Множительно-делительное устройство Советский патент 1980 года по МПК G06G7/16 

/54) МНОЖИТБЛЬНО-ДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике и предназначено для умножения и деления аналоговых электрических сигналов . Известны устройства для умножения и деления электрических сигналов, содержащие полевой транзисто как управляемый делитель напряжения коэффициент передачи которого зависит от величины напряжения, подаваемого на затвор полевого транзистора 1 . Однако такие устройства имеют малый динамический диапазон работы и высокую чувствительность к разбросу параметров полевых транзисторов при этом точность работы сильно зависит от внешних условий (например температуры). Это объясняется малой величиной линейной зон характеристики транзисторов и зависимостью этой зоны от типа транзистора и от внешних условий. Известны устройства для умножения и деления, использующие полевой транзистор как элемент с управляемой проводимостью, причем для ра ширения динамического диапазона, по вышения линейн.ости и компенсации те пературных дрейфов испол зуются one рационные усилители и второй полевой транзистор, спаренный с первым . К недостаткам известных технических решений следует отнести необходимость использования спаренных транзисторов с полностью идентичными характеристиками, что требует специального подбора элементов. Наиболее близким техническим решением является множительно-делительное устройство 3 , содержащее первый операционный блок с запоминанием, первый вход которого является первым входом устройства, второй операционный блок с запоминанием, второй вход которого соединен с его вьрсодом и с выходом устройства, вхйдной ключ, первый и второй входы которого являются соответственно вторым и третьим входами устройства, выходной ключ, первый выход которого соединен со вторь входом первого операционного блока, а второй выход - с первым входом второго операционного блока, управляемый линейныйэлемент, первый вход которого соединен с выходом входного ключа, второй вход - с выходом первого операционного блока, а выход - со входом выходного ключа, и тактирующий генератор, выход которого соединен с управляющими входами всех ключей и операционных блоков . Это устройство имеетвысокую точность работы, причем нет необходимости в специальном подборе полевых транзисторов.

Недостатком такого устройства является низкое быстродействие,поскольку операция умножение-деление выполняется последовательно во времени за два рабочих такта причем в течение одного такта выходной сигнал устройства запоминается и сохраняет постоянное значение независимо от изменения входного сигнала.

Цель изобретения - повышение быстродействия- устройства при высокой тоности работы.

Для достижения цели в множительноделит ельное устройство, содержащее первый операционный блок с запоминанием, первый вход которого является первым входом устройства, второй операционный блок с запоминанием, первый входной ключ, первый и второй входы которого являются соответственно вторым и третьим входами устройства,выходной ключ, управляемый линейный элемент, первый вход которого подключен к выходу первого входного ключа, второй вход подключен к выходу первого операционного блока, а выход подключен к первому входу выходного ключа, который соединен со вторым входом первого операционного блока, и тактирующий генератор, выхо которого подключен к управляющим входам всех ключей и к управляющему входу первого операционного блока, введёны второй входной ключ, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому и второму входам первого входного ключа, второй управляемый линейный элемент, первый вход которого соединен с выходом второго входного ключа, второй вход подключен к выходу второго операционного блока, а выход подключен ко второму входу выходного ключа, и инвертор, причем первый вход 13то рого операционного блока подключен к первому входу первого операЦШЗнйбгЬ блока, второй вход соединен со вторы входом выходного ключа, выход тактирующего генератора соединен через инвертор с управляющими входами . втброго операционного блока и второго входного ключа.

