Линейный интерполятор

 

6873

- г,ф н !„ ! ", 50

О-П ИСАН

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Н ABTOPCKOMY СВИДЕТЕ.ПЬСТВУ (6l) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 05.07.74 (21) 2041548/18-24 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Опубликовано 1503.76. Бюллетень № 10

Дата опубликования описания 22.12.76 (51) М Кч б 06G 7/30

Гооударстввнный номитвт

Совета Министров СССР по делам изворвтвиий

И QTKPblTHH (53) УДК 681.335 (088.8) (72) Авторы изобретения Г. И. Алексеев, В. А. Обходов, А. А. Петухов, В, Г. Сидоричев и

В. П. Слынько

Институт технической кибернетики AH Белорусской ССР (71) Заявитель (54) ЛИНЕЙНЫИ ИНТЕРПОЛЯТОР

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам для функционального преобразования информации, представленной величинами узловых ординат интерполируемой функции.

Известен линейный интерполятор, содержащий декодирующую матрицу резисторов, вход которой подключен к первому входу интерполятора, а выходы соединены с первыми входаии сорвет!ствующих переключателей аналоговых сигналов, вторые входы которых подключены ко входам приращения аргумента интерполятора; первые выходы переключателей аналоговых сигналов соединены с шиной нулевого потенциала, а вторые выходы — со входом операционного усилителя с резистором в цепи отрицательной обратной связи. Известный интерполятор характеризуется низкой точностью воспроизведения функций и малым быстродействием, ограниченным уровнем 100 — 200 кГц.

Предложенный линейный интерполятор, с целью повышения точности и быстродействия содержит дополнительную декодирующую матрицу резисторов, вход которой подключен ко второму входу интерполятора, а выходы соединены с третьими входами соответствующих переключателей аналоговых сигналов, выполненных по мостовой схемеНа фиг. 1 представлена функциональная схема предложенного интерполятора; на фиг. 2 — функциональная электрическая схема использованного в интерполяторе переключателя аналогового сигнала.

Функциональная схема интерполятора содержит декодирующую матрицу 1 резисторов (например, типа R=2R), выходами поразрядно через первые входы переключателей аналоговых сигналов 2 соединенную со щ входом операционного усилителя 3 с резистором 4 в цепи отрицательной обратной связи.

Вторые входы переключателей 2 соединены со входами приращения аргумента 5. Дополнительная декодирующая матрица 6 резисто15 ров выходами поразрядно подключена к третьим входам переключателей аналоговых сигналов 2. Цифрами 7 и 8 обозначены входы интерполятора, к которым подключаются источники напряжений U, и U; l узловых

20 ординат интерполируемой функции (i =0, 1, 2...), в общем случае переменных, не равных одна другой по величине и по знаку.

Резисторы декодирующих матриц 1 и 6 в рассматриваемом примере «взвешены» по двоичному закону, а в общем случае могут быть «взвешены» по любому закону, соответствующему закону образования кода N „ приращения аргумента. Переключатель аналогового сигнала 2, выполненный по мостоЗ0 вой схеме состоит из последовательно соеди3 ненных транзисторов 9 — 12 (применены полевые транзисторы) и инвертора 13. Цифрами 14 — 21 обозначены паразитные емкости цепей затвор — исток и затвор — сток транзисторов 9 — 12.

Переключатель 2 работает следующим образом. Пусть в исходном состоянии транзисторы 9 и 11 закрыты, а транзисторы 10 и

12 — открыты Тогда ток разряда 1, вытекающий с одного из выходов матрицы 1 через открытый транзистор 10 поступает на инвертирующий вход операционного усилителя 3, а ток I>, вытекающий с одного из выходов матрицы 6 через открытый транзистор 12 замыкается на шину нулевого потенциала.

В установившемся режиме паразитные емкости 14 — 21 разряжены.

При поступлении на вход 5 единичного отрицательного скачка напряжения транзисторы 10 и 12 закрываются, а транзисторы 9 и 11 открываются положительным напряжением, поступающим с выхода инвертора 13 на их затворы. В моменты переключения емкости 14 — 21 заряжаются в полярности, указанной на фиг. 2 знаками «+» и « — ». Если допустить, что все упомянутые емкости равны, то заряд, накапливаемый в течение времени фронта положительных и отрицательных переключающих импульсов в емкости 14, компенсируется зарядом обратного знака, накапливаемым в емкости 15; заряд, накапливаемый в емкости 16, компенсируется зарядом противоположного знака емкости 17 и т. д. При условии равенства фронтов коммутирующих импульсов происходит полная компенсация токов, протекающих в паразитных емкостях, и задержки переключения по этой причине не происходит.

