Способ перемножения аналоговых сигналов (его варианты) Советский патент 1984 года по МПК G06G7/16 

ния точности при представлении про- изведёния в цифровой форме, формируют третье пороговое напряжение, пропорциональное второму сигналу-сомножителю, интегрированный суммарный сигн;ал сравнивают с третьим пороговым напряжением,формируют четвертое пороговое напряжение,пропорциональное второму сигналу-сомножителю, интегрированный разностный сигнал сравнивают с четвертым пороговым напряжением, фиксируют моменты сравнения интегрированных сигналов с третьим и четвертым пороговыми напряжениями, в соответствии с которыми выбирают моменты начала и конца временных интервалов формируемой последовательности временных интервалов, получают .разность числа периодов опорной частоты в соседних временных интерва-, лах, накапливают полученную разность числа периодов сигнала опорной частоты, накопленную разность числа периодов преобразуют в напряжение и суммируют его с первым и вторым пороговыми напряжениями.

1. Способ перемножения аналоговых сигналов, заклкгчающийся в том, что периодически формируют суммарный сигнал первого сигнала-сомножителя и опорного напряжения, интегрируют суммарный сигнал до момента сравнения с первым пороговым напряжением, формируют разностный сигнал первого сигнала-сомножителя и опорного напряжения, интегрируют разностный сигнал до момента сравнения с вторым пороговым напряжением, формируют первую последовательность временных интервалов между моментами сравнения, временные интервалы заполняют сигналом опорной частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при представлении произведения в цифровой форме, формируют третье пороговое напряжение, пропорциональное второму сигналу.сомножнтелю, интегрированный сутчмарный сигнал сравнивают с третьим пороговым напряжением, формируют четвертое Пороговое напряжение, пропорциональное второму сигналу-сомножителю, интегрированный разностный сигнал сравнивают с четвертым пороговым напряжением, формируют вторую последовательность временных интервалов между моментами сравнения, формируют третью последовательность временных интервалов, длительность каждого из которых определяется моментами начала и конца соответствующих временных интервалов из первой и второй последовательностей временных интервалов, заполняют третью последовательность временных интервалов сигналом опорной частоты, получают раз(Л ность числа периодов сигнала опорной частоты в соседних временных интервалах, накапливают полученную разность числа периодов сигнала опорной частоты, преобразуют накопленную разность в напряжение и суммируют его с третьим и четвертым пороговыми напряжениями. 2. Способ перемножения аналоговых а сигналов, заключающийся в том, что 4 периодически формируют суммарный со сигнал первого сигнала-сом1 жителя и опорного напряжения, интегрируют суммарный сигнал до момента сравнения с первым пороговым напряжением, формируют разностный сигнал первого сигнала-сомножителя и опорного напряжения, интегрируют разностный сигнал до момента сравнения с вторым пороговым напряжением, формируют последовательность временных интервалов между моментами сравнения, временные интервалы заполняют сигналом . опорной частоты, отличающийся тем, что, с целью пoвыDJe

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь зовано в аналоговых вычислительных машинах. Известен способ перемножения анало говых сигналов с представлением ведения в цифровой форме,заключающийс в последовательном преобразовании аналоговых сигналов в код, которьй реализован в устройстве, содержащем интеграторы, компараторы, мультиплексоры, логический сумматор и Недостатком этого способа является сложность его реализации. Наиболее близким к предлагаемому является способ перемножения аналоговых сигналов с представлением результата перемножения в цифровой форме, основанный на промежуточном преобразовании произведения в временный интервал. Согласно этому спо собу периодически формируют суммарный сигнал первого сигнала-сомножителя и опорного напряжения и интегрируют полученный суммарный сигнал до момента сравнения с первым пороговым напряжением, формируют разнос ный сигнал первого сигнала-сомножителя и опорного напряжения и интегрируют его до момента сравнения с вторьм пороговым напряжением, форми руют последовательность временных интервалов между моментами сравнени которыми модулируют второй сигналсомножитель, модулированньй сигнал преобразовывают в интервал времени, который заполняют сигналом опорной частоты, подсчитьшают число периодо опорной частоты за интервал преобразования С 23. Недостатком этого способа является низкая точность, обусловленная наличием промежуточных аналоговых преобразований. Цель изобретения - повьшение точности перемножения аналоговых сигналов при представлении произведения в цифровой форме. Указанная цель по первому варианту достигается тем, что согласно способу перемножения аналоговых сигналов, заключающемуся в том, что периодически формир.уют суммарный сигнал первого сигнала-сомножителя и опорного напряжения, интегрируют суммарный сигнал до момента сравнения с первым пороговым напряжением, формируют разностный сигнал первого сигнала-сомножителя и опорного напряжения, интегрируют разностный сигнал до момента сравнения с вторым пороговым напряжением, формируют первую последовательность временных интервалов между моментами сравнения, временные интервалы заролняют сигналом опорной частоты, формируют третье пороговое напряжение, пропорциональное второму сигналу-сомножителю, интегрированный суммарный сигнал сравнивают с третьим пороговые напряжением, формируют четвертое пороговое напряжение пропорциональное второму .сигналу-сомножителю, интегрированный разностный сигнал сравнивают с четвертым пороговым напряжением, формируют вторую последовательность вре311

