CN210983371U - 四象限乘法器和集成电路 - Google Patents

Abstract

一种四象限乘法器及集成电路，四象限乘法器引入了输入选择运算电路，利用这个单元可以实现多个输入信号的预运算或转换，减少多位元乘法器的个数，降低了集成电路成本和接线错误的可能性，同时多位元乘法器也可以灵活接入不同的输入信号并作不同的运算，用途也不固定，提高了灵活性，即使有接线错误也可以通过输入选择运算电路转化，使得系统可靠性、兼容性高。

Description

四象限乘法器和集成电路

技术领域

本申请属于电子电路技术领域，尤其涉及一种四象限乘法器和集成电路。

背景技术

数字四象限乘法器已成熟应用于多个领域，已有的数字四象限乘法器可参考公开号CN02249293.3.A的专利申请所公布的内容。

比如智能电表为例，传统的四象限乘法器可以较好的实现智能电表的乘法功能。比如，对于单相电表而言，四象限乘法器的典型应用如下：四象限乘法器的三路ADC的用途用于火线电流检测输入、电压信号检测输入、零线电流检测输入。在传统的应用下，每一路ADC的用途是固定且一一对应的，两个多位元乘法器的输入信号也是一一对应地固定的。对于三相四线电表而言，三相四线至少有3个多位元乘法器，分别实现这三个乘法：

这些多位元乘法器的输入也都是具有一一对应的固定输入、固定用途。对于三相三线电表而言，三相三线至少有两个多位元乘法器，分别实现这两个乘法：

这些多位元乘法器的输入也都是具有一一对应的固定输入、固定用途。

然而，传统的多路检测输入的四象限乘法器中，由于乘法关系是固定的，那么就会用到多个一一对应的固定输入、固定用途的多位元乘法器，使得多位元乘法器自适应匹配能力差，成本高，且在各个多位元乘法器接线时，存在容易错误接线的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种四象限乘法器和集成电路，旨在解决传统的四象限乘法器自适应匹配能力差，成本高，且存在容易错误接线的问题。

本申请实施例的提供了一种四象限乘法器，包括：

矢量输入电路，包括多个输入通道；

至少两个输入选择运算电路，各所述输入选择运算电路包括分别与所述多个输入通道连接的多个输入端，分别与所述多个输入通道连接，各所述输入选择运算电路用于选择所述矢量输入电路输出的信号中的至少一个进行运算后输出；

至少一个多位元乘法器，各所述多位元乘法器的一个输入与一所述输入选择运算电路连接，每个所述多位元乘法器对两个输入的信号进行乘积运算后输出。

可选地，所述输入选择运算电路包括：

选择电路，包括作为所述多个输入端的多个输入端口、至少一个输出端口和至少一个选择信号输入端口，所述选择电路根据所述选择信号输入端口接入的选择信号在所述多个输入端口接入的信号中选择其中一个或多个从对应的输出端口输出；

运算电路，包括与所述选择电路的至少一个输出端口连接的至少一个输入端口，所述运算电路接入所述选择电路所选的信号并作取反、加法、减法及乘法中的至少一种运算后输出。

可选地，所述运算电路包括取反运算器、加法运算器、减法运算器及乘法运算器中的至少一种。

可选地，各所述输入通道包括模数转换器、第一滤波电路及第一校正电路，所述模数转换器、所述第一滤波电路及所述第一校正电路串联连接。

可选地，所述第一滤波电路包括低通滤波器和/或高通滤波器。

可选地，还包括至少一个第二滤波电路，各所述第二滤波电路与各所述多位元乘法器的输出连接，分别对各所述多位元乘法器输出的信号进行滤波。

可选地，还包括至少一个第二校正电路，各所述第二校正电路连接在与各所述多位元乘法器和各所述第二滤波电路之间，或者各所述第二校正电路与各所述第二滤波电路的输出连接，各所述第二校正电路分别对各所述多位元乘法器输出的信号进行校正。

本申请实施例的另一方面还提供了一种集成电路，包括上述的四象限乘法器。

上述四象限乘法器的引入了输入选择运算电路，利用这个单元可以实现多个输入信号的预运算或转换，减少多位元乘法器的个数，降低了集成电路成本和接线错误的可能性，同时多位元乘法器也可以灵活接入不同的输入信号并作不同的运算，用途也不固定，提高了灵活性，即使有接线错误也可以通过输入选择运算电路转化，使得系统可靠性、兼容性高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例提供的四象限乘法器的结构示意图；

