Гибридное множительное устройство

 

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 онорного 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 цифроаналоговые 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, содержаш,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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Уиг. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3978655/24-24 (22) 19.! 1.85 (46) 23.07.87. Бюл. № 27 (71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) Ю. Н. Бобков, И. P. Соболевский и А. A. Третилов (53) 681.3 (088.8) (56) Кори Г., Кори Т. Электронные аналоговые и аналого-цифровые вычислительные машины. — М.: Мир, 1967, с. 395.

Авторское свидетельство СССР № 1163335, кл, G 06 G 7/16, G 06 J 1/00, 1985. (54) ГИБРИДНОЕ МНОЖИТЕЛ b HOE

УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в системах и устройствах автоматики, в частности в устройствах измерения энергии импульсных сигналов. Lleлью изобретения является повышение точ„„SU„„1325521 А 1 (su 4 G 06 G 7 16 У

4cr . ности перемножения. Устройство содержит логарифмический аналого-цифровой преобразователь 1, сумматор 2, ключ 3, элемент ИЛИ вЂ” НЕ 4, первый источник опорного 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 цифроаналоговые преобразователи с показательной зависимостью преобразования по цифровому входу и сумматор 12. Устройство имеет первый 13 и второй 14 входы и вы од 15. Äîстижение поставленной цели обеспечено за счет исключения из состава устройства дополнительного канала перемножения, содержащего аналоговый перемножитель с невысокими точностными характеристиками, и введения на выходе канала умножения остатка переменного масштабирования, пропорционального значению квантуемого сомножителя. 2 ил.

1325521

Изобретение относится к аналоговой зычислительной технике и может быть использовано в системах и устройcl вах автоматики.

Цель изобретения — повышение точности перемножения.

На фиг. 1 представлена структурная сx(ма гибридного м нож ител ьного устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы сигналов в различных точках схемы.

Гибридное множительное устройство содержит логарифмический АЦП 1, второй cv Iматор 2, ключ 3, элемент ИЛИ--НЕ 4, I!ервый источник 5 опорного напряжения (ИОН 1., цифроаналоговый преобразователь 6 с,1îãBрифмической зависимостью преобразования по цифровому входу, блок 7 вычитания, ВТорой ИОН 8, аналоговый перемножитель (АП) 9, первый 10 и второй !! цифроаналоговые преобразователи с показательной зависимостью преобразования по цифровому входу, первый сумматор 12, первый

13 и второй 14 входы устройства, выход 15 устройства. Вход логарифмического А!Ц1 1, объединенный с одним из входов сумматора 2, является входом !3 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 АП 9, объединенному с входом 14 vcTpoHcTBB, и к выходу АП 9. В1>1ходы блоков 6, 10 и 1 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 информационным входом ключа 3 и иннертирук3щпм входом блока 7 вычитания, выход которого r!о;;— ключен к первому входу АП 9, управляк>щий вход ключа 3 соединен с выходом элсмента ИЛИ НЕ 4, а выход -- с вторым входом сумматора 2.

Гибридное множительное устройство работает следующим образом.

Один из сомножителей Х с входа 13 устройства поступает на вход логарифмического АЦП 1. Уровни квантования Х; такого АЦП, общее число которых равно М, расположены в пределах рабочего диапазона О-:-Х ". неравномерно в соответствии с соотношением где С = константа, а D =- Х.;...Г

Ем р)н

X! — диапазон логарифмической зависимости Х! Ф О.

Ха1)актеристика квантования логарифмических АЦП за пределами логарифмической зависимости (О (X (X!), как правило, линейна. В данном случа<, поскольку диапазон D логарифмической зависимости

X1 E..„ ;

Е =- С-1= (С-!)С"

25 (2) коммутируется на вход сумматора 2 лишь при значении кода на выходе АЦП 1, равном нулю, т.е. при значениях сомно О жителя Х, соответствуrorùèõ нулевому интервалу квантования. Таким образом, выходной сигнал Х сумматора 2 равен

JX+ Е„О(Х(Х (Х, Х X (X„ .

Форма сигнала Х представлена на фиг. 2 а штриховой линией. Указанное преобразование сигнала Х в сигнал Х обусловлено не40 обходимостью исключения нулевых и близких к нулю значений сигнала, поступающего на аналоговый вход ЦАП 6.

Формирование сигнала BIIà lоговогo остатка осуществляется при помощи ЦАП 6, на цифровой вход которого поступает кодовый сигнал с выхода логарифмического АЦП 1, а на аналоговый вход — — сигнал Х с выхода сумматора 2. ЦАП 6 обладает логарифмической зависимостью преобразования кода i в выходной аналоговый сигнал Х».

Для соответствующих значений управляющего кода i ЦАП 6 обеспечивает следуюIr! HB коэффициенты передачи гна Io! opol o сигнала Х;

К = (С --1) С"; (4)

Кв = С" . (5)

Нетрудно убедиться, что указанные значения К„и Кг,; обеспечивают выделение сиги Зла Хо в форме, пок3занной на фи;. 2 б, достаточно широк, интервал 0 —: Х,, выходяп.-ий за ее пределы, не содержит дополнительных равномерно расположенных уровíей квантования.

Зависимость значений кодового сигнала на выходе логарифмического АЦП (штрихпунктирная линия) от значений сомножителя Х (сплошная линия) представлена на фиг. 2 (S . — рабочий диапазон сигналов B устройстве).

