CN1008014B - 包括计算复数模的数字电路的电路结构 - Google Patents

Abstract

本电路由计算零阶近似值的基本电路组成。加上至少一个校正电路可扩展成计算一阶或高阶近似值。基本电路包括第一加法器，第二加法器；第一乘法器，第二乘法器，第一绝对值电路，第二绝对值电路和第三绝对值电路，第三绝对值电路插在减法器和第二乘法器的输入端之间。第二乘法器的输出端与第二加法器的一个输入端相连。其输出信号是复数模(B)的零阶近似值。两个输入信号(x，y)之一经过第一或第二绝对值电路之一馈送到减法器的两个输入端和第一加法器上。

Description

在一些采用幅度调制的数字传输系统中，对90°相移信号的解调来说，需要计算信号的幅度值

$\mathrm{B\; =}\sqrt{X{}^2\mathrm{+\; y}{}^2}$

即，复数值X+jy。

某些场合需要采用正交信号解调技术，例如调幅立体声系统（美国）和DE-053114063所公开的电路（见图3）。

模B可以用电子仪器计算求得，用已知的方法，例如借助于表格和/或多项式逼近，先对x平方和y平方，然后求平方根。另一方法是利用对数表。

本发明涉及一种数字电路结构，通过基本电路，近似计算两个数值x和y构成的复数x+iy的模。

本发明的目的是为了提供一种数字电路结构，这种电路可以在一小块片子上以集成电路的形式制成，经过改进，可用在图象应用方面。

后面权利要求1所述的装置满足了此目的。

下面参照附图说明根据本发明的电路结构及其改进，改进的特见从属权项。

图1：基本电路的方框图

图2：图1电路的一种改进型，用以计算复数x+y模的更高阶近似值。

图3到图5给出了当x＝CoSp作为一个输入信号，y＝Sinp 作为另一个输入信号时，本发明的基本电路所产生的计算误差，以及基本电路的改进型所产生的计算误差。

图1所示为基本电路，它能够根据下列方程产生复数模B的零阶近似计算值Bo：

Bo＝m1·（x+y）+m2·D

这里，D＝｜｜x｜-｜y｜｜

这个基本电路包括绝对值电路Ab1。Ab2和Ab3，即改变负数的电路，图1的基本电路还包括两个常规加法器Ad1和Ad2，一个常规减法器Sb1。图中所示的M1和M2是两个乘法器，在输入端输入固定的乘数因子（例如，从只读存贮器中输入的乘法因子）的常规乘法器。

如图1所示，基本电路中，第一数值X经由第一绝对值电路Ab1被输入到第一加法器Ad1的第一输入端和减法器Sb1的第一输入端。减法器Sb1的第二输入端既与第一加法器Ad1的第二输入端相连，又与第二绝对值电路Ab2的输出端相连，而第二数值y输入给第二绝对值电路Ab2。

第一加法器Ad1的输出信号，经过第一乘法器M1，输入到第二加法器Ad2的第一输入端上，第二加法器Ad2的第二输入端与第二乘法器M2的输出端相接，而第二乘法器M2的输入端连接第三绝对值电路Ab3的输出端，第三绝对值电路Ab3的作用就是取减法器Sb1输出信号的绝对值。

如果适当选择M1和M2的乘数因子，第二加法器Ad2就能输出零阶近似计算值Bo。如果第一乘法器M1的乘数因子m1＝0.6791，第二乘法器M2的乘数因子m2＝0.2614，近 近似值Bo的误差小于输入信号E＝Cosp+jsinp（P＝o，…，2π）的4%。图3给出了这样的输入信号的波形。图4给出了相对误差Bo/B的百分比，其最大值为4%，对于复数输入信号值，这样的近似程度，以经完全能够适用于某些应用领域。

在应用视频信号的领域，特别是对正交调制视频信号的解调来说，要求误差小于0.5%，图1的基本电路改进型，就是在原有电路上至少加进一个校正电路，校正电路的框图如图2所示，乘法器，加法器等等的编号都延续图1的规则。由于图2所示的校正电路包括三个附加乘法器Mn1，Mn2和Mn3，并带有三个附加乘数因子m3，m4和m5，这样，电路就有三个自由度可供最优选择。

为了达到上述目的，就需要把图2的校正电路与图1的基本电路结合起来使用，连接的办法是，将第二加法器Ad2的输出连接到附加加法器Adn的第一输入端上，Adn的第二输入端经过校正电路中的第一乘法器Mn1，与数字整流器GLn的输出端相连。加到数字整流器GLn输入端的信号E就是数字减法器Sbn1的输出信号，而在整流器输出端，输出半波整流信号（E+E）/2，也就是输出总是大于或等于0的信号。校正电路中的第二乘法器Mn2的输出信号连接到减法器Sbn1的减数输入端Ss上。减法器Sbn1的被减数输入端Sm则与附加绝对值电路Abn的输出端相连。校正电路中的第二乘法器Mn2和第三乘法器Mn3的输入端都与附加加法器Adn的第一输入端相连。第二减法器Sbn2的输出端连接到附加绝对值电路Abn的输入端。Sbn2的两个输入端分别与校正电路中的第三乘法器Mn3的输出端和基本电路中的第二乘法器M2的第二输入端D相连。

图2中的校正电路还可以接上更多同样结构的校正电路，连接方 法就是将已接的校正电路的输出信号和图1基本电路中第二乘法器M2的输入端D的信号连到要接的校正电路中。

如果一个单一的校正电路加到基本电路上，就可以大大降低相对误差，在本项发明的最佳实施方案中，如果第一乘法器M1的乘数因子m1＝0.6591，第二乘法器M2＝乘数因子m2＝0.27183，校正电路中的第一乘法器Mn1的乘数因子m3＝0.19918，校正电路中的第二乘法器Mn2的乘数因子m4＝0.17157，校正电路中的第三乘法器Mn3的乘数因子m5＝0.53893，那么对于基本电路两个输入端所输入的信号B来说，一阶近似值B1的相对误差就会小于0.43%，如图5所示，在对正交调制视频信号的解调过程中，这样小的相对误差是可以接受的，完全允许有这样小的相对误差。

如果电路采用了单片式集成电路技术，乘法器将占据片子相当大的面积，然而，若采用单一校正电路结构，由于可以互相独立地选择五个乘数因子，就可能选择容易获得的乘数因子，而不会偏离上面所述的理想情形，即不会引起相对误差的明显上升，乘数因子较理想的取值是。m1＝0.625＝1/2+1/8，m2＝0.25781＝1/4+1/128，m3＝0.1875＝1/8+1/16，m4＝0.1875＝1/8+1/16，m5＝0.5625＝1/2+1/16，采用了这些数据，就可以大大减少乘法器所占的片子面积，对于3微米几何尺寸的单片式集成电路和用于在两路20MHz数据总线上8位并行传输的校正电路来说，相对误差小于0.52%乘法器所占面积大约为1.5平方毫米。

Claims (4)

1、包括数字电路的电路结构，通过基本电路近似计算两个数值x和y构成的复数x+jy的模，其特征在于：

第一数值x经过第一绝对值电路(Ab1)馈送到第一加法器(Ad1)的第一输入端和减法器(Sb1)的第一输入端，减法器(Sb1)的第二输入端与第一加法器(Ad1)的第二输入端以及第二绝对值电路(Ab2)的输出端连在一起，第二数值y被提供给第二绝对值电路(Ab2)的输入端；

第一加法器(Ad1)的输出端经过第一乘法器(M1)连接到第二加法器(Ad2)的第一输入端，第二加法器(Ad2)的第二输入端与第二乘法器(M2)的输出端相连，第二乘法器(M2)的输入端(D)经过第三绝对值电路(Ab3)连接到减法器(Sb1)的输出端。这样，当预定的恒定乘数因子(m1)和第二恒定乘数因子(m2)分别置入第一乘法器(M1)和第二乘法器(M2)中时，第二加法器(Ad2)的输出将提供零阶近似值(Bo)。

2、计算x+jy的模的高阶近似复数值的电路结构，是由至少一个校正电路与权利要求1的基本电路中的第二加法器的输出端串联构成，其特征在于：

第二加法器（Ad2）的输出端连接到至少一个附加加法器（（Adn）的第一输入端上，第一减法器（Sbn1）的输出信号（E）经过数字整流器（GLn）的整流，再经过校正电路的第一乘法器（Mn1）连接到附加加法器（Adn）的第二输入端上，第一减法器（Sbn1）的减数输入端（Ss）与校正电路的第二乘法器（Mn2）的输出端相连，被减数输入端（Sm）与附加绝对值电路（Abn）的输出端相连;

在校正电路中，第二乘法器（Mn2）和第三乘法器（Mn3）的输入端都与附加加法器（Adn）的第一输入端相连;

校正电路的第三乘法器（Mn3）的输出端连接到第二减法器（Sbn2）的第一输入端，该减法器（Sbn2）的第二输入端与基本电路中第二乘法器（M2）的输入端（D）相连，第二减法器的输入端连接到附加绝对值电路（Abn）上，这样，当预定的恒定乘数因子都置于到相应的乘法器里时，第n个校正电路的附加加法器（Adn）的输出信号就是第n阶近似值（Bn）。

3、如权利要求2中带有单一校正电路的结构，其特征在于：

基本电路的第一乘法器（M1），其乘数因子m1＝0.6591;

基本电路的第二乘法器（M2），其乘数因子m2＝0.27183;

校正电路的第一乘法器（Mn1），其乘数因子m3＝0.19918;

校正电路的第二乘法器（Mn2），其乘数因子m4＝0.17157;

校正电路的第三乘法器（Nn3），其乘数因子m5＝0.53893;

4、如权利要求2中带有一校正电路的电路结构，其特征在于：

基本电路的第一乘法器（M1），其乘数因子m1＝0.625;

基本电路的第二乘法器（M2），其乘数因子m＝0.25781;

校正电路的第一乘法器（Mn1），其乘数因子m3＝0.1875;

校正电路的第二乘法器（Mn2），其乘数因子m4＝0.1875;

校正电路的第三乘法器（Mn3），其乘数因子m5＝0.5625;

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