아날로그 승산기

아날로그 승산기 또는 아날로그 멀티플라이어(analog multiplier)는 두 아날로그 신호 입력의 레벨을 수학적으로 곱한 출력 레벨을 생성하는 전자 회로이다. 이러한 회로는 두 입력에 동일한 신호를 적용하여 제곱 및 제곱근과 같은 관련 기능을 구현하는 데 사용될 수 있다.

유형

전자 아날로그 승산기는 기능에 따라 분류된다. 단일 사분면 승산기는 입력에 대해 일반적으로 양의 한 가지 레벨만 허용한다. 2사분면 승산기는 한 입력 신호가 양수 및 음수 레벨로 스윙할 수 있도록 허용하는 반면 두 번째 입력은 양수로 유지된다. 4사분면 승산기에서는 모든 입력이 양수 또는 음수 레벨로 스윙하여 양수 또는 음수 출력 레벨을 생성할 수 있다.

전압 제어 증폭기

아날로그 승산기의 한 입력이 고정 전압으로 유지되면 두 번째 입력의 신호는 고정 입력의 레벨에 비례하여 스케일링된다. 이는 전압 제어 증폭기 또는 가변 이득 증폭기로 간주될 수 있다. 응용 분야로는 전자 볼륨 제어 및 자동 이득 제어 (AGC)가 있다. 아날로그 승산기는 이러한 응용 분야에 자주 사용되지만, 전압 제어 증폭기는 반드시 진정한 아날로그 승산기는 아니다. 예를 들어, 볼륨 제어로 사용되도록 설계된 집적 회로는 1 Vp-p로 설계된 신호 입력과 0-5 V dc로 설계된 제어 입력을 가질 수 있다. 즉, 두 입력은 대칭적이지 않으며 제어 입력은 제한된 대역폭을 갖는다.

대조적으로, 일반적으로 진정한 아날로그 승산기로 간주되는 경우 두 신호 입력은 동일한 특성을 갖는다. 진정한 아날로그 승산기에 특정한 응용 분야는 두 입력이 모두 신호인 경우이다. 예를 들어 주파수 믹서 또는 이산 푸리에 변환을 구현하는 아날로그 회로에서와 같다. 장치가 입력 범위에 걸쳐 정확하고 선형적이기 위해 필요한 정밀도 때문에 진정한 아날로그 승산기는 일반적으로 전압 제어 증폭기보다 훨씬 비싼 부품이다.

회로

아날로그 곱셈은 홀 효과를 사용하여 수행할 수 있다.

길버트 셀은 두 차동 입력의 4사분면 곱셈인 출력 전류를 갖는 회로이다.

집적 회로 아날로그 승산기는 참 RMS 변환기와 같은 많은 응용 분야에 통합되지만, 4사분면 승산기와 같은 여러 범용 아날로그 승산기 빌딩 블록을 사용할 수 있다.^[1]^[2]^[3] 범용 장치는 일반적으로 회로의 전압 한계 내에서 신호를 스케일링할 수 있도록 입력 또는 출력에 감쇠기 또는 증폭기를 포함한다.

아날로그 승산기 회로는 연산 증폭기와 매우 유사하지만, 이러한 오류가 곱해질 수 있으므로 노이즈 및 오프셋 전압 관련 문제에 훨씬 더 취약하다. 고주파 신호를 다룰 때는 위상 관련 문제가 상당히 복잡할 수 있다. 이러한 이유로 광범위 범용 아날로그 승산기를 제조하는 것은 일반적인 연산 증폭기보다 훨씬 어렵고, 이러한 장치는 일반적으로 계측 증폭기와 같은 고성능 증폭기에 사용되는 것과 마찬가지로 특수 기술 및 레이저 트리밍을 사용하여 생산된다. 이는 상대적으로 높은 비용을 의미하며, 따라서 필수적인 회로에만 일반적으로 사용된다.

일반적으로 사용 가능한 일부 아날로그 승산기 집적 회로는 텍사스 인스트루먼트의 MPY634 유형, 아날로그 디바이스의 AD534, AD632 및 AD734, 인터실의 HA-2556 등이 있다.

곱셈에서 아날로그 대 디지털 절충

대부분의 경우 아날로그 승산기가 수행하는 기능은 디지털 신호 처리 기술을 사용하여 더 잘, 더 저렴하게 수행될 수 있다. 저주파에서는 디지털 솔루션이 더 저렴하고 효과적이며 펌웨어에서 회로 기능을 수정할 수 있다. 주파수가 상승함에 따라 디지털 솔루션을 구현하는 비용은 아날로그 솔루션보다 훨씬 가파르게 증가한다. 디지털 기술이 발전함에 따라 아날로그 승산기의 사용은 고주파 회로나 매우 특수한 응용 분야로 더욱 소외되는 경향이 있다.

또한, 대부분의 신호는 신호 경로에서 조만간 디지털화될 운명이며, 가능하다면 승산기가 필요한 기능은 디지털 측으로 이동하는 경향이 있다. 예를 들어, 초기 디지털 멀티미터에서는 외부 아날로그 승산기 회로를 통해 진정한 RMS 기능이 제공되었다. 오늘날(고주파 측정 제외) ADC의 샘플링 속도를 높여 입력 신호를 디지털화하고 RMS 및 다른 모든 기능을 디지털 프로세서로 수행하는 경향이 있다. 그러나 신호 경로에서 가능한 한 일찍 신호를 맹목적으로 디지털화하는 것은 고속 ADC의 필요성 때문에 비합리적인 양의 전력을 소모한다. 훨씬 더 효율적인 솔루션은 신호를 조절하고 대역폭을 줄이기 위한 아날로그 전처리로, 유용한 정보가 포함된 대역폭만 디지털화하는 데 에너지를 소비한다.

또한, 디지털 제어 저항기는 마이크로컨트롤러가 디지털화된 신호를 직접 처리할 필요 없이 톤 제어 및 AGC와 같은 많은 기능을 구현할 수 있도록 한다.

아날로그 승산기 응용 분야

같이 보기

NE612, 발진기 및 길버트 셀 승산기 믹서.

각주

↑ “Linear Four-Quadrant Multiplier” (PDF). ON Semiconductor. 2017년 8월 29일에 원본 문서 (PDF)에서 보존된 문서.
↑ Analog Devices AD834
↑ “Multiple-input four-quadrant multiplier”.

추가 자료

Bryant, James; Analog Devices (2013). 《Multipliers vs. Modulators》 (PDF). 《Analog Dialogue》 47. 3쪽.

[1] “Linear Four-Quadrant Multiplier” (PDF). ON Semiconductor. 2017년 8월 29일에 원본 문서 (PDF)에서 보존된 문서.

[2] Analog Devices AD834

[3] “Multiple-input four-quadrant multiplier”.

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