Гибридное множительное устройство Советский патент 1987 года по МПК G06G7/16 

Изобретение относится к ана.чгл овой вычислительной технике и может быть использовано в системах и устройствах автоматики.

Цель изобретения - повьииение точности перемножения.

На фиг. 1 представлена структурная схема гибридного множительного устройства; на фиг. 2 - временные диаг раммы сигналов в различных точках схемы.

Гибридное множительное устройство содержит логарифмический АЦП 1, второй CVM- матор 2, ключ 3, элемент ИЛИ -НЕ 4, первый источник 5 опорного напряжения (ИОН)., цифроаналоговый преобразователь 6 с Л01 а- рифмической зависимостью преобразоЕ апия по цифровому входу, блок 7 вычитания, второй ИОН 8, аналоговый перемножитель (АП) 9, первый 10 и второй 1 цифро- аналоговые преобразователи с показательной зависимостью преобразования по цифровому входу, первый сумматор 12, первый 13 и второй 4 входы устройства, выход 15 устройства. Вход логарифмического АЦГ , объединенный с одним из входов сумматора 2, является входом 13 устройства, а выход соединен с входом элемента ИЛИ - НЕ 4 и цифровыми входами УФЦАП 6, 10 И 11, аналоговые входы которых подключены соответственно к выходу сумматора 2, к второму входу АИ 9, объединенному с входом 14 устройства, и к выходу АП 9. Выходы блоков 6, 10 и II подключены соответственно к неинвертирующему входу блока 7 вычитания и к двум входам сумматора 12, выход которого является выходом 15 устройства. Выходы ИОН 5 и 8 соединены соответственно с информацион- ным входом ключа 3 и инвертируюни1М входом блока 7 вычитания, выход которого подключен к первому входу АП 9, управляющий вход ключа 3 соединен с выходом элемента ИЛИ- НЕ 4, а выход -- с вторым входом сумматора 2.

Гибридное множительное устройство работает следующим образом.

Один из сомножите, :ей X с входа 13 устройства поступает на вход логарифмического АЦП i. Уровни квантования X, I a- кого АЦП, общее число которых равно М, расположены в пределах рабочего диапазона О - Хмакс неравномерно в соответствии с соотнощением

где С

. / / М +1 -

- константа, а D Х«ак./

Xi - диапазон логарифмической зависимости Х| 0.

Характеристика квантования логарифмических АЦП за пределами логарифмической зависимости {О sc; X X|), как правило, линейна. В данном случае, поскольку диацазон D логарифмической зависимости

достаточно широк, интервал О Xi, выхо- ;1ЯП1ий за ее пределы, не содержит дополнительных равномерно расположенных уровней квантования.

Зависимость значений i кодового сигнала на выходе логарифмического АЦП (щтрих- иунктирная линия) от значений сомножителя X (сплоншая линия) представлена на фиг. 2 (Змакс - рабочий диапазон сигналов в устройстве).

Сомножитель X с входа 13 устройства поступает также на один вход суммато- la 2, к второму входу которого приложено опорное напряжепие EI источника 5, коммутируемое ключом 3. Последний управля5 ется выходным логическим сигналом элемента ИЛИ - НЕ 4, на входы которого поступает выходной кодовый сигнал логарифмического АЦП 1. При условии, что выходным кодом АЦП 1 является прямой параллельный код, логический сигнал на выхо0 дс элемента 4 равен единице лишь в единичном случае - когда i О, т.е. в нулевом интервале квантования. Таким образо.м, напряжение EI, значение которого выбирается равным

25

Р А Е..КС(2)

L, -- с-1- {С-1)С

коммутируется на вход сукматора 2 лишь при значении кода i на выходе .АЦП 1, равном нулю, т.е. при значениях сомно- жителя X, соответствующих нулевому интервалу квантования. Таки.м образом,выходной сигнал X сумматора 2 равен

35

X

X + Ei, 0 X Х|

,Х,..кс.

Форма сигнала X представлена на фиг. 2 а П1триховой линией. Указанное нреобразова- ние сигнала X в еигна.л X обусловлено не- 0 обходимостью исключения нулевых и близких к нулю значений сигнала, поступающего на аналоговый вход Г1,АП 6.

Формирование сигнала аналогового остатка осуществляется при помощи ЦАП 6, на цифровой вход которого поступает кодовый сигнал i с выхода логарифмического АЦП 1, а на аналоговый вход - сигнал X с выхода сумматора 2. ЦАП 6 обладает логарифмической зависимостью преобразования Q кода i в выходной аналоговый сигнал Хо.

Для соответствующих значений управляющего кода i ЦАП 6 обеспечивает следующие коэффициенты передачи аналогового сигнала X :

Kso (С -- Г) С

(4)

55Кб С -.(5)

Нетрудно убедиться, что указанные значе- 1И1Я Кео и Кб/ обеспечивают выделение сигнала Хо в форме, показанной на фиг. 2 б.

причем во всем диапазоне сигнала X, Хмаы-

const и Хо«ин С Х пмакс(6)

Поступая далее на суммирующий вход блока 7 вычитания сигнал Х о смещается на величину

Ео

С

(7)

которая поступает с выхода ИОН 8, при этом минимальный уровень сигнала Хо приводится к нулевому уровню. На выходе блока 7 осуществляется масщтабирование сигнала остатка на величину

k

С

С(8)

с целью согласования диапазона входных сигналов АП с диапазоном XQ. Форма сигнала остатка Хо с учетом масштабирования представлена на фиг. 2 в.

Умножение остатка Хо на второй сомножитель Y, поступающий с входа 14 устройства, реализуется в блоке АП 9. Для лучшей наглядности диаграмм фиг. 2 принято, что Y Змакс const.

Произведение XoY поступает далее на аналоговый вход ЦАП 11, обладающего показательной характеристикой преобразования по цифровому входу и предназначенного для обратного масштабирования выходного сигнала АП 9. Коэффициенты передачи аналогового сигнала для ЦАП 11 определяются соотношениями

С

С-1

-С(9) (10)

Форма сигнала на выходе УФЦАП 11 показана на фиг. 2 г.

Кодовый сигнал i с выхода логарифмического АЦП 1 подается также на цифровой вход УФЦАП 10, на аналоговый вход которого поступает второй сомножитель У с входа 14 устройства. УФЦАП 10 обладает показательной функцией преобразования цифрового кода в аналог и реализует умножение указанной функции кода i на сигнал У. Коэффициенты передачи аналогового сигнала для блока 10 выбираются из соотношений

К,(И)

К,С- .(12)

Форма выходного сигнала ЦАП 10, который представляет собой произведение код- аналог, показана на фиг. 2д.

Выходные сигналы Z и Zo УФЦАП 10 и 1 1 поступают на входы сумматора 12, причем второе слагаемое подвергается дополнительному масштабированию с коэффициентом (соотн. (8). Выходной сигнал сумматора 12 является выходным сигналом Z устройства, пропорциональным произведению сомножителей X и У (фиг. 2е).

Проанализируем точностные характеристики устройства. Погрец ность выходного си| нала Z в первом приближении равна сумме двух составляющих погрещности кана- г ла перемножения код-аналог, обусловленной погрешностью УФЦАП 10, и погрешности аналогового канала, которая, в свою очередь, обусловлена погрешностями АП 9 и ЦАП 11. Что касается погрешностей блоков 10 и 11, то они, в основном, опре деляются статическими погрешностями ключей и могут быть сведены к достаточно малому уровню (сотые доли процента). Влияние погрешности ЦАП I I, кроме того, снижено вследствие масштабирования сигнала

5 Zo на входе сум.матора 12. Основным фактором, оказывающим влияние на точность устройства, является погрешность Лап перемножителя 9. Эта погрешность, поступая вместе с сигналом Zo на вход сумматора 12 через ЦАП 1 1, подвергается переменному

0 масштабированию, причем масштабный коэффициент зависит от кода i логарифмического АЦП 1 (соотн. (10) и, следовательно, от уровня сигнала X. Так как зависимость масштабного коэффициента К,

f(i) показательная, а зависимость i f(X) - логарифмическая, то результирующая зависимость К, f(X) (если не учитывать квантование) - линейка. Таким образом, степень влияния погрещности АП 9 на точность перемножения в устройстве в

0 первом приближении пропорциональна значению сомножителя X, при малых значениях X погрешность перемножения (ее абсолютное значение) существенно ниже, чем при значениях, близких к Х«акс. В последнем случае влияние погрешности АП 9 снижено

5 в k раз.

Значение k, в свою очередь, обусловлено числом М уровней квантования (разрядностью) логарифмического АЦП 1. Так, для М 15 и D 100 получаем С 1,359 и k 3,78. Это означает, что относитель0 ная погрешность перемножения в устройстве меньше максимальной приведенной погрешности АП 9 в 3,78 раза, причем это соотношение сохраняется во всем диапазоне КЯХмакс X Хчакс.

45

Формула изобретения

Гибридное множительное устройство, содержащее логарифмический аналого-цифровой преобразователь, блок вычитания, аналоговый перемножнтель и первый сумматор, выход которого является выходом устройства, вход логарифмического аналого-цифрового преобразователя является первым входом устройства, первый вход аналогового перемножителя подк,пючен к выходу блока вычитания, а второй вход является вторым входом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности перемножения, в него введены функциональный цифроаналотовый преобразователь с логарифмической aaiincHMOCTbro преобразования по цифровому входу, первый и второй цифроана- логовые преобразователи с юказательной зависимостью преобразования по цифровому входу, второй сумматор, ключ, элемент ИЛИ-НЕ, первый и второй источники опорных напряжений, выходы которых подключены соответственно к информационному входу ключа и к инвертируюпхему входу блока вычитания, выход логарифмического аналого-цифрового преобразователя соединен с входом элемента ИЛИ-НЕ и цифровыми входами соответственно цифроаналогового преобразователя с логарифмической зависимос

тью преобразования по цифровому входу и первого, второго цифроаналоговых преобразователей с показательной зависимостью преобразования по цифровому входу, подключенных аналоговыми входами соответственно к выходу второго сумматора, к второму входу устройства и к выходу аналогового перемножителя, а выходами - соответственно к неинвертирующему входу блока вычитания и к первому и второму входам первого сумматора, выход элемента ИЛИ - НЕ соединен с управляющим входом ключа, первый и второй входы второго сумматора подключены соответственно к выходу ключа и к первому входу устройства.

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в системах и устройствах автоматики, в частности в устройствах измерения энергии импульсных сигналов. Целью изобретения является повышение точ ности перемножения. Устройство содержит логарифмический аналого-цифровой преобразователь 1, сумматор 2, ключ 3, элемент ИЛИ - НЕ 4, первый источник онор- ного напряжения 5. цифроаналоговый преобразователь 6 с логарифмической зависимостью преобразования по цифровому входу, блок вычитания 7, второй источник опорного напряжения 8, аналоговый перемножитель 9, первый 10 и второй 11 цифроана- логовые преобразователи с показательной зависимостью преобразования по цифровому входу и сумматор 12. Устройство имеет первый 13 и второй 14 входы и вы.ход 15. Достижение поставленной цели обеспечено за счет исключения из состава устройства дополнительного канала перемножения, содер- жаш,его аналоговый перемножитель с невысокими точностными характеристиками, и введения на выходе канала умножения остатка переменного масштабирования, пропорционального значению квантуемого сомножителя. 2 ил. 7 (О сл 00 1чЭ сл сд 9иг.1