Способ перемножения аналоговых сигналов (его варианты)

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11>

Эиоса С

ГОСУДа СТВЕННЫй КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ1ТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3396571/18-24 (22) 08.02.82 (46) 30.09.84. Бюл. 1(" 36 (72) А.С.Давыдов, В.У.Кизилов, Л.В.Лось и И.И.Смилянский (71) Харьковский ордена Ленина политехнический институт им. В.И.Ленина (53) 681.335(088.8) (5e) 1. Патент Великобритании

Ф 1269906, кл. G 4 G, опублик. 1972 °

2. Мартяшин А.И. и др. Преобразование электрических параметров для систем контроля и измерения.

M. "Энергия", 1976, с. 198-200 (прототип), (54) СПОСОБ ПЕРЕИНОЖЕНИЯ АНАЛОГОВЫХ

СИГНАЛОВ (ЕГО BAPHAHTbf) . (57) 1. Способ перемножения анало— говых сиги \JIQB заключающийся 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, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности при представлении произведения в цифровой форме, формируют третье пороговое напряжение, пропорциональное второму сигналу,сомножителю, интегрированный суммарный сигнал сравнивBloT с Tpf TЬHM по роговым 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 последова/ тельность временных интервалов 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, 2. Способ перемножения аналоговых сигналов, заключающийся 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 раэностный сигнал до момента сравнения с вторым пороговым напряжением, формируют послеловательность временных интервалов между моментами сравнения, временные интервалы заполняют сигналом опорной частоты, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повыше1116437 ния точности при представлении произведения в цифровой форме, формируют третье пороговое напряжение, пропорциональное второму сигналу-сомножителю, интегрированный суммарный сигнал сравнивают с третьим пороговым напряжением, формируют четвертое пороговое напряжение, пропорциональное второму сигналу-сомн ожителю, интегрированный разностный сигнал сравнивают с четвертым пороговым напряжением, фиксируют моменты сравнения интегрированных сигналов с третьим и четвер1

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах.

Известен способ перемножения анало- говых сигналов с представлением произведения в цифровой форме, заключающийся в последовательном преобразовании аналоговых сигналов в код, который реализован в устройстве, содержа- 1p щем интеграторы, компараторы, муль-; типлексоры, логический сумматор P1).

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 способу периодически формируют суммарный сигнал первого сигнала-сомножителя и опорного напряжения и интегрируют полученный суммарный сигнал 2 до момента сравнения с первым пороговым напряжением, формируют разностный сигнал первого сигнала-сомножителя и опорного напряжения и интегУ рируют его .до момента сравнения с вторым пороговым напряжением, формируют последовательность временных интервалов между моментами сравнения, которьии модулируют второй сигналсомножитель, модулированный сигнал преобразовывают в интервал времени, который заполняют сигналом опорной частоты, подсчитывают число периодов тым 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. опорной частоты эа интервал преобразования (2).

Недостатком этого способа является низкая точность, обусловленная наличием промежуточных аналоговых преобразований.

Цель изобретения — повышение 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 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, формируют третье пороговое напряжение, пропорциональное второму сигналу-сомножителю, интегрированный суммарный 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 вре1116437 менных интервалов между моментами сравнения, формируют третью последовательность временных интервалов,длительность каждого из которых опреде-". ляется моментами начала и конца соответствующих временных интервалов из первой и второй последовательностей временных интервалов, заполняют третью последовательность временных интервалов сигналом опорной часто- 1б ты, получают разность числа периодов сигнала опорной частоты в соседних временных интервалах, накапливают полученную разность числа периодов сигнала опорной частоты, преобразу- 11 ют накопленную разность в напряжение и суммируют его с третьим и четвертым пороговыми напряжениями.Указанная цель по второму вариан20 ту 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-сомножителю, интегрированный суммарный сигнал сравнивают с третьим порого- 4О вым напряжением, формируют четвертое пороговое напряжение, пропорциональное второму сигналу-сомножителю, интегрированный разностный сигнал сравнивают с четвертым пороговым 45 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 интервалах, накапливают M полученную разность числа периодов сигнала опорной частоты, накопленную разность числа периодов преобразуют в напряжение и суммируют 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 Х и опорного напряжения U и интегрируют полученный .суммарный сигнал. В результате получают развертывающее напряжение Р„() (фиг.1а,6), изменяющееся по закону

R (tl= (U +x(t))dt+R(01, и где Т „ — постоянная времени интегрирования;

R(0) — начальное значение развертывающей функции.

