DE10393686T5 - Configurable functional implementation system and digital / analog converter - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung
zum Umsetzen eines M-Bit-Digitalsignals in ein Analogsignal, wobei
die Vorrichtung umfasst:
ein Mittel zum Abbilden des M-Bit-Digitalsignals
auf einen ersten und auf einen zweiten digitalen Wert, so dass das Verhältnis des
ersten digitalen Werts zu dem zweiten digitalen Wert gleich dem
Wert des M-Bit-Digitalsignals ist oder ihn annähert;
einen ersten und
einen zweiten Digital/Analog-Umsetzer, wobei der erste Digital/Analog-Umsetzer
einen Eingang zum Empfangen des genannten ersten digitalen Werts
und der zweite Digital/Analog-Umsetzer einen Eingang zum Empfangen
des genannten zweiten digitalen Werts besitzt; und
ein Schaltungsmittel,
das mit den Analogausgängen
des Digital/Analog-Umsetzers gekoppelt ist, um eine der analogen
Ausgaben durch die andere zu dividieren und das Ergebnis an einen
Ausgang zu liefern.Apparatus for converting an M-bit digital signal into an analog signal, the apparatus comprising:
means for mapping the M-bit digital signal to first and second digital values such that the ratio of the first digital value to the second digital value equals or approximates the value of the M-bit digital signal;
a first and a second digital-to-analog converter, the first digital-to-analog converter having an input for receiving said first digital value and the second digital-to-analog converter having an input for receiving said second digital value; and
a switching means coupled to the analog outputs of the digital-to-analog converter for dividing one of the analog outputs by the other and providing the result to an output.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf konfigurierbare Funktionsimplementierungssysteme wie etwa auf Skalarproduktmultiplizierer von Vektoren und auf Digital/Analog-Umsetzer. Die Digital/Analog-Umsetzