Устройство для возведения в куб Советский патент 1987 года по МПК G06G7/20 

1128380

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике.

Цель изобретения - повышение точности.

На фиг.1 приведена структурная 5 схема устройства для возведения в куб; на фиг.2 - один из возможных вариантов выполнения пороговых элемей- ,тов.

Устройство для возведения в куб

на фиг.1 содержит первый сумматор 1,, один из входов которого является входом устройства, пороговые элементы (ПЭ) 2,3 и 4 первой группы 5, второй сумматор 6, пороговые злементы 7,8 и 9 второй группы 10, ключи И, 12 и 13 первой группы 14, ключи 15, 16 и 17 второй группы IB, ключи 19,20 и 21 третьей группы 22, третий сумматор 23, ключи 24, 25 и 26 четвертой группы 27, кубатор 28, квадратор 29, ключи 30р31 и 32 пятой группы 33, четвертый сумматор 34. Выход сумматора 34 является выходом устройства. Пороговый элемент на фиг.2 содержит первый 3,5 5 второй 36 компараторь:: сигнала, первый 37 и второй 38 источники опорного напряжения разного зна- ка, элемент ИЛИ 39, элемент И 40, инвертор 41, управляемые ключи 42 - 46 .Пороговый элемент имеет информадион- ньй вход 47 и вход управления 48, первьш 49 и второй 50 выходы управления, выходы 51J 52 и 53 опорных сигналов, на которых действуют опорные напряжения, используемые для формирования опорных сигналов Х;(Хр; Х(Х|); Xi соответственно, У пороговых элементов первой группы 5 ключ 46 и клемма 53 отсутствуют, следова- тельно выходы 51 - первый, а 52 - второй, У пороговых элементов второй группы 10 первый - 51, второй - 53 и третий -. 52 выходы опорных сигналов

Устройство для возведения в куб работает следующим образом.

Входной аналоговьй сигнал подается на вход 47, связанный с входали компараторов 35 и 36. Допустим, что полярность входного сигнала положительная, а его величина превышает порог срабатывания компаратора 35. Тогда, на его выходе установится сигнал соответствующий 1, который открыва Т ключ 42, а также через элемент ИЛИ 39 поступает на вход элемента И 40 и на выход 50. На вход 48 подается сигнал управления, снимаемый -с второ5

0

5

0

5

35 0

5

0 55

го выхода управления пороговог о элемента, порог срабатывания которого больше, чем у рассматриваемого. Он инвертируется в блоке 41 и подается на второй вход Элемента И 40. Таким образом, на первом выходе управления

49сформируется 1 в том случае, если сработал компаратор 35 и на входе 48 действует сигнал, соответствующий О. Выходной сигнал компаратора 35 открывает ключ 42, через который подается опорное напряжение соответствующего знака с источника- 37 на ключи 44 и 45. Знак опорного напряжения, подаваемого на ключ 46 (формирование сигнала. соотБетствующего XJ), не изменяется. Управление ключами 44, 45 и 46 осуществляется выходнь;м сигналом блока 40. При отрицательной полярности входного сигнала срабатывает компаратор 36. открывающей ключ 43, через который на ключи 44 и 45 пода.ется опорный сигнал с выхода нс- точника 38. Следовательно, если и.5, lUni и на входе 48 сигнал равен О, i-й пороговый элемент формирует два сигнала управления и три опорных сигнала (два опорны х сигнала /для ПЭ группы 5). Здесь jU.-, 1 - модуль порога срабатывания i-ro порогового элемента. У ПЭ. настроенного на первый порог срабатывания, Ь ,; U,-| ,,,ц , выход

50не используется 5 а -у ИЭ, настроенного на максимальный порог срабатывания, на входе 48 постоянно действует О (заземляется),

Устройство для возведения в куб, структурная схема которого представлена на фиг„1, работает следующим образоМо Бходь ой сигнал X подается ма информационные входы пороговых : элементов 2,3 и 4 группы 5 и че твер- тый вход сумматора t. Сработавший пороговый элемент группы 5 формирует с необходимым знаком сигнал, пропорциональный значению опорного сигнала Xj, сигнал пропорциональный значению Х, сигнал для управления соответствующими ключами из групп 14 и 22, сигнал для управления (блокирования) пороговым элементом, уровень срабатывания которого ниже, чем у рассматриваемого. Сигнал подается на вход сумматора 1, где вычитается (алгебра- ически-складывается) с входным сигналом X, На сумматора 1 формируется сигнал ,(), который подается на первый вход второго сумматора 6, на сигнальные вход)1 ключей 11,12 и 13 группы 14, на информационные входы пороговых элементов 7,8 и 9 группы 10. Здесь К - коэффициент передачи сумматора 1, Сработавший по роговый элемент группы 10 формирует с необходимым знаком опорные сигналы пропорциональные значениям Х.; Х.; Х, сигнал для управления соответствующими ключами из групп 18,33,27, сигнал для блокирования работы порогового элемента, уровень срабатывани которого ниже, чем у рассматриваемого. Сигнал X; подается на вход сумматора 6, где вычитается из сигнала Х,К,(Х-Х). На выходе сумматора 6 формируется сигнал

