Аналого-цифровое множительное устройство

 

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЕ МНОЖИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее цифроаналоговый преобразователь, блок вычитания, аналоговый блок умножения , сумматор и дискретно управляемый делитель напряжения, информационный аналоговый вход которого соединен с одним из входов аналогового блока умножения и является первым входом устройства, а выход подключен к первому входу сумматора , второй,вход которого подключен к выходу аналогового блока умножения , а выход является выходом устройства , другой вход аналогового блока умножения соединен с выходом блока вычитания, подключенного вычитающим входом к выходу цифроаналогового преобразователя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно содержит логарифмический усилитель, дополнительный блок вычитания, дополнительный аналоговый блок умножения и логарифмический аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с входом логарифмического усилителя и суммирующим входом дополнительного блока вычитания и являсл ется вторым входом устройства, а выход подключен к входу цифроаналогового преобразователя и к управляющему входу дискретно управляемого делителя напряжения, выход, логарифмического усилителя соединен с суммирующим входом блока вычитания Од и вычитающим входом дополнительного блока вычитания, подсоединенного 00 выходом к одному из входов допол00 нительного аналогового блока умножеCio СП ния, другой вход и выход которого подключены соответственно к первому входу устройства и к третьему выходу сумматора.

.СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

4(5!) G 06 G 7/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3670064/24-24 (22) 06.12 83 (46) 23.06.85. Бюл. У 23 (72) Ю.Н.Бобков, И.P. Соболевский и А,А.Третилов (71) Львов кий ордена Ленина поли- . технический институт им. Ленинского комсомола (53) 681. 3 (088. 8) (56) Математическое моделирование и теория электрических цепей, Сборник, вып. 11 Киев, "Наукова думка", 1973, с. 157 °

Кори Г., Кори Т. Электронные аналоговые и аналого-цифровые вычислительные машины. М., "Мир", 967, с. 395. (54) (57) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЕ МНОЖИТЕЛЬН0Е УСТРОЙСТВО, содержащее цифроаналоговый преобразователь, блок вычитания, аналоговый блок умножения, сумматор и дискретно управляемый делитель напряжения, информационный аналоговый вход которого соединен с одним из входов аналогового блока умножения и является первым входом устройства, а выход подключен к первому входу сумматора, второй, вход которого подключен к выходу аналогового блока умноже„„SU„„1163335 ния, а выход является выходом устройства, другой вход аналогового блока умножения соединен с выходом блока вычитания, подключенного вычитающим входом к выходу цифроаналогового преобразователя, о т л ич ающе е ся тем, что, сцелью повышения точности, оно содержит логарифмический усилитель, дополнительный блок вычитания, дополнительный аналоговый блок умножения и логарифмический аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с входом логарифмического усилителя и суммирующим входом дополнительного блока вычитания и является вторым входом устройства, а выход подключен к входу цифроаналогового преобразователя и к управляющему входу дискретно управляемого делителя напряжения, выход логарифмического усилителя соединен с суммирующим входом блока вычитания и вычитающим входом дополнительного блока вычитания, подсоединенного выходом к одному из входов дополнительного аналогового блока умножения, другой вход и выход которого подключены соответственно к первому входу устройства и к третьему входу сумматора.

1163335 2 где К вЂ” масшт абный коэффициент анаг лого-цифрового преобразования, абсолютная погрешность кван5 тования, приведенная к выходу АЦП 1 °

В диапазбне от нуля Х „„характеристика преобразования АЦП 1 линейна.

Рассматриваемая характеристика пре10 образования может быть представлена суммой трех составляющих: первая составляющая — линейная аппроксимация характеристики АЦП 1, вторая— некоторая нелинейная функция f„(Х), третья — абсолютная погрешность квантования g АЦП 1. Таким образом, характеристика преобразования логарифмического АЦП 1 может быть представлена соотношением

20 И К4(Х+ f„(X)) + 1. (2)

Выходной код N AUII 1 управляет коэффициентом передачи ДУДН 3, на информационный аналоговый вход кото1 рого поступает второй сомножитель

25 Y с входа 10 устройства. Сигнал на выходе ДУДН 3

Zа =K N Y =K„K (X+f (X)J +К,,У,(3) где К5 — масштабный коэффициент ДУДН

3.

Одновременно код N поступает на вход ЦАП 4, на выходе которого преобразуется в аналоговую форму

Х,=К,Н „=К„К (Х+Г „(Х) ) + К+ 0, (4) е-. где К вЂ” коэффициент преобразования

Ф

ЦАП 4.

Сомножитель Х с входа 11 устройства поступает также на вход логарифмического усилителя 2, имеющего характеристику преобразования вида

40 Х = К 1п, (5) мин

Х

1 „= К 1п X . ° м н

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в системах и устройствах автоматики.

Цель изобретения — повышение точ ности перемножения.

