Loading article…
アナログ乗算器は、2つのアナログ信号入力のレベルの積を出力レベルとして生成する電子回路です。このような回路は、両方の入力に同じ信号を適用することで平方数や平方根などの関連関数を実装するために使用できます。
電子アナログ乗算器は、その機能によって分類されます。単象限乗算器は、入力に通常は正のレベルのみを許容します。2象限乗算器は、一方の入力信号が正と負のレベルにスイングすることを許容し、もう一方の入力は正のままです。4象限乗算器では、すべての入力が正または負のレベルに変動し、正または負の出力レベルが生成されます。
アナログ乗算器の一方の入力が一定の電圧に保持されている場合、もう一方の入力の信号は、固定入力のレベルに比例してスケーリングされます。これは、電圧制御アンプまたは可変ゲインアンプとみなすことができます。用途としては、電子ボリューム制御や自動ゲイン制御(AGC) などがあります。このような用途にはアナログ乗算器がよく使用されますが、電圧制御アンプは必ずしも真のアナログ乗算器ではありません。たとえば、ボリューム制御として使用するように設計された集積回路は、 1 Vp-p 用に設計された信号入力と、0～5 V dc 用に設計された制御入力を持つ場合があります。つまり、2 つの入力は対称ではなく、制御入力の帯域幅は制限されています。
対照的に、一般的に真のアナログ乗算器とみなされる回路では、2つの信号入力は同一の特性を持ちます。真のアナログ乗算器の具体的な用途としては、両方の入力が信号である場合が挙げられます。例えば、周波数ミキサーや、離散フーリエ変換を実装するアナログ回路などが挙げられます。入力範囲全体にわたって正確かつ線形な動作が求められるため、真のアナログ乗算器は一般的に電圧制御アンプよりもはるかに高価な部品となります。
アナログ乗算はホール効果を利用することで実現できる。
ギルバートセルとは、出力電流が2つの差動入力の4象限乗算となる回路である。
集積回路のアナログ乗算器は、真の実効値コンバータなど多くのアプリケーションに組み込まれていますが、4象限乗算器などの汎用アナログ乗算器の構成要素も多数あります。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]汎用デバイスは通常、回路の電圧制限内で信号をスケーリングできるように、入力または出力に減衰器または増幅器を備えています。
アナログ乗算器回路は演算増幅器と非常によく似ていますが、ノイズやオフセット電圧に関連する問題が増幅される可能性があるため、これらの問題の影響を受けやすいという欠点があります。高周波信号を扱う場合、位相に関連する問題は非常に複雑になる可能性があります。そのため、広範囲の汎用アナログ乗算器の製造は通常の演算増幅器よりもはるかに難しく、計装増幅器などの高性能増幅器に使用されるものと同様に、特殊な技術やレーザートリミングを用いて製造されるのが一般的です。つまり、アナログ乗算器は比較的高価であるため、一般的には不可欠な回路にのみ使用されます。
一般的に入手可能なアナログ乗算器集積回路としては、テキサス・インスツルメンツのMPY634、アナログ・デバイセズのAD534、AD632、AD734、インターシルのHA-2556などがある。
ほとんどの場合、アナログ乗算器が担う機能は、デジタル信号処理技術を用いることで、より優れた性能と低コストで実現できます。低周波数帯では、デジタルソリューションの方が安価で効果的であり、ファームウェアによる回路機能の変更も可能です。周波数が高くなるにつれて、デジタルソリューションの実装コストはアナログソリューションよりもはるかに急激に上昇します。デジタル技術の進歩に伴い、アナログ乗算器の使用は、高周波回路や非常に特殊な用途に限られるようになり、その用途はますます限定的になるでしょう。
さらに、現在ではほとんどの信号は遅かれ早かれ信号経路でデジタル化されることになっており、可能な限り乗算器を必要とする機能はデジタル側に移される傾向があります。例えば、初期のデジタルマルチメータでは、真の実効値（RMS）機能は外部のアナログ乗算回路によって提供されていました。今日では（高周波測定を除いて）、入力信号をデジタル化するためにADCのサンプリングレートを上げる傾向があり、これによりRMSをはじめとするさまざまな機能をデジタルプロセッサで実行できるようになります。しかし、信号経路のできるだけ早い段階で信号を無条件にデジタル化すると、高速ADCが必要となるため、不当に多くの電力を消費します。より効率的な解決策は、アナログ前処理によって信号を調整し、帯域幅を縮小することで、有用な情報を含む帯域幅のみをデジタル化するためにエネルギーを消費することです。
さらに、デジタル制御抵抗器を用いることで、マイクロコントローラはデジタル化された信号を直接処理することなく、トーンコントロールやAGCなどの多くの機能を実装できるようになる。