, Связь первого входа второго операционного блока с первым входом .первого операционного блока, являющегося входом устройства, и -введение в устройство второго входного ключа, первый вход которого соединен с первым и вторым входами первого входного ключа, которые являйтся,; в торым И- третьим входами устройства, и второго управляющего линей ного элемента, первый вход которо

го соединен с .выходом второго входного ключа, второй вход - с выходом второго операционного блока, позволяет формировать коэффициентсомножитель, пропорциональный от- ношению величин сигналов на первом и втором входах устройства, в течение такта работы, когда происходит умножение сигнала, поданного на третий, вход устройства, на коэффи циент-сдмножитель, сформированный в предыдущем такте, с .помощью первого входного ключа, первого операционного блока и первого линейного элемента, второй вход которого соединен с выходом первого операционного блока. Связь управляющих входов второго входного ключа и второго операционного блока с выходом тактирующего генератора через введенный инвертор позволяет организовать

0 поочередное формирование коэффициента-сомножиг еля в каждом такте работы. Поскольку второй вход второго входного ключа является третьим входом устройства, а выход второго управляемого линейного элемента соединен со вторым входом выходного ключа, то на выходе этого ключа, являющимся вь1ходом устройства, в каждом такте работы без задержки будет формироваться сигнал, пропорциональный произведению третьего входного сигнала и коэффициента-сомножителя, пропорционального отношению первого и второго входных сигналов. Таким образом, организация двухтактного параллельного режима работы устройства позволяет формировать величину коэффициента-сомножителя в каждом такте и избежать необходимости в запоминании выходного результата умножения на этот коэффициент, что значительным образом повышает быстродействие устройства.

На чертеже представлена фу кциональная схема предлагаемого устройс ства. ,

Множительно-делительное устройство содержит первый операционный блок с запоминанием 1, второй операционный блок с запоминанием 2,

Q причем первые входы блоков 1 и 2 соединеныс - первым входом устройства 3. В состав операционного блока могут входить, например, операционный усилитель, масштабные резисторы, интегрирующая емкость и ключ. Устрой5 ство содержит два входных ключа 4 и 5, первые входы которых соединены.со вторым входом б, а вторые входы - с третьим входом устройства 7, выходной ключ 8, выход которого соединен

О Р выходом 9 устройства; два управляемых линейных элемент.а 10 и 11, первые входы которых соединеныс выходами соответствующих входных ключей 4 и 5, вторые входы - с выходами соответствующих операционнь1х блоков. 1 и 2, a выходы - с соответствующими входами выходного ключа 8/тактирующ генератор 12 и инвертор 13. Выход управляемого линейного элемента 10 соединен также со вторым входом опе рационного блока 1, а выход элемент 11 ,- со вторым входом блока 2. В ка честве управляемого линейного элемента могут быть использованы, напр мер, операционный усилитель и управ ляемый регистр на основе полевого транзистора. .Выход тактирующего генератора 12 соединен с управляющими входами второго операционного блока 2 и второго входного ключа 5 через инвертор 13, ас управляющими входа ми операционного блока 1, входного ключа 4 и выходного ключа 8 соедине непосредственно. Устройство работает следующим образом. В первом такте работы,предположим при наличии логической 1 на выход генератора 12, операционный блок.1 работает в режиме усиления, т. е. н вход управляемого линейного элемент 10 поступает сигнал, изменяющий коэффициент передачи этого элемента При этом входной ключ 4 подключает входу элемента 10 напряжение, подан ное на второй вход 6 устройства. По кольку на первый вход операционного блока 1 поступает напряжение, подан ное на первый вход 3 устройства, а на второй вход блока 1 подается сиг нал с выхода управляемого линейного .элемента 10, то, ввиду действия обратной связи по второму входу этого элемента, его коэффициент передачи под действием управляющего сигнала с выхода блока 1 устанавливается таким образом, что U;,-K-U, .(1) Из этого следует, что коэффициент передачи элемента 10 равен /u-i(2) В следующем такте работы,предположим при наличии логического О на выходе генератора 12, операционный блок 1 переходит в режим запоминания т. е. сигнал на его выходе, а следовательно, и н& втором входе управляе мого линейного элемента 10 остается постоянным, поддерживая,- таким образом, постоянное значение коэффициента К , определяемое выражением (2). При этом входной ключ 4 подключает к входу элемента 10 напряжение, подаваемое на третий вход 7 устройства, а выход элемента 10 через выходной ключ 8 соединяется с выходом 9 устройства. Следовательно, напряжение на выходе 9 устройства будет определяться выражением ,, -11 Vi