Сомножитель Х с входа 13 устройства поступает также на один вход сумматора 2, к второму входу которого приложено опорное напряжение Е источника 5, коммутируемое ключом 3. Последний управля15 ется выходным логическим сигналом элемента ИЛИ вЂ” НЕ 4, на входы которого посту,!Båò выходной кодовый сигнал логарифмического АЦП 1. При условии, что выходным кодом АЦП является прямой парил Iå ILíûé код, логичесKèé сигнал на выхо20 дс элемента 4 равен единице лишь в единичном случае — — когда = О, т.е. в нулевом интервале квантования. Таким образом, напряжение F!, значение которого выбирается равным

1325521 причем во всем диапазоне сигнала Х, Х.;.. =

= const u Xp." = С Х о"-. (6)

Поступая далее на суммирующий вход блока 7 вычитания сигнал Хр смещается на величину Хчакс

В- — С (7) которая поступает с выхода ИОН 8, при этом минимальный уровень сигнала Хр приводится к нулевому уровню. На выходе блока 7 осуществляется масштабирование сигнала остатка на величину

С

С- — 1 (8) с целью согласования диапазона входных сигналов АП с диапазоном Хо. Форма сигнала остатка Х11 с учетом масштабирования представлена на фиг. 2 в.

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

Произведение ХрУ 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 "

K11P — С 1 7 (9) К11, — С (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 Y с входа 14 устройства. УФЦАП 10 обладает показательной функцией преобразования цифрового кода в аналог и реализует умножение указанной функции кода i на сигнал Y. Коэффициенты передачи аналогового сигнала для блока 10 выбираются из соотношени и

Koa=0 (1!) К, =С (12)

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

Выходные сигналы Хд и Z, УФЦАП 10 и 11 поступают на входы сумматора 12, причем второе слагаемое подвергается дополнительному масштабированию с коэффициентом Г (соотн. (8). Выходной сигнал сумматора 12 является выходным сигналом Z устройства, пропорциональным произведению сомножителей Х и Y (фиг. 2е).

Проанализируем точностные характеристики устройства. Погрешность выходного си1" нала Z в первом приближении равна сумме двух составляющих погрешности канала перемножения код †анал, обусловленной погрешностью УФЦАП 10, и погрешности аналогового канала, которая, в свою о«ерель, обусловлена погрешностями АП 9 и

ЦАП 11. Что касается погрешностей блоков 10 и 11, то они. в основном, определяются статическими погрешностями ключей и могут быть сведены к достаточно малому уровню (сотые доли процента). Влияние погрешности ЦАГ1 11, кроме того, снижено вследствие масштабирования сигнала

Zp на входе сумматора 12. Основным фактором, оказывающим влияние на точность устройства, является погрешность Лаа перемножителя 9. Эта погрешность, поступая вместе с сигналом ZI1 на вход сумматора 12 через ЦАП 11, подвергается переменному

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

f(1) показательная, а зависимость ! (Х) — логарифмическая, то результирующая зависимость К, = f(X) (если не учитывать квантование) — линейка. Таким образом, степень влияния погрешности АП 9 на точность перемножения в устройстве в первом приближении пропорциональна значению сомножителя Х, при малых значениях Х погрешность перемножения (ее абсолютное значение) существенно ниже, чем при значениях, близких к Х"кс. В последнем случае влияние погрешности АП 9 снижено

35 в " раз.

Значение k, з 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 относитель40 ная погрешность перемножения в устройстве меньше максимальной приведенной погрешности АП 9 в 3,78 раза, причем это соотношение сохраняется во всем диапазоне 10 Хчакс (Х (Хчакс.

Фор,чула изобретения

Гибридное множительное устройство, содержащее логарифмический аналого-цифровой преобразователь, блок вычитания, аналоговый перемножитель и первый сумматор, выход которого является выходом устройства, вход логарифмического аналого-цифрового преобразователя является первым входом устройства, первый вход аналогового перемножителя подключен к выходу блока вычитания, а второй вход является вторым входом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности перемножения, в него введены функциональный цифроана1325521

5м, лс

u с

Ыl 2 3 е з

2 и в

Составитель А. Маслов

Редактор Н. Тупица Техред И. Верее Корректор М. Пожо

Заказ 3113/47 Тираж 672 Подписное

БНИИГ!И Государственного комитета ССС1з по делагя изобретений и откргятий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раупская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 логовый преобразователь с логарифмической зависимостью преобразования по цифровому входу, первый и второй цифроаналоговые преобразователи с показательной зависимостью преобразования по цифровому входу, второй сумматор, ключ, элемент

ИЛИ вЂ” HE, первый и второй источники опорных напряжений, выходы которых подключены соответственно к информационному входу ключа и к инвертирующему входу блока вычитания, выход логарифмического аналого-цифрового преобразователя соединен с входом элемента ИЛИ HE и цифровыми входами соответственно цифроаналогового преобразователя с логарифмической зависимостью преобравования по цифровому входу и первого, второго цифроаналоговых преобразователей с показательной зависимостью преобразования по цифровому входу, подключенных аналоговыми входами соответственно к выходу второгс сумматора, к второму входу устройства и к выходу аналогового перемножителя, а выходами — соответственно к неинвертирующему входу блока вычитания и к первому и второму входам

10 первого сумматора, выход элемента ИЛИ—

HF соединен с управляющим входом ключа, первый и второй входы второго сумматора подключены соответственно к выходу ключа и к первому входу устройства.