Множительное устройство Советский патент 1982 года по МПК G06G7/16 

(54) МНОЖИ:уЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

I

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть применено в составе серийно выпускаемых аналоговых и гибридных машин, третьего поколения, в моделирующих комплексах, в измерительных приборах и устройствах, в автоматизированных системах управления, в радиовещании и звукозаписи.

Известны множительные устройства с переменной крутизной типа 525ПС2, которые производят аналоговое умножение двух сигналов 1 .

К недостаткам этих устройств следует отнести их сравнительно высо- . кую погрешность умножения.

.Погрешность умножения (в смысле нелинейности) выражается в том, что если на входы множительного устройства с переменной крутизной подать напряжения Ui и Ug. и произвести умножение с масштабным коэффициентом М, то выходное напряжение UJwx 6удет иметь вид (без учета фазовых, частотных и температурных погрешностей)

+ К-иЛ

ибых MCUiUa.

+ KgUa -i г

+ Kj,U + К5Ц

Ua. + + ,Ue +

+ K,uiu,), .(1)

где К Kj.- 1 - коэффициенты, определяющие величину погрешности.

10

Наиболее близким к предлагаемому является множительное устройство на основе умножителя АД532 с перекрестной связью входов, которое содержит блок умножения с переменной

15 крутизной, выход которого является выходом устройства. Такой метод компенсации погрешностей позволяет свести к нулю коэффициенты К и Kjj в формуле (1) И .

20

Недостатком этого множительного устройства является то, что полная компенсация квадратичной составляющей погрешности умножения не достиг3нута (Ку и Kg не равны нулю), а ку бическая составляющая погрешности вообще не скомпенсирована. Суммарная погрешность может достигать при этом II при входных сигналах, изме няющихся в диапазоне 110 В и масш табном коэффициенте, разном 0,1. Цель изобретения - уменьшение квадратичной и кубической составляю щих погрешности умножения, а следовательно, повышение точности выполнения этой операции. Поставленная цель достигается тем, что в известное множительное устройство, содержащее блок умноже ния с переменной крутизной, выход которого является выходом устройст ва, два квадратичных, преобразователя, два кубических преобразователя и два сумматора, первые входы сумма торов и входы первого квадратичного и первого кубического преобразователей объединены и являются первым входом устройства, выход первого квадратичного преобразователя подключен ко второму входу первого сум матора, выход первого кубического преобразователя подключен к третьем входу первого сумматора, выход второго квадратичного преобразователя подключен к второму входу второго сумматора, выход второго кубического преобразователя подключен к третьему входу второго сумматора, четвертые входы первого и второго сумматоров и входы второго квадратичного и второго кубического преобразователей объединены и являются вто рым входом устройства, выходы первого и второго сумматоров соответственно подключены к первому и второму входам блока умножения с пере.менной крутизной. Выполнение множительного устройства на основе блока умножения с переменной крутизной в совокупности с цепями компенсации погрешностей, выполненными на четырех преобразователях и двух сумматорах, производящих сложение компенсирующих сигналов с входными сигналами (с соответствующими коэффициентами или весами), позволяет значительно уменьшить погрешность умножения и тем самым повысить его точность. Предлагаемая схема компенсации позволяет снизить погрешность умноженир. 3 Сигналы, поступающие на входы основного умножителя, имеют вид - - (2) (3) и, aoU,.tajlJ, ; Uj. , где ao, aj 4 1; a, a., аз, as-, ag, - весовые коэффициенты сумматоров . Выполнив умножение (масштабный коэффициент для удобства примем равным 1), приведя подобные члены и отбросив члены, содержащие коэффициенты четвертого порядка малости, получим соотношение U8b« + 2. 3 + . atajjUTU + + + + ,. () Произведем замену коэффициентов, тогда и8ы. , l , . (5) где bf aoai,; bj. -Э bi, ,; bj- bg азД,; b , Из сравнения выражений (1) и (5) видно, что в последнем присутствуют все компоненты выражения (1) (при М 1), кроме и , которые обычно сводят к нулю путем внешней подстройки либо лазерной подгонкой резисторов на кристалле интегрального умножителя в процессе производства 2. Умножив коэффициенты Ь,..., bj на -t и сложив (1) с (5), получим 2Ugb(x t + Ц)Ци2 + К. и. + ib(x - . - --(./v i-a + + (К - t)uf г- (Ц - + i + (Ks - bOufUa + (Кб - b5)ulu + + (К, - bg) ufUe+(Ke-b;.)U|u. (6) (6) следует, анализа выражения К и Kg нулю (т.е. что при равенстве К и предварительно сбалансированном основном умножителе), bt 1, Кэ bs, Ki, Ьз, KS b, Kg b5, K be и Kg b, т.е. при соответствующем выборе вгесовых коэффициентов а а,, выражение (6) приобретает форму точного умножения Щ,I1 . Таким образом, в данном устройстве введение во входные сигналы основного блока умножения с переменной крутизной специал1 ным образом обработанных входных сигналов позволяет практически полностью скомпенсировать квадратичную и кубическую составляющие погрешности в выходном сигнале множительного устройства.