Х KS К (X-X(-X J),

где Kg - коэффициент передачи сумматора 6. Сигнал подается на входы узкодиапазонного кубатора 28 и квадратора 29, на выходах которых действуют сигналы соответственно

Х з КгеКЗ К(Х-Х)-Хз)3; ,К,,}(1 Ц

(X-X;-Xj)2 .

Сигнал Xjg подается на вход третьего сумматора 23, на другие входы которого подаются Сигнал Х через ключи 15,16 и 17 группы 18, сигнал с выходов пороговых элементов группы 10 (клемма 53), пропорциональный . Следовательно, на выходе сумматора сформирован сигнал

К (Х-Х -Xj)2+K2jj KgK, ч

- (X-XL-Xj)+K23 Xj, где К,

К

25

- коэффициенты передачи сумматора 23 по соответствующим входам. Если коэффициенты передачи сумматора 23 положить равными ,gK|K2 1; ,2Х,

то сигнал на выходе сумматора 23 можно записать в виде X2s(X-X;-Xj)2+2X, (Х-Х;-Х|)+Х2. (Х-Х J

Сигнал Хгзчерез ключи 19,20 и 21 группы 22 с коэффициентом передачи подается на входы четвертого сумматора 34. На входы сумматора 34 также подаются сигнал, пропорциональный , . с вторых выходов пороговых элементов 7,8 и 9 группы 10; сигнал, пропорциональный КХ, с вторых выходов пороговых элементов 2,3 и 4 группы 5; сигнал Х через ключи 11,12 и 13 группы 14 с коэффициентом передачи сигнал Х сигнал Хд через ключи и 32 группы 33 с коэффициентом передачи сигнал Х29 через ключи 24,25 и 26 группы 27 с коэффициентом передачи К, ,

Таким образом, на выходе сумматора 34, являющегося выходом устройства, действует сигнал

XjrX,+K5.J 2)+Кз.зХб+КХЗз -К;,-,,;Х1 -f + КХЗ, .

Если положить здесь коэффициенты передачи равными

--эу, I S-blb.. v -Tvav. -i -J К J

гз

к.

К,, ЗХ;К; К;,, ,

то сигнал на выходе сумматора запишется в виде

х,,К2,к|кэ (х-х, -Xj)3 +3XjK Klц (х-х, - -Xj) 2 +3X2; к (х-х , -X i) +кх,+зх .,к (х-х - -Xj )2+х2 +2х (x-Xi -XL) +зх к(х-Х| )-f

+ КХ КХЗ ,

где К| К - общий коэффициент

преобразования устройства.

Как видно из приведенных выше формул, нелинейному преобразованию подвергается не вся величина входного- сигнала X, а лишь разность между входным и некоторыми опорными сигналами, Х|- и Xj. Это позволяет расширить динамический диапазон сигналов для применяемых в схеме квадратора и кубатора, а также уменьшить влияние из погрешностей на общую погрешность преоб- разованр я.

Пусть известны величины абсолютных максимальных погрешностей на выходах узкодиапазонных квадратора - и и кубатора -д,,,. Тогда, опуская коэффициент преобразования К, сигнал на выходе устройства с учетом погрешностей можно записать в виде

Xj X +Am(X-X:-Xj)3+ 2m+3Xj (Х-Х;-Xj ) (X-X;-X;) (X-X; -X; ) 2 -f Д,+2Х (X-X Xj )+X +3Xf x

x(X-Xi)+X,

Приведенная к выходу устройства погрещность преобразования запишется в

виде

ia.:.i j:,. v . XL XL

.5 По определению

Ajpi fiz

где , Yj - приведенная к выходу погрешность квадратора 29;

Х29. (,

-Х(Х;) - максимальный выходной сигнал

квадратора 29; приведенная к i ность кубатора 28;

Но - приведенная к выходу погреш128

мпГ

) -максимальный выходной сигнал

кубатора 28.

