Multiplicador analógico

En electrónica, un multiplicador analógico es un dispositivo que toma dos señales analógicas y produce una salida que es su producto. Dichos circuitos se pueden usar para implementar funciones relacionadas como cuadrados (aplicar la misma señal a ambas entradas) y raíces cuadradas.

Un multiplicador analógico electrónico puede recibir varios nombres, dependiendo de la función para la que se utilice (ver aplicaciones de multiplicadores analógicos).

Voltage-controlled amplifier vs analog multiplier

Si una entrada de un multiplicador analógico se mantiene en un voltaje de estado estable, una señal en la segunda entrada se escalará en proporción al nivel de la entrada fija. En este caso, el multiplicador analógico puede considerarse como un amplificador controlado por voltaje. Las aplicaciones obvias serían para control electrónico de volumen y control automático de ganancia (AGC). Aunque los multiplicadores analógicos se usan a menudo para tales aplicaciones, los amplificadores controlados por voltaje no son necesariamente verdaderos multiplicadores analógicos. Por ejemplo, un circuito integrado diseñado para usarse como control de volumen puede tener una entrada de señal diseñada para 1 Vp-p y una entrada de control diseñada para 0-5 V CC; es decir, las dos entradas no son simétricas y la entrada de control tendrá un ancho de banda limitado.

Por el contrario, en lo que generalmente se considera un multiplicador analógico verdadero, las dos entradas de señal tienen características idénticas. Las aplicaciones específicas de un verdadero multiplicador analógico son aquellas en las que ambas entradas son señales, por ejemplo, en un mezclador de frecuencia o un circuito analógico para implementar una transformada discreta de Fourier. Debido a la precisión requerida para que el dispositivo sea preciso y lineal en el rango de entrada, un verdadero multiplicador analógico es generalmente una parte mucho más costosa que un amplificador controlado por voltaje.

Un multiplicador de cuatro cuadrantes es aquel en el que las entradas y salidas pueden oscilar entre positivo y negativo. Muchos multiplicadores solo funcionan en 2 cuadrantes (una entrada puede tener solo una polaridad) o en un solo cuadrante (las entradas y salidas tienen solo una polaridad, generalmente todas positivas).

Dispositivos multiplicadores analógicos

La multiplicación analógica se puede lograr mediante el efecto Hall.

La celda de Gilbert es un circuito cuya corriente de salida es una multiplicación de 4 cuadrantes de sus dos entradas diferenciales.

Los multiplicadores analógicos de circuitos integrados se incorporan en muchas aplicaciones, como un verdadero convertidor RMS, pero hay disponibles varios bloques de construcción de multiplicadores analógicos de uso general, como el multiplicador lineal de cuatro cuadrantes. Los dispositivos de propósito general generalmente incluirán atenuadores o amplificadores en las entradas o salidas para permitir que la señal se escale dentro de los límites de voltaje del circuito.

Aunque los circuitos multiplicadores analógicos son muy similares a los amplificadores operacionales, son mucho más susceptibles al ruido y a los problemas relacionados con el voltaje de compensación, ya que estos errores pueden multiplicarse. Cuando se trata de señales de alta frecuencia, los problemas relacionados con la fase pueden ser bastante complejos. Por esta razón, la fabricación de multiplicadores analógicos de uso general de amplio rango es mucho más difícil que los amplificadores operacionales ordinarios, y dichos dispositivos generalmente se producen utilizando tecnologías especializadas y recorte láser, al igual que los que se usan para amplificadores de alto rendimiento, como los amplificadores de instrumentación. Esto significa que tienen un costo relativamente alto, por lo que generalmente se usan solo para circuitos donde son indispensables.

Algunos IC multiplicadores analógicos comúnmente disponibles en el mercado son MPY634 de Texas Instruments, AD534, AD632 y AD734 de Analog Devices, HA-2556 de Intersil y muchos más de otros fabricantes de IC.

Compensación analógica versus digital en la multiplicación

En la mayoría de los casos, las funciones realizadas por un multiplicador analógico se pueden realizar mejor ya menor costo utilizando técnicas de procesamiento de señales digitales. A bajas frecuencias, una solución digital es más barata y eficaz y permite modificar la función del circuito en el firmware. A medida que aumentan las frecuencias, el costo de implementar soluciones digitales aumenta mucho más que el de las soluciones analógicas. A medida que avanza la tecnología digital, el uso de multiplicadores analógicos tiende a quedar cada vez más marginado hacia circuitos de mayor frecuencia o aplicaciones muy especializadas.

Además, la mayoría de las señales ahora están destinadas a digitalizarse tarde o temprano en la ruta de la señal y, si es posible, las funciones que requerirían un multiplicador tienden a trasladarse al lado digital. Por ejemplo, en los primeros multímetros digitales, los circuitos multiplicadores analógicos externos proporcionaban funciones RMS verdaderas. Hoy en día (con la excepción de las mediciones de alta frecuencia) la tendencia es aumentar la frecuencia de muestreo del ADC para digitalizar la señal de entrada, lo que permite que un procesador digital lleve a cabo RMS y toda una gama de otras funciones. Sin embargo, la digitalización ciega de la señal tan pronto como sea posible en la ruta de la señal cuesta cantidades irrazonables de energía debido a la necesidad de ADC de alta velocidad. Una solución mucho más eficiente implica el preprocesamiento analógico para acondicionar la señal y reducir su ancho de banda de modo que se gaste energía para digitalizar solo el ancho de banda que contiene información útil.

Además, las resistencias controladas digitalmente permiten que los microcontroladores implementen muchas funciones, como control de tono y AGC, sin tener que procesar la señal digitalizada directamente.

Aplicaciones de multiplicadores analógicos

• Amplificador de ganancia variable
• Modulador de anillo
• Detector de productos
• Mezclador de frecuencia
• Companding
• Squelch
• Computación analógica
• Procesamiento de señales analógicas
• Control automático de ganancia
• True RMS convertidor
• Filtros analógicos (especialmente filtros controlados por tensión)
• Modulación de amplitud PAM-pulse