На чертеже представлена структур ная схема аналого-цифрового множительного устройства. .Устройство содержит логарифмический аналого-цифровой преобразователь (АЦП ) 1, логарифмический уси литель 2, дискретно управляемый делитель 3 напряжения (ДУДН ), цифроаналоговый преобразователь (ЦАП 1 4, блок 5 вычитания, дополнительный блок 6 вычитания, аналоговый блок

7 умножения, дополнительный аналоговый блок 8 умножения, сумматор 9, первый 10 и второй 11 входы и выход 12. Входы логарифмических АЦП 1 усилителя 2 и суммирующий вход блока 6 вычитания объединены и образуют вход 11 устройства, выход АЦП подключен к входу ЦАП 4 и управляющему входу ДУДН 3, аналоговый инфор мационный вход которого, являющийся одновременно входом 10 устройств соединен с одним иэ входов блока 7 и одним из входов блока 8 умножения

Выход логарифмического усилителя 2 подключен к суммирующему и вычитающему входам блоков 5 и 6 вычитания соответственно, выход последнего со динен с вторым входом аналогового блока 8 умножения, вычитающий вход блока 5 вычитания подсоединен к выходу ЦАП 4, а выход — к второму входу аналогового блока 7 умножения

Выходы ДУДН 3, а также блоков 7 и 8 умножения подключены к трем входам сумматора 9, выход которого является выходом 12 устройства.

Устройство работает следующим образом..

45 . Один из перемножаемых сигналов Х с входа 11 устройства поступает на вхоц логарифмического АЦП 1. Характеристика последнего неравномерна: на область малых значений сигнала Х

50 приходится больше уровней квантования, чем на область больших. В своей основной части, заключенной в предеJIsx диапазона мии, Хмаксе она описывается соотношением где К вЂ” масштабный коэффициент усиг лителя 2.

Последняя характеристика, как и характеристика логарифмического АЦП

1, может быть представлена суммой линейной и нелинейной составляющих

X = KX(X + f H (X)), (6)

Сигнал Х с выхода логарифмического усилителя 2 подается на вычитающий и суммирующий входы блоков 6 и 5 вычитания соответственно, на другие входы которых поданы сигналы с входа

11 устройства и выхода ЦАП 4. На выходах блоков 5 и 6 образуются сигналы соответственно

Х =К (Х+f „(X)) -K„К+(X+f Ä(X))-K

Если К =К К4=1, получаем

Х,=-к,q, (9)

Хи = -Кн(Х)- (10)

Сигналы Хр и Хн далее умнбаются на сигнал Y в аналоговых блоках 7 и

8 умножения, выходные сигналы которых соответственно равны

Zo= K XoY = K4Kg$Y 1 (11) н КвХ„Ъ =: Ksf„{X)Y где К и Кз — масштабные коэффициенты умножения блоков 7 и 8.

Выходные сигналы Z, Z блоков

7 и 8 умножения, а также сигнал Zg

ДУДН 3 поступают на входы сумматора 9, на выходе которого образуется сигнал результата перемножения = а, У„=к„к,(к+<„(õ))ê.ê,q ó-K ê,qv 8 н (")у .

При выполнении условий К К К =

=К и К К =Кз нежелательные составл 4 1 9 ляющие выходного произведения компенсируются, получаем

=КвXY (13)

Технические преимущества предлагаемого устройства обусловлены применением в нем АЦП 1, обладающего логарифмической шкалой квантования.

Основным свойством такого АЦП является постоянство относительной погрешности квантовая doAunв рабочем диапазоне входного сигнала X „„„ и

Х д„ . Выражение для относительной

ыакс погрешности перемножения в аналогоцифровом множи ельном устройстве можно записать следующим образом: е

Ъ где д" — относительная погрешность аналогового блока 7 умножения, приведенная к максимальному значению его выходного сигнала Е„„„,ц,, Z — текущее значение результа5 та перемножения.

Учитывая, что Е,„„,„ =К„7 Х, „,, и выражение (13), отношение в уравнении (14) можно заменить отношением Х, „)„, Тогда

10. о мс кс

Х

otl еп!

В свою очередь соотношение Х „„„ )„

t5 является относительной погрешностью квантования AUIIс „, постоянной в диапазонах Х „4 и XoolKc поэтому ""оп = "Ояцп "оп (161

Так как оба сомножителя в выра20 жении (16 ) постоянны, постоянным является значение погрешности перемножения d" для любых значений сомнооп жителя Х в диапазонах Х „„и Х „„

Таким образом, изменение структуры аналого-цифрового множительного устройства, состоящее в замене АЦП с линейной шкалой квантования, используемого для образования грубого приближения Х сомножителя Х, АЦП 1 с логарифмической шкалой квантования, 30 в котором обеспечивается постоянство относительной погрешности в диапазонах Х и Х „, позволяет повымин сить точность перемножения при малых значениях сомножителя Х, Преимуществом предложенного устройства является также невысокие требования к точности дополнительно введенного логарифмического усилителя, связанные с тем, что его погрешность практически

40 не сказывается на общем результате перемножения.

Экономическая эффективность предла. гаемого устройства обусловлена его техническими преимуществами.

Составитель .Соболевский

Редактор С. Саенко Техред M.Надь Корректор M.Самборская

Заказ 4104/48 Тираж 710 Подписное

ВНИИЛИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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