В случае, когда X(t) = X = const (сигнал Х постоянного тока) или когда можно пренебречь изменением сигнала

Х за время цикла преобразования (частота преобразования значительно выше частоты входного сигнала Х), получим

R (t)=," (0 +«) +R(0) . (Ц и, Интегрирование суммарного сигнала продолжают до момента сравнения

R„(t) с первым пороговым напряжением

П„ (моменты времени ., на фиг. 1a,6).

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

К (Ф) = (u,+ «)Дф+ Й (ф ) (3) и

Е1

r . е .

1116ч37

Интегрирование разностного сигнала продолжают до момента сравнения с вторым пороговым напряжением П2 (моменты времени t на фиг. 1<я,б). Эти операции продолжают, периодически 5 сменяя развертывающую функцию R (t) на К1() и наоборот, причем выдерживают условие В.1(1„) = R (t) и R (t)

= R (t), означающее неразрывность развертывающих функций . Между моментами сравнения интегрированных суммарного и разностного сигнала (развертывающих напряжений R1(t) и R2(t) с первым и вторым пороговыми напряжениями П„ и П ) формируют первую последовательность чередующихся временных интервалов (фиг. 1о).

Формируют третье и четвертое пороговые напряжения П и П, про- 20 порциональные второму сигналу-сомножителю У. Интегрированный суммарный сигнал R,(t) сравнивают с третьим пороговым напряжением П, а интегрированный разностный сигйал — с чет- Z5 вертым пороговым напряжением П.. Межмоментами сравнения R„(t) с П и

Ry(t) с П формируют вторую последовательность временных интервалов (фиг. 1e). Формируют третью последовательность временных интервалов, длительность каждого из которых определяется моментами начала и конца соответствующих временных интервалов из первой и второй последова35 тельностей временных интервалов

2 3 +

Полученную суммарную последовательность заполняют сигналом опорной . частоты Е . Подсчитывают разность числа периодов (импульсов) опорной частоты на чередующихся интервалах суммарной последовательности (на фиг. 1 импульсы опорной частоты на

45 укаэанных интервалах условно показаны разнополярными) . Эту разность накапливают и преобразуют в аналоговый сигнал 2, который суммируют с третьим и четвертым пороговыми на50 пряжениями ПЗ и П4.

Величины пороговых напряжений задают следующим образом:

П1 Uñ П2 Цс П > К

5S

П4 — У-7..

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

0 -Y-2 (4.), -Т, (5) 2 и 0+Х о

0 +Y+Z

Г =Т и 0+X о

0 Y+2 0 +У2 о о

Разность длительностей этих четырех временных интервалов равна

0 Z-XY

Дт= 1-С ++tl — Г =4Т ° (8) о

Согласно одному из вариантов способа формируют только одну последовательность временных интервалов между моментами сравнения развертывающих напряжений к1 (г) и R 2(t) с третьим и четвертым пороговыми напряжениями П и П (фиг. 1й) . Эта последовательность состоит из двух временных .интервалов с и Ф в каж1 2 дом цикле преобразования.

Указанную последовательность заполняют сигналом опорной частоты „, подсчитывают разность числа периопов (имппльсов) сигнала опорнои частоты на чередующихся временных интерва< лах „ и этой последовательности.

Полученную разность накапливают, накопленное значение разности преобразуют в аналоговый сигнал 2, который суммируют с первым и вторым пороговыми напряжениями П и П .

Оо0С ХУ- 0о2

- 1-Т

1 0 — К

Оо0 -ХУ+0о2

Т ФТ 0 с 0

2 и 02 Х

Разность длительностей этих временных интервалов равна

В первом случае первое и второе пороговые напряжения П„, П постоянпороговьи напряжения ПЗ и ПФ изменяют аналоговым сигналом Z Ï = Y + Z, П4= -Y + Z.

Во втором случае П „= Uc.+ Z, П2 = — -U + Z, П = Y, П 4 = -Y (на фиг. 1b) значения пороговых напряжений для этого случая указаны в скобках) .

