MC1595使用手册.docx

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MC1595使用手册

MC1595使用手册

MC1595为多频线性四象限乘法器（硅集成电路）

一、特性及应用：

MC1595通过两口电压输入用来输出线性。

可以允许用户的最大通用性在于可以选用平移法。

典型应用包括：

乘法、除法和开方，同时也用于调幅、解调、混频，鉴相和自动增益控制电路。

1.01、MC1595外形图以及外接电路：

1.02、基本特点：

（1）宽频

（2）线性指标的卓越性：

X端最大输入误差为1％，Y端最大输入误差为2％

（3）乘法器增益系数为K

（4）具有良好的温度稳定性

（5）宽频输入的电压范围：

±10V

（6）采用±15V电压

注：

当使用运算放大器

二、MC1595电气特性（+V=+32V,-V=-15V,TA=+25OC,L3=L13=1.0mA

Rx=Ry=15KΩ,RL=11KΩ,其余另行通知）

特性

符号

最小值

典型值

最大值

单位

线性（输出误差以全标度百分比形式表示）

TA=+250C

-10

-10

TA=-55Oto+125OC

-10

-10

ERX

ERY

ERX

ERY

±0.5

±1.0

±0.75

±1.5

±1.0

±2.0

％

方模误差（在设置和换算系数之后精确到百分比）

TA=+25OC

TA=-55Oto+125OC

ESQ

±0.5

±0.75

％

输入阻抗

（f=20HZ）

RinX

RinY

35

25

MΩ

微分输出阻抗（f=20HZ）

RO

300

KΩ

输入偏压电流

Ibx

Iby

2.0

2.0

8.0

8.0

μA

输入偏置电流

|Iiox|

|Iioy|

0.2

0.2

1.0

1.0

μA

输出偏置电流的平均温度

（TA=-55Oto+125OC）

|TClio|

2.5

nA/oC

频率特性

3.0dB带宽，RL＝11KΩ

3.0dB带宽，RL＝50Ω（跨导带宽）

3O相移在VX和VY之间

1%的绝对误差应归于输入输出相移

BW（3dB）

TBW（3dB）

fφ

fθ

3.0

80

750

30

MHz

MHz

kHz

kHz

公共端摆幅输入（或输入）

CMV

±11.5

±13

Vdc

公共端增益（或输入）

ACM

-50

-60

dB

公共端截止

输出电压

VO1

VO2

21

21

Vdc

微分输出电压摆幅容量

VO

±14

Vpk

电源灵敏度

S+

S-

5.0

10

mV/V

电源电流

I7

6.0

7.0

mA

直流电功率耗散

PD

135

170

mW

三、MC1595最大额定值及相应电路

3.01、MC1595最大额定表

额定值

符号

量值

单位

实际电压

（V2-V1,V14-V1,V1-V9,V1-V12,V1-V4.V1-V8,V12-V7,V9-V7,V8-V7,V4-V7）

△V

30

Vdc

微分输入信号

V12-V9

V4-V8

±（6+I13Rx）

±（6+I13RY）

Vdc

额定值

符号

量值

单位

最大偏压电流

I3

I13

10

10

mA

功率耗散（密封局限性）

后缀D（塑料封装）

超过TA=+25OC

后缀J（瓷片封装）

超过TA=+25OC

PD

PD

862

145

750

5.0

mW

mW/OC

mW

OC/W

操作温度范围

TA

-55to+125

OC

存储温度范围

Tstg

-65to+150

OC

3.02、MC1595典型电路

图3.01线性（悬空状态）

图3.02线性（X-Y输入）

四、MC1595具体操作及相应应用简述

4.01、MC1595操作理论

MC1595是四相集成模拟乘法器，根据变跨导原理，即由两个具有压控电流源的差分电路组成，称为双差分对模拟乘法器，也称为双平衡模拟乘法器，其基本原理电路如下图所示 。