图2为图1示出的四象限乘法器中的输入选择运算电路的电路结构示意图；

图3为图2示出的输入选择运算电路中选择电路的第一种实施方式的电路结构示意图；

图4为图2示出的输入选择运算电路中选择电路的第二种实施方式的电路结构示意图；

图5为图2示出的输入选择运算电路中选择电路的第三种实施方式的电路结构示意图；

图6为图2示出的输入选择运算电路中运算电路的一种实施方式的电路结构示意图；

图7为本申请另一实施例提供的四象限乘法器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

请参阅图1，图1示出的是本申请一实施例中包含3输入通道的四象限乘法器的电路结构，该四象限乘法器可应用于集成电路，包括矢量输入电路100、至少两个输入选择运算电路200及至少一个多位元乘法器300。

矢量输入电路100包括多个输入通道101；各输入选择运算电路200包括分别与多个输入通道101连接的多个输入端，各输入选择运算电路200用于选择矢量输入电路100输出的信号中的至少一个进行运算后输出；各多位元乘法器300的一个输入与一输入选择运算电路200连接，每个多位元乘法器300对两个输入的信号进行乘积运算后输出。本申请实施例中，在将信号输入到多位元乘法器300可以先进行预运算再输入多位元乘法器300，即各个信号输入到多位元乘法器300之前可以是不固定的，也能对接线错误进行纠正，也不会多位元乘法器300的用途，增加了各个多位元乘法器300的灵活性，可以减少多位元乘法器300的数量的同时，也提高了系统的兼容性，降低了系统成本。

一般地，各输入通道101分别用于接入一个相同或不相同的检测信号，输入通道101包括模数转换器(ADC)、第一滤波电路及第一校正电路。模数转换器将模拟量转换为数字量；第一滤波电路包括低通滤波器和/或高通滤波器，用作所需频带信号的提取；第一校正电路用于增益校正、相位校正、直流失调误差校正等，模数转换器、第一滤波电路及第一校正电路的具体串联先后顺序等可以根据情况作出调整，附图示例仅是举例说明。

在智能电表领域中，矢量输入电路100是传统智能电表或其计量芯片所具备的，输入通道101一般是多路，根据应用领域不同而设置不同数量。一般而言，单相智能表为3路输入通道101，三相四线表为6路或者7路输入通道101，三相三线表为4路输入通道101，而在某些智能插座应用可能是一路电压信号输入通道、多路电流信号输入通道。

本申请实施例中，一个多位元乘法器300的输入(端口)就对应一个输入选择运算电路200，比如一共有4个多位元乘法器300，那么就有8个输入，所以对应就有8个输入选择运算电路200。请参阅图2，各输入选择运算电路200包括选择电路201和运算电路202。

其中，选择电路201包括作为多个输入端的多个输入端口IN1～INn、至少一个输出端口OUT1～OUTn和至少一个选择信号输入端口Sel1～Selt，选择电路201根据选择信号输入端口Sel1～Selt接入的选择信号在多个输入端口IN1～INn接入的信号中选择其中一个或多个从对应的输出端口输出。

选择电路201输入为各输入通道101的输出，其输出为经过选择后的矢量输入信号，可以多选1输出、多选2输出、多选3输出或者多选n输出，根据需要灵活定制。请参阅图3，选择电路201为多路选择开关，由多路输入信号IN1～INn、选择信号Sel1～Selt、多路输出信号OUT1～OUTn组成。请参阅图4，选择电路201为四选一MUX(Multiplexer，数据选择器)开关，根据Sel1/Sel2信号的电平选择OUT1等于IN1、IN2、IN3或IN4。请参阅图5，选择电路201为四选一MUX开关，根据Sel信号的电平选择OUT等于IN1或者IN2。

请参阅图2和图6，运算电路202包括与选择电路201的至少一个输出端口连接的至少一个输入端口，运算电路202接入选择电路201所选的信号并作取反、加法、减法及乘法中的至少一种运算后输出。运算电路202包括取反运算器121、加法运算器122、减法运算器123及乘法运算器124中的至少一种。

运算电路202对选择电路201输出的一个或者多个矢量输入信号做运算，主要的运算包括取反、相加等。运算电路202输出给多位元乘法器300的输入。更详细的矢量运算器参见图6，矢量运算器举例如下：

例1：取反运算器121，取反：OUT＝-OUT1；

例2：加法运算器122，矢量加：OUT＝+OUT1+OUT2+……+OUTn；

例3：减法运算器123，矢量减：OUT＝-OUT1-OUT2-……-OUTn；

例4：乘法运算器124，矢量相乘：OUT＝OUT1*OUTn；

运算电路202包括但不限于上述常见的加减乘除运算，上述运算可以是单独的一个运算，也可以是串在一起既有取反也有加减乘除等运算。

请参阅图7，图7示出的是本申请另一实施例中包含n个输入通道101的四象限乘法器的电路结构。该四象限乘法器还包括至少一个第二滤波电路400，各第二滤波电路400与各多位元乘法器300的输出连接，分别对各多位元乘法器300输出的信号进行滤波。可选地，四象限乘法器还包括至少一个第二校正电路500，各第二校正电路500连接在与各多位元乘法器300和各第二滤波电路400之间，或者各第二校正电路500与各第二滤波电路400的输出连接，各第二校正电路500分别对各多位元乘法器300输出的信号进行校正。

