边电流和功率监测器，具有内部真正的模拟乘法器。这些器件可以直接将电池电流乘以 0 至 1V 的输入电压。但是，如果需要在两个0至1V信号之间进行通用乘法，则输入共模电压限制（最小值为4.5V）会阻止使用它们。

图1所示为MAX4210D/E/F如何与运算放大器（如MAX4477）和n沟道MOSFET配合使用，构建0至1V模拟乘法器。该电路可以将两个独立的输入电压相乘，每个输入电压最高可达1V。

图1.采用MAX4210D/E/F和MAX4477的通用1V模拟乘法器。

在本应用笔记中，我们将以MAX4210E为例;但请注意，MAX4210D和MAX4210F也可用于构建通用模拟乘法器。

在图1电路中，电压输入V1由运算放大器、MOSFET和电阻R1转换为电流;然后电阻R2将其转换为较小的电压。较小的电压施加于MAX4210E的差分输入端。MAX4210E的最大输入检测电压为150mV。应相应地选择 R1 和 R2 值;具体来说，R1 = 1kΩ，R2 = 150Ω。电源 V抄送整个电路为5V。MAX4210E的增益为25V/V。因此，满量程输出值为3.75V。

选择运算放大器时，其输入共模电压范围应包括地，并且精度优于MAX4210E。在25°C时，MAX4210E的总输出误差在满量程输出（FSO）范围的±1.5%以内。MAX4477在pA区域具有超低偏置电流，输入电压失调在350μV以内，CMRR至少为90dB;因此，与MAX4210E相比，其误差贡献可以忽略不计。

图2显示了第一组测量结果的图表，其中输入V2保持恒定至0.9V，输入V1以100mV的增量从0摆动至1V。

图2.V外与V1相比，V2 = 0.9V。

计算出的增益误差为0.8%，总输出误差为FSO的0.6%。增益误差计算为测量曲线和理想曲线斜率相对于理想曲线斜率之差（以百分比表示）。每个斜率由线性假设的两点测量确定。总输出误差是测量曲线和理想曲线相对于FSO值3.75V的最大差值，以百分比表示。

图3显示了第二组测量值的图表，其中输入V1保持恒定至0.9V，输入V2以100mV的增量从0摆动至1V。计算的增益误差为0.81%，总输出误差为FSO的0.58%。

图3.V外与V2相比，V1 = 0.9V。

两组测量的增益误差和总输出误差均在MAX4210的规格范围内。

结论

为了实现精确的电源管理，一些应用需要负载功率监控，而不仅仅是负载电流监控。MAX4210D/E/F能够监测负载电流和源极电压，非常适合电池供电应用，电源电压可由电池组或AC适配器提供。本应用笔记中的电路使用MAX4210D/E/F构建通用模拟乘法器，能够将两个0至1V信号相乘，以确保精确的电源管理。

审核编辑：郭婷