На чертеже приведена блок-схема множительного устройства.

Множительное устройство содержит блок 1 умножения с переменной кру/тизной, два квадратичных преобразователя 2 и 3 два кубических преобразователя и 5, два сумматора 6 и 7, имеет два входа 8. и 9, выход 1

Первый из перемножаемых сигналов поступает на вход 8 и далее на первые входы сумматоров 6 и 7, а также на входы первого квадратичного 2 и первого кубического преобразователей, которые производят операцию возведения в квадрат и в куб соответственно. С выходов первого квадратичного 2 и первого кубического преобразователей сигналы поступают на второй и третий входы первого сумматора 6 соответственно. Второй входной сигнал поступает на вход Э и далее на четвертые входы сумматоров 6 и 7 соответственно, а также на входы второго квадратичного преобразователя 3 и второго кубического преобразователя 5; выходы которых подключены соответственно к второму и третьему входам второго сумматора 7Сумматоры 6 и 7 производят сложение поступающих на них сигналов с весовыми коэффициентами ао,..., согласно выражениям (2) и (3) на их выходах получаются сигналы U и U , которые затем поступают на входы блока 1 умножения.

Блок 1 умножения производит перемножение сформированных сигналов и вносит, при этом собственные погрешности согласно выражению (1). В приведенном выше анализе выражения (6) показано, что с помощью соответствующего выбора весовых коэффициентов сумматоров (Пдi. .., а) и их знаков можно скомпенсировать квадратичные и кубические составляющие погрешности, возникающие в блоке умножения с переменной крутизной, причем компенсация (сложение) происходит в самом блоке умножения за счет специальным образом сформированных (при помощи преобразовлгелей) входных сигналов.

Предлагаемое множительное устройство позволяет за счет уменьшенияквадратичной и кубической составляющих погрешности значительно снизить суммарную погрешность умножения.

Экспериментально доказано, что суммарную погрешность (в смысле нелинейности) удается снизить на 1-2 порядка по сравнению с прототипом и тем самым значительно увеличить точность умножения.

Следует отметить, что усложнение схемы множительного устройства в

случае его выполнения по интегральной технологии незначительно, так как дополнительные функциональные преобразователи могут быть грубыми устройствами, а сумматоры можно использовать простейшие, например на резисторах либо на операционных усилителях, как требования к точности преобразователей -достаточно низкие (погрешность до 10%), то их

схемные решения могут быть весьма разнообразными (интегральные умножители, преобразователи с кусочной аппроксимацией и т.д.).

30

Формула изобретения

Множительное устройство, содержащее, блок умножения с переменной крутизной, выход которого является выходом устройства, .отличающееся тем, что, с целью повышения точности умножения путем уменьшения квадратичной и кубической составляющих погрешности, в него введены два квадратичных преобразователя, два кубических преобразователя и два сумматора, первые входы сумматоров и входы первого квадратичного и первого кубического преобразователей объединены и являются первым входом устройства, выход первого квадратичного преобразователя i подключен к второму входу первого сумматора, выход первого кубического преобразователя подключен к третьему входу первого сумматора, выход второго квадратичного преобразователя подключен к второму входу второго сумматора, выход второго кубического преобразователя подключен к третьему входу второго сумматора, четвертые входы первого и второго сумматоров и входы второго квад7ратичного и второго кубического пре образователей объединены и являются вторым входом устройства, выходы первого и второго сумматоров соответственно подключены к первому и второму входам блока умножения с переменной крутизной.

/

/

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Паспорт на интегральную микросхему 525ПС2. 2,Справочник по нелинейным схемам. Под ред. Д.Шейнголда. М., Мир, 1977, гл. 3.2 (прототип).