анных интерьалов мажду моментами сравнення, формируют третью последо-. вательность временных интервалов,длительность каждого из которых опредеяется моментами начала и конца соответствующих временных интервалов из первой и второй последовательностей временных интервалов, заполняют третью последовательность временных нтервалов сигналом опорной частоты, получают разность числа периодов сигнала опорной частоты в соседних временных интервалах, накапливают полученную разность числа периодов сигнала опорной частоты, преобразуют накопленную разность в напряжение и суммируют его с третьим и четвертым пороговыми напряжениями.Указанная цель по второму варианту достигается тем, что согласно способу перемножения аналоговых сигналов, заключающемуся в том, что периодически формируют суммарный сигнал первого сигнала-сомножителя и опорного напряжения, интегрируют суммарный сигнал до момента сравнения с первым пороговым напряжением, формируют разностный сигнал первого сигнала-сомножителя и опорного напряжения, интегрируют разностный сигнал до момента сравнения с вторым пороговым напряжением, формируют последовательность временных интервалов между моментами сравнения, временные интервалы заполняют сигналом опорной частоты, формируют третье пороговое напряжение, пропорциональное второму сигналу-сомноителю, интегрированный суммарньй сигнал сравнивают с третьим пороговым напряжением, формируют четвертое пороговое напряжение, пропорциональное второму сигналу-сомножителю, интегрированный разностньй сигнал сравнивают с четвертым пороговым напряжением, фиксируют моменты сравнения интегрированных сигналов с третьим и четвертым пороговьми напряжениями, в соответствии с котоыми выбирают моменты начала и конца временных интервалов формируеой последовательности временных интервалов, получают разность числа периодов опорной частоты в соседних временных интервалах, накапливают полученную разность числа периодов сигнала опорной частоты, накопленную разность числа периодов преоб74

разуют в напряжение и су 1мируют его с первым и вторым пороговыми напряжениями.

На фиг. 1 изображены временные диаграммы, поясняющие предложенный способ перемножения аналоговых сигналов; на фиг. 2 - одна из возможных схемных реализаций способа; на фиг. 3 - одна из возможных реализаций варианта способа.

Перемножение двух аналоговых сигналов с представлением результата в цифровой форме согласно предлагаемому способу осуществляют следующим образом.

Периодически формируют сумму первого сигнала-сомножителя X и опорного напряжения U и интегрируют полученный суммарный сигнал. В результате получают развертывающее

напряжение R(f) (фиг.la,Б), изменяющееся по закону

L

R,(t) (t) , CD

где l и постоянная времени интегрирования;

RtO) - начальное значение развертывающей функции.

В случае, когда X(t) X const (сигнал X постоянного тока) или когда можно пренебречь изменением сигнала X за время цикла преобразования (частота преобразования значительно выше частоты входного сигнала X), получим

R,(t) -:p-()ttR(0) . (2) и.

Интегрирование суммарного сигнала продолжают до момента сравнения R(t) с первым пороговым напряжением П (моменты времени t на фиг. la,5).

Формируют разность первого сигнала-сомножителя и опорного напряжения и интегрируют полученный разностный сигнал, получая развертывающее напряжение R,(t), изменяющееся по закону

t

«2 |--Т- (-V

l4 J

1

r.e.