Обозначим ,/(Х-Х,- ) ; т(Х- -X;)/(X-Xi-Xj)n,

откуда m(X-Xi-Xj)rt,, где пит- t5 коэффициенты расширения первой и второй ступени аналого-дискретного преобразования сиг1шла X, С учетом тогО; что Xi/X,,1 и Xj/Xfrflj приведенная к выходз/ устройства погрешность имеет 20

НМД

)0

7 От г, Ь и о и

П т гт2,г,2

Таким образом5 показано, что погрешность узкодиапазонного кубатора Jfj. ослабляется п т раз в общей norpeui- ности преобразования. В прототипе обеспечено ослабление погрешности кубатора в п раз„

Описание и стрз ктурная схема З стройства по фиг, составлены для случая

Среди положительных качеств предлагаемого устройства следует отметить высокую точность преобразования5 широкий динамический и частотный диапазон входных сигналов, определяемый в основном быстродействием аналоговых переключателей. Заметим, что при соответствующем вь;боре значений п и га заданная методическая погрешность преобразования быть достигнута без применения узкодиапазонного куба

ример, при приведенная 45 четвертая и пятая методическая погрешность содержащая узкодиапазонный составляет 0,,,

узкодиапазонного к к выходу второго с ционным входам клю пы, выходы которых тьей группе входов тора, четвертая,. группы входов кото ответственно с вых группы, вторыми вы налов пороговых эл группы и третьими сигналов пороговых группы, управляющи вертой и пятой гру

Формула изобретения

Устройство для возведения в куб, содержащее первый сумматор, подклю- ненньй первым входом к информационному входу устройства соединенном с информационными входами пороговых элементов первой группы, первые выходы опорных сигналов которых подключены к второму, третьему и четвертому

t5 20

838036

входам первого сумматора, соединенного выходом с информационными входами пороговых элементов второй группы, информационными входами ключей первой группы и первымвходом второго сумматора, соединенного выходом с информа- дионными входами ключей второй группы и входом квадратора, первый управляемый выход каждого i-ro порогового

)0 элемента первой и второй rpyrni подключены к управляющему входу (i+1)-ro порогового элемента в соответствующей группе, а управляющие входы первых пороговых элементов первой и второй групп подключены к шине нулевого потенциала, вторые управляю-дие пь;ходы пороговых элементов первой гругигы подключены к управляющим входам соответствующих ключей первой и третьей групп, первые выходы опорных сигналов пороговых элементов второй у руппы rionKJiioMe- ны к второму, третьему и четвертому входам второго сумматора j управляюпдге выходы nopoi OBfcix злемен- тов второй группы поц.ключв :,. К управляющим входам соответству101дих ключей второй группы, пoдклю iel ныx выходами к первой группе вхо; ,оз третт его сумматора, соединенного второй группой

30 входов с вторыми выходами сигналов пороговых элементов второй , дополнительный вход и выход третьего сумматора соедине1;ы соответственно с выходом квадратора и информационны 35 входами ключей третьей группы, выходы ключей первой и третьей групп соединены соответственно с первой и второй группами входов четвертого су: матора5 выход которого является вгыходом

40 устройства, выход узкодиапазонного кубатора подключен к дополнител1;ко ;у входу четвертого сумматора , о т л и чающее с я тем. что, с целью повышения точности, в него введены

25

четвертая и пятая

группы ключей; вход узкодиапазонного кубатора подключен к выходу второго сумматора и информационным входам ключей четвер1 ой группы, выходы которых подключены к третьей группе входов четвертого сумматора, четвертая,. пятая и шестая группы входов которого соеди 1е;;ы соответственно с выходами клЮ Чей пятой группы, вторыми выходами опорных сигналов пороговых элементов первой группы и третьими выходами опорных сигналов пороговых элементов второй группы, управляющие входы ключей четвертой и пятой групп соединены с

1283803 8

. соответствующих входы ключей пятой группы подключены

к выходу квадратора.

ключей второй группы, информационные

Изобретение относится к области аналоговой вычислительной техники. Цель изобретения - повышение точности, Б устройстве на вход узкодиапазонного кубатора подается сигнал второй ступени аналого-дискретного преобразования, что позволяет снизить для него требования по точности. Использование выходного сигнала узкодиапазонного квадратора для реализации полиномов второй и третьей степени разложения кубической параболы позволяет сократить аппаратурные затраты. Для этого в схему дополнительно введены две группы управляемых ключгй, а узкодиапазонньй кубатор подключен к выходу второго сумматора. 2 ил. К 00

Редактор В.Ковтун

Составитель Н.Зайцев

Техред PI.Попович Корректор М.Максимипшнец

Заказ 7444/4СЛтираж 670 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. А/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул„ Проектная, 4