В обоих случаях длительность двух временных интервалов преобразования равна

11164

XY-0 2 д .- ь - = 4

1 2 и()2 Х2 о (8) Согласно обоим вариантам способа сформированные временные интервалы заполняют сигналом опорной частоты подсчитывают и накапливают разность числа периодов (импульсов) сиг- 1ð нала бпорной частоты в чередующихся временных интервалах.

Приращение разности числа периодов (импульсов) сигнала опорной частоты за каждый цикл преобразования очевид- 15 но пропорционально разности временных интервалов за этот цикл, т.е.

XY-U z

О и О 2 (11)

UО.

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 станет равным нулю, т.е. XY — KUDN

XY

= О или N= — (sz) и, с

Следовательно, в установившемся ре- ЗО жиме аналоговый сигнал Z.è цифровой код N пропорциональны произведению входных сигналов, причем, как следует из выражения (11), стабильность опорной частоты не влияет на точностьЗ5 преобразования °

Преимущества предложенного способа перемножения аналоговых сигналов и его варианта по сравнению с прототипом заключаются в исключении второго про-40 межуточного преобразования произведения в разность длительностей интервалов времени, что исключает и погрешности, вносимые этим преобразованием.

Повышение точности достигается также 45 использованием обратной связи. Погрешности определяются в основном только нелинейностью аналого-цифрового преобразования. Знаки сомножителей Х и У могут быть произвольными, 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

37 8 (ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛ)1) 4, генератор ) опорной частоты, реверсивньпI счстчик 6, блок 7 индикации, цифроаналоговый преобразователь 8 (ЦАП) и устройство 9 коммутации знака, входы

10 и 11 соответственно первого и вто— рого сигналов-сомножителей.

Выходной сигнал †сомножите Х подключен к входу суммирующего интегратора 1, на второй вход которого подают опорное напряжение + U с выхода компаратора 2. Сигнал положитель1 ной обратной связи, подаваемый с выхода компаратора 2 на его неинвертирующий вход, определяет первое и второе пороговые напряжения П и П

1 2

Последовательно соединенные интегратор 1 и компаратор 2 работают в рсжиме автогенератора. На выходе интегратора 1 формируются линейно изменяющиеся развертывающие напряжения

Р (1) и R,(t), а на выходе компара1 тора 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, определяющие третье и четвертое пороговые напряжения П и П . Компаратор 3 сравнивст развертывающие напряжения с пороговыми и формируют вторую последовательность временных интервалов (фиг. 18). 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.

Реверсивный счетчик б 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 2, пропорциональный цифровому коду.N, накопленному в счетчике 6. С выхода ЦАП этот сигнал по9 11 ступает на вход устройства 9 коммутации знака, которое в зависимости от знака выходного напряжения компаратора 2 изменяет знак сигнала g 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 схеме сохранены номера всех функциональных блоков согласно фиг. 2.

В этой схеме входной сигнал У, определяющий третье и четвертое пороговые напряжения II9 и П, подай на вход устройства 9 коммутации знака, уп1 авляемого компаратором 2. Сигнал

+У подан на вход компаратора 2, где суммируется с аналоговым сигналом Z.

Суммарный сигнал «+У + Z сравнивается компаратором 3 с развертывающими на16437 1О пряжениями R (t) и R>(t) . Компаратор

3 формирует последовательность временных интервалов. Выходной сигнал компаратора 3 управляет направлением счета реверсивного счетчика 6. В остальном работа схемы согласно

I фиг. 3 не отличается от работы схемы, показанной на фиг. 2. Как следует из схемы фиг. 3, здесь не использу10 ется последовательность временных интервалов на выходе комнаратора 2 и отсутствует логический элемент

НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, производящий логическое суммирование последователь15 ностей временных интервалов.

Согласно варианту способа сигналом Z можно изменять не третье и четвертое пороговые напряжения П и П„, 20 а первое и второе пороговые напряжения

П и П.. В этом случае сигнал пода- ют на вход компаратора 2, как показано на фиг. 3 пунктиром.

Технико-экономическое преимущест25 во 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.

Рт=4 (0с- z) 1116437

Составитель 0.0траднов

Редактор Л.Алексеенко Техред Л.Иартяшова Корректор,N.Иаксимишинец

Заказ 6931/39 Тираж 698 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4