在室温下，K为常数，可见输出电压uO与输入电压uy、ux的乘积成正比，所以差分放大电路具有乘法功能。

但uy必须为正才能正常工作，故为二象限乘法器。

当uY较小时，相乘结果误差较大，因IC3随uY而变，其比值为电导量

图4.01差分电路

具体的理论是（应用注解）建立在AN489上来分析MC1595的基本操作。

这种分析结果表明乘法器的输出失调电流是由以下公式给出的：

当IA和IB分别是由端口14和2接入，VX和VY是由乘法器输入接线端X和Y来输入电压。

4.02、设计思想

概括：

MC1595允许设计者为乘法器专门制作一种具体应用于（所选用的恰当）外围组件。

外围组件可以使制定的参量（例如带宽）优化（在反相制约其余的参量方面）（例如最大输出电压振幅）。

每一个重要的参数将在以下进行详细解释：

线性，输出错误，ERX或ERY

线性错误就是从一条直线上转移的最大输出偏差电压。

被表示为错误的百分全刻度,如图

图4.02输出偏差电压

举例说明，如果最大偏差值VE（max）为±100mv，满刻度输出为10V，那么所产生的百分比错误值为：

线性错误可以由以下方式进行测量：

1、使用X-Y绘制的电路如图3.02，为X和Y获取信号就类似于上述所演示的

2、使用电路如图3.01，这种方式是使用原始输入来获得没有频移输出。

无放大器的峰值输出就相当于误差电压VE（max）

源线性错误可能是出现在X和Y端输入大信号非线性差动放大器上。

为了避免从这些，射极负反馈上的电阻RX和RY必须足够大才能够使非线性上的基极电压被忽略。

图4.03所显示的函数RX和Ry的操作电流为1.0mA作用在每个差动放大器上（I3＝I13＝1.0mA）

图4.03输入差分放大器引发误差

图4.01变跨导模拟乘法器

4.03、基本运算电路

1.平方运算

将模拟乘法器的两个输入端输入相同的信号，平方运算电路如下图所示：

    2.除法运算器

   由集成运放和模拟乘法器组成，除法运算电路如上图所示。

当u1>0时，uO<0，为使u3<0，则u2>0；当u1<0时，uO>0，为使u3>0，则u2>0。

3.平方根运算

4.压控增益  

 改变直流电压UXQ的大小，就可以调节电路的增益。

 4.03、倍频、混频与鉴相

    1.倍频电路

当两个输入信号为同频率的信号即可实现两倍频作用。

如下图所示。

2．混频电路模拟

乘法器的输出为两个输入信号的和频和差频信号，即实现了混频作用，若用滤波器取出和频（信或差频）号输出，就称为混频，电路如下图所示。

uo

ux

uy

3．鉴相电路

鉴相电路用来比较两个输入信号的相位差，即它的输出电压与两输入信号之间的相位差成正比，用模拟乘法器构成的鉴相电路如下图所示。

作出uo与φ的关系曲线称为鉴特性曲线，当|φ|≤0.5rad（约30°）时，sinφ≈φ，鉴相特性接近于线性。

所得的原理图为图5.02

图5.02MC1595原理图

PCB板图在附件中。

图5.01（使用MC1595）运算放大器平移电路

五、实际电路测试

5.01、原理图及PCB版图具体设计

注：

由于为了方便检测，我们使用了pdf文件里的MC1595改良电路，如图5.01

5.02、具体误差调试

模拟乘法器的误差通常分为静态误差和动态误差。

1.静态误差分析及处理。

若设乘法器在两个输入端口的直流电压分别为UX和UY，增益系数为K,考虑到各种因素引入的输出误差后，通常模拟乘法器的输出特性方程可表示为：

U0=（K±△K）[（UX±UXIO）（UY±UYIO）]±UNL

式中，△K为增益系数误差，一般可通过对恒流源IOX和IOY的调整使其误差值到最小；UXIO为乘法器X通道输入差分对管的不对称性引起的输入失调电压；

UYIO为乘法器Y通道输入差分对管的不对称性引起的输入失调电压；UNL为负载不匹配及非线性引起的输出失调电压。

因此，模拟乘法器的静态输出误差包以下几个方面：

（1）输出失调误差电压UO0。

UX=UY=0时，由于UXIO、UYIO产生的输出误差电压，称为输出失调误差电压UOO，由上式可得：

U00=±KUXIOUYIO

式中，忽略了高阶误差项乘积△KUXIO,△KUYIO和UNL。

输出失调电压UO0，一般可通过调节X通道Y通道输入端和乘法器电路输出端的外设补偿网络进行调零，以补偿输出失调电压。

如图5.03为以MC1595为例集成模拟乘法器输出失调误差电压调零电路。

将模拟乘法器各输入端均对地短接，微调电位器RWZ，来调整乘法器输出端集电极负载电阻，实现输出失调电压的调零。

图5.03调零电路

（2）线性馈通误差电压UOX,UOY。

实际上，当模拟乘法器一个输入端接地，另一个输入端加入信号电压时，其输出电压并不为零（理想情况应为零），此时的输出电压称为线性馈通误差电压，即：

当

，

时,

当

时,

显然，线性馈通误差电压是由于输入端存在输入失调电压而引起的，可通过输入端的外接补偿网络来进行调零。

线性馈通误差电压的调零电压如图5.03所示。

图5.03调零电压电路

它的调节是在完成输出失调电压调零后进行的，首先在UX=0时（即4端接地）加入UY（即在9端加入频率为1KHZ，幅度1V的电压），输出电压UOY=±KUYUXIO,使RWY置于中间位置，调节RWX使乘法器输出电压为零或达到最小值，再将信号加到4端（即UX）,9端接地（UY=0），输出电压UOX=±KUXUYIO,使RWX置于中间位置，调节RWY使乘法器输出电压为零或达到最小值，上述过程可反复进行几次。

由于输入调零电路与输入信号源相串联，所以调零电路在输入端呈现的等效阻值不宜过大，以避免对输入信号的影响过大。

（3）增益误差电压UOK。

乘积增益误差引起的输出误差电压称为增益误差电压UOK，即：

U0K=±△KUXUY

此式也忽略了高阶误差项乘积。

因为乘积系数K是一个和恒流源IOX,IOY有关的量，一般通过调节IOX,IOY的值来调整K的数值。

如上图，可通过调节恒流源IOX的偏置电阻RW来调整增益系数K,使增益误差△K为零或达到最小值，以减小增益误差电压，使增益误差电压UOK调零。

如上图5.03，第4、9引脚均加入5V直流电压，调节RW，改变IOX，使uo=+2.5V；第4、9引脚改接-5V直流电压，若此时uo=+2.5V，由此调整结束，精度达到最高。

如uo≠+2.5V，则应对上述步骤重复进行，直到精度最高为止。

如前所述，集成模拟乘法器存在静态误差，在实际应用中，为了保证乘法器能够正常工作，并尽可能地提高精度，必须在芯片外增设调零电路，并按一定的步骤进行调整。

对乘法器进行调整时需利用低频信号发生器及高精度直流电源作调试信号，并在输出端并接直流电压表及示波器，以监视输出端电压及观察输出波形。

（4）、动态误差分析及处理。

模拟乘法器属于非线性器件还是线性器件取决于两个输入电压的性质