下面将列举三个示例进行说明：

实例1：

在智能插座应用中，电压信号是共用的，电流信号可能是3路，也可能是4/5/6等。而我们传统的三相电能计量信号，只能实现三路电压与电路电流的乘法，最后分别得到三相功率。对于智能插座的这种应用，最多能计算3个输入通道101的功率和电能，3路电压信号比如输入给三路电压ADC。使用本申请方案后，将每个多位元乘法器300的其中一个输入都设置为电压信号，只要有其中一个ADC作为电压采样ADC即可，多位元乘法器300的另外一个输入就设置为各路电流信号。这极大的节省了ADC资源，利用7路ADC的三相计量芯片，原方案只能实现3路功率计算，使用该本申请方案后可以实现最多6路功率计算。

实例2：

三相四线电表中，如果电压与电压之间或者电流与电流之间存在错误接线，那么通过本申请方案的输入选择运算电路200可以将错误的矢量纠正过来。比如Ua错误的接到了Ub，那么只需要利用选择电路201即可轻松的实现Ua和Ub的切换。

实例3：

三相三线应用中得到三相四线的矢量，过程如下：

三相三线中，ADC得到的四个矢量为：

有两个多位元乘法器300的结果：

如果使用了该本申请方案的内容，那么可以得到：

假设ADC的矢量输入信号还引入了

和

那么根据

和

这6个矢量，即可恢复出：

即：三相三线电表(线电压*电流)，依据该本申请方案，可以恢复出三相四线的所有矢量(相电压*电流)，进而将这些矢量引入到四象限乘法器，即可得到三相四线算法要求的各相功率。

由此可见，本申请的四象限乘法器可以应用于智能插座中多通道计量、三相四线错误接线纠正、三相三线中复原出相电压、三相四线与三相三线自适应、单三相漏电流检测等多种可能的应用，应用领域十分广泛，本发明的应用不仅限于举出的几个实例。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种四象限乘法器，其特征在于，包括：

矢量输入电路，包括多个输入通道；

至少两个输入选择运算电路，各所述输入选择运算电路包括分别与所述多个输入通道连接的多个输入端，分别与所述多个输入通道连接，各所述输入选择运算电路用于选择所述矢量输入电路输出的信号中的至少一个进行运算后输出；

至少一个多位元乘法器，各所述多位元乘法器的一个输入与一所述输入选择运算电路连接，每个所述多位元乘法器对两个输入的信号进行乘积运算后输出。

2.根据权利要求1所述的四象限乘法器，其特征在于，所述输入选择运算电路包括：

选择电路，包括作为所述多个输入端的多个输入端口、至少一个输出端口和至少一个选择信号输入端口，所述选择电路根据所述选择信号输入端口接入的选择信号在所述多个输入端口接入的信号中选择其中一个或多个从对应的输出端口输出；

运算电路，包括与所述选择电路的至少一个输出端口连接的至少一个输入端口，所述运算电路接入所述选择电路所选的信号并作取反、加法、减法及乘法中的至少一种运算后输出。

3.根据权利要求2所述的四象限乘法器，其特征在于，所述运算电路包括取反运算器、加法运算器、减法运算器及乘法运算器中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的四象限乘法器，其特征在于，各所述输入通道包括模数转换器、第一滤波电路及第一校正电路，所述模数转换器、所述第一滤波电路及所述第一校正电路串联连接。

5.根据权利要求4所述的四象限乘法器，所述第一滤波电路包括低通滤波器和/或高通滤波器。

6.根据权利要求1所述的四象限乘法器，其特征在于，还包括至少一个第二滤波电路，各所述第二滤波电路与各所述多位元乘法器的输出连接，分别对各所述多位元乘法器输出的信号进行滤波。

7.根据权利要求6所述的四象限乘法器，其特征在于，还包括至少一个第二校正电路，各所述第二校正电路连接在与各所述多位元乘法器和各所述第二滤波电路之间，或者各所述第二校正电路与各所述第二滤波电路的输出连接，各所述第二校正电路分别对各所述多位元乘法器输出的信号进行校正。

8.一种集成电路，其特征在于，包括权利要求1至7任一项所述的四象限乘法器。

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