)-Ri(M-f (VИнтегрирование разностного сигна продолжают до момента сравнения с вторьм пороговым напряжением П (мо менты времени t на фиг. IPI,). Эти операции продолжают, периодически сменяя развертывающую функцию R(t) на Ri(t) и наоборот, причем вьщержи вают условие ( R(t R|.(t), означающее неразрывность развертывающих функций . Между момен тами сравнения интегрированных суммарного И разностного сигнала (развертывающих напряжений R(t) и R2(t с первым и вторым пороговыми напряжениями П и П) формируют первую последовательность чередующихся временных интервалов (фиг. 1б). Формируют третье и четвертое пороговые напряжения IIj и Пц., пропорциональные второму сигналу-сомно жителю У. Интегрированный суммарный сигнал R,(t) сравнивают с третьим пороговым напряжением П,, а интегри рованный разностный сигнал - с четвертьм пороговым напряжением П-. Ме моментами сравнения R(t) с П.. и 5 R(t) с П формируют вторую последовательность временных интервалов (фиг. 1в). Формируют третью последо вательность временных интервалов, длительность каждого из которых определяется моментами начала и конца соответствующих временных интервалов из первой и второй последовательностей временных интервалов ц , (фиг. К). Полученную суммарную последовательность заполняют сигналом опорно частоты f. Подсчитывают разность числа периодов (импульсов) опорной частоты на чередующихся интервалах суммарной последовательности (на фиг. 1 импульсы опорной частоты на указанных интервалах условно показаны разнополярными), Эту разность накапливают и преобразуют в аналого вый сигнал Z, который суммируют с третьим и четвертым пороговыми напряжениями Oj и П. Величины пороговых напряжений задают следующим образом: П, Uj., П -Ue, П, у + Z, у - Z.

Как следует из фиг, 16, каждый цикл преобразования состоит из четырех временных интервалов (тактов)