В установившемся режиме ток I, коммутируется через открытый транзистор 9 на вход усилителя 3, а ток 12 через открытый транзистор 11 — на шину нулевого потенциала Поскольку вход усилителя 3 (точка «О») всегда имеет «нулевой» потенциал, а вторая точка, на которую поочередно коммутируются токи I> и I> также имеет нулевой потенциал, то переключатель 2 работает в режиме переключения токов. Это не требует высоких управляющих потенциалов (т. е. сложной схемы цепи управления переключателем) и не ставит жестких ограничений на величины резисторов матриц 1 и 6. Эти резисторы могут быть как угодно большими и тем не менее их паразитные реактивности никак не сказываются на быстродействие схемы в моменты переилючени я (ибо токи I> и Iq фа ктически коммутируются то к нулевому потенциалу точки «О» операционного усилителя, то к шине нулевого потенциала, т. е. не меняют своей величины и направления).

Работа описанного переключателя в режиме переключения токов с практически полной компенсацией паразитных межэлектронных емкостей 14 — 21 обеспечивает ему максимально возможное быстродействие, опреде506873

4 ляемое миллионами переключений в секунду.

Отсутствие сложной схемы управления, включающей, например, стабилизаторы тока базовых цепей, источники повышенного управляющего напряжения и другие, как это имеет место в переключателях напряжения, делают его весьма простым, требующим для реализации небольшое количество оборудования. щ Использование предложенного переключателя в линейном интерполяторе позволяет существенно повысить быстродействие последнего.

Линейный интерполятор работает на i-м интервале интерполяции, характеризуемом наличием на входах 7 и 8 напряжений U, и Ui+1, пропорциональных соответственно величинам -й и (i+I)-й узловых ординат интерполируемой функции следующим образом.

В начале интервала интерполяции значение текущего аргумента V» = О, При этом переключатели аналогового сигнала 2 подключают все звенья декодирующей матрицы 1 ко входу усилителя 3, а все звенья декодирующей матрицы 6 — к шине нулевого потенциала. Напряжение на выходе интерполятора при этом равно вых = Ку N (1) 30

М»=о 2п

Ui где уровень квантования напряже2" ния U,n — разрядность кода Л)»

Ку — коэффициент усиления усилителя 3;

N, — инверсное значение кода N,. аргумента;

С учетом известного равенства при !V»= 0 имеем из (1); вых Ку 1

40

В конце i-го интервала интерполяции

Переключатели 2 коммутируют ко входу усилителя 3 все звенья декодирующей мат50 рицы, а звенья матрицы 6 — к шине нулевого потенциала, поэтому напряжение на выходе интерполятора равно (2) в ых К у )- х= 1 макс

При любых других значениях N» (О (N, (N „,„, ) ко входу усилителя 3 подключаются звенья декодирующей матрицы 1, соответствующие значащим разрядам кода N», и звенья декодирующей матрицы 6, соответствующие значащим разрядам кода N а напряжение на выходе интерполятора определяется в этом случае по более обб5 щей формуле

506873

5 у(Л, + — - у ), (3)

Ul -,- 1 U

У, 2л - 2п х

Формула изобретения

Г+! где ---- — уровень квантования напряже ) tt ния U„+t.

Преобразуя выражение (3) с учетом равенства N, = N„, — Л,. получаем

v„,„= к(м,— u,.I . (4)

Полученная формула (4) описывает процесс линейной интерполяции в явном виде.

Таким образом, предложенное устройство выполняет операцию линейного интерполирования, Поскольку переключатели 2 в нем работают в режиме компенсированных переключателей тока, получены высокое быстродействие схемы и точность ее работы (из-за уменьшения двнамической погрешности).

Предложенный интерполятор удобен для изготовления в интегральном исполнении.

Линейный интерполятор, содержащий декодирующую матрицу резисторов, вход кото5 рой подключен к первому входу интерполятора, а выходы соединены с первыми входами соответствующих переключателей аналоговых сигналов, вторые входы которых подключены ко входам приращения аргумента инip терполятора; первые выходы переключателей аналоговых сигналов соединены с шиной нулевого потенциала, а вторые выходы — со входом операционного усилителя с резистором в цепи отрицательной обратной связи, 15 отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, он содержит дополнительную декодирующую матрицу резисторов, вход которой подключен ко второму входу интерполятора, а выходы соединены с

2О третьими входами соответствующих переключателей аналоговых сигналов, выполненных по мостовой схеме.

506873

Составитель И. Шелипова

Редактор Л. Тюрина Техред Т. Колесова Корректор О. Тюрина

Заказ 4907 Изд. М 1192 Тираж 864 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

МОТ, Загорский филиал