748430 8этом же такте работы на управляющие входы второго операционного блока 2 и второго входного ключа 5 с выхода генератора 12 через инвертор 13 поступает сигнал логической 1. Следовательно, операционный блок 2 будет работать в режиме усиления, управляя коэффициентом передачи линейного элемента 11. Входной ключ 5 соединяет второй вход устройства б со входом управляемого линейного элемента 11. Сигнал с выхода Этого элемента поступает на второй вход операционного блока 2, на первый вход которого подается входной сигнал с первого входа 3 устройства. Управляющий сигнал с выхода операционного блока 2 поступает на второй вход элемента 11, устанавливая коэффициент передачи этого элемента соответственно выражению (2), но уже с учетом возможных изменений входных, сигналов Uj,и и . В последующем такте работы входной ключ 5 подключает ко входу элемента 11 напряжение, подаваемое на третий вход 7 устройства, а выход элемента 11 через ключ 8 соединяется с выходом 9устройства. Таким образом, напряжение на выходе схемы будет определяться выраикением (3) , причем с учетом возможных изменений входных сигналов на данный момент времени. В течение этого же такта работы операционный блок 1 устанавливает новое значение коэффициента передачи управляемого линейного элемента 10, подготавливая его к умножению в следующем такте работы. Из изложенного следует, что, в отличие от прототипа, где как формирование величины /Uj, так и умножение Ug К происходит через такт, в предлагаемом устройстве эти операции выполняются в каждом такте, что позволяет в .два раза повысить частоту пропускания устройства по первому входу 3 ( и ) и второму входу б (U-i ). Кроме того, в результате отсутствия запоминания результата умножения, как это делается в прототипе, предлагаемое устройство позволяет повысить полосу пропускания по третьему входу 7 ( и ) вплоть до границы пропускания операционных блоков 1 и 2. Предлагаемое устройство имеет высокую точность работы, поскольку точность выполнения операции деления Ц /и согласно выражению ( 2 ) зависит только от величины коэффициента усиления операционного блока когда он работает в режиме усиления, а принимая во внимание, что дрейф характеристики управляемого линейного элемента в режиме запоминания за время одного такта практически Отсутствует, тон конечный результат будет точно соответствовать выра жению (3) . Формула изобретения Множительно-делительное устройство, содержащее первый операционный блок с запоминанием, первый вход которого является первым входом устройства, второй операционный блок с запоминанием, первый входной ключ, первый и второй входы которого являются соответственно вторым и третьим входами устройства,выходной ключ,управляелшй линейный элемент,первый вход которого подключен к выходу пер вого ключа,второй вход подключен к выходу первого операционного блока, а выход - к первому входу выходного ключа, который также соединен с вторым входом первого операционного блока, и тактирующий генератор, выхо которого соединен с управляющими вхо дами всех ключей и с управляющим вхо дом первого операционного блока, о т личающееся тем, что, с целью,.

6 7.

10 повьтшения быстродействия, в него введены второй входной ключ, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому и второму входам первого входного ключа, второй управляемый линейный элемент, первый вход которого соединен с выходом второго входного ключа, второй вход подключен к выходу второго операционного блока, а выход - ко второму входу выходного ключа, и инвертор, причем первый вход второго операционного блока подключен к первому входу первого операционного- блока, второй вход соединен со вторым входом выходного ключа, выход тактирующего генератора соединен через инвертор с управляющими входами второго операционного блока и второго входного ключа. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 453703, кл. G 06 G 7/16. 2.Авторское свидетельство СССР № 432526, кл. G Об G 7/16. 3.Авторское свидетельство СССР № 444201, кл. G Об G 7/16 (прототип).