Разность длительностей этих временных интервалов равна С f, , f4 . Длительности этих временных интервалов равны U.- Y+ZU-Y-Z V M-rrrr .Tu 7-ir-. (5) 2 И о и -Ytl - Т t.xT м-х ; 3 и Ujj-X Разность длительностей этих четырех временных интервалов равна и„г-ху r 2 V 4 HTT-:r-- ) Согласно одному из вариантов способа формируют только одну последовательность временных интервалов между моментами сравнения развертывающих напряжений R(t) и R-(t) с третьим и четвертым пороговыми напряжениями П, и П (фиг. 1е). Эта последовательность состоит из двух временных интервалов f и f в каждом цикле преобразования. Указанную последовательность заполняют сигналом опорной частоты f, подсчитывают разность числа периодов (имппльсов) сигнала опорной частоты на чередующихся временных интервалах Т и -IT этой последовательности. Полученную разность накапливают, накопленное значение разности преобразуют в аналоговый сигнал Z, который суммируют с первым и вторым пороговыми напряжениями П и П. В первом случае первое и второе пороговые напряжения П;, П постоянны, П с с пороговые напряжения П и П ц. изменяют аналоговым сигналом Z:n.g Y + Z, П4 -Y + Z. Во втором случае П Z, П -Y (на -Uj, + Z, П Y, П фиг. id) значения пороговых напряжеНИИ для этого случая указаны в скобках) . В обоих случаях длительность двух временных интервалов преобразования равна и и tXY-UpZ С--АТ ° 1 « 4Т., , , (.- Согласно обоим вариантам способа Сформированные временные интервалы заполняют сигналом опорной частоты fg , подсчитывают и накапливают разкость числа периодов (импульсов) сигнала опорной частоты в чередующихся временных интервалах. Приращение разности числа периодов (импульсов) сигнала опорной частоты за каждый цикл преобразования очеввдно пропорционально разности временных интервалов за этот цикл, т.е. xv-UpZ , (1) Накопление указанной разности производят непрерывно, а накопленный цифровой код N преобразуют в аналоговый сигнал Z KN.Очевидно, что изменение цифрового кода N прекратится, когда приращение разности лМ станет равным нулю, т.е. XY - KUoN XY О или N T-:T- (1г) °.-. Следовательно, в установившемся ре„ , „ жиме аналоговьш сигнал Z и цифровой код N пропорциональны произведению входных сигналов, причем, как следует из выражения (11), стабильность опорной частоты не влияет на точност преобразования. Преимущества предложенного способа перемножения аналоговых сигналов и ег варианта по сравнению с прототипом заключаются в исключении второго промежуточного преобразования произведения в разность длительностей интервалов времени, что исключает и погрешности, вносимые этим преобразованием Повышение точности достигается также использованием обратной связи. Погреш ности определяются в основном только нелинейностью аналого-цифрового преобразования. Знаки сомножителей Хи У быть пг/оизвоЛьн1)1МИ, т.е. реализуется четырехквадрантное умножение. На фиг. 2 приведена одна из возможных схемных реализаций способа. Устройство, реализующее способ перемножения аналоговых сигналов„содердит интегратор 1, компараторы 2 и 3, логический элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ 11 7. (ИСКЛЮЧАЮЩЕК 1ШП) 4, генерлтор з опорной частоты, реверсивньш счстчик 6, блок 7 кндикации, цифроаналоговын преобразователь 8 (НЛП) и устройство 9 коммутации знака, входы 10 и 11 соответственно первого н второго сигналов-сомножителей. Выходной сигнал-сомножитель X подключен к входу суммирующего интегратора 1,нГвторой входкоторого подают опорное напряжение -f U., с выхода компаратора 2. Сигнал положительной обратной связи, подаваемьп с выхода компаратора 2 на его неипвертирующий вход, определяет первое и второе пороговые напряжения П и П . Последовательно соединенные интегратор 1 и компаратор 2 работают в рсжиме автогенератора. На выходе интегратора 1 формируются линейно изменяюпщёся развертывающие напряжения R(i) и К,(.), а на выходе компаратора 2 - прямоугольное напряжение (меандр), определяющее первую последовательность временных интервалов (фиг. 16). Выход интегратора 1 подключен к одному входу компаратора 3, на другой вход которого поданы входной сигнал У и сигнал + 2, определяющ определяющие третье и четвертое пороговые напряжения П и П .. Компаратор 3 сравниВост развертывающие напряжения с пороговыми и формируют вторую последовательность временных интервалов (фиг. IB). Выходы компараторов 2 и 3 подключены к входу логического элемента НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ 4, с помощью которого логически суммируются сформированные на их выходах последовательности временных интервалов. Выход логического элемента НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ 4 подключен к входу, управляющему направлением счета реверсивного счетчика 6, к счетному входу которого подключен выход генератора 5 опорной частоты. Реверсивньй счетчик 6 подсчитывает разность импульсов в примыкающих временных интервалах суммарной последовательности и накапливает эту разность. Информационные выходы реверсивного счетчика 6 подключены к входам блока 7 индикации и ЦАП 8. На выходе ЦАП 8 формируется аналоговый сигнал Z, пропорциональный, цифровому коду N, накопленному в счетчике 6. С выхода ЦАП этот сигнал по91г.тупает на вход устройства 9 коммутации знака, которое в зависимости от знака вькодного напряжения компаратора 2 изменяет знак сигнала 2 , подаваемого на вход компаратора 3. В установившемся режиме суммарная длительность положительных и отрицательных импульсов временных интервалов на выходе логического элемента НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ 4, соответствующая логическому нулю и логической единице, равны. Следовательно, в счетчик 6 поступает равное число импульсов на сложение и вычитание и код, записанный в счетчике 6, не изменяется а его значение соответствует произведению входных сигналов. Схема, приведенная на фиг. 3, иллюстрирует одну из возможных реализаций способа перемножения аналоговых сигналов. На этой С2{еме сохранены номера всех функциональных блоков согласно фиг. 2. В этой схеме входной сигнал У, оп ределяющий третье и четвертое пороговые напряжения П и П, подай на вход устройства 9 коммутации знака, уп11)авляемого компаратором 2. Сигнал +У подан на вход компаратора 2, где суммируется с аналоговым сигналом Z Суммарньй сигнал +У + Z сравнивается компаратором 3 с развертывающими наI I JmiiiiiiiL ЦТ,

(Uc-z} / 710 пряжениями R(t) и ) . Компаратор 3 формирует последовательность временных интервалов. Выходной сигнал компаратора 3 управляет направлением счета реверсивного счетчика 6. В остальном работа схемы согласно фиг. 3 не отличается от работы схемы, показанной на фиг. 2. Как следует из схемы фиг. 3, здесь не используется последовательность временных интервалов на выходе компаратора 2 и отсутствует логический элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, производящий логическое суммирование последовательностей временных интервалов. Согласно варианту способа сигналом Z можно изменять не третье и четвертое пороговые напряжения П и Пу, а первое и второе пороговые напряжения и П. В этом случае сигнал ют на вход компаратора 2, как показано на фиг. 3 пунктиром. Технико-экономическое преимущество предложенного способа перемножения аналоговых сигналов в отличие от способа-прототипа состоит в повышении точности преобразования за счет исключения погрешности, вносимой вторым промежуточным преобразованием произведения в разность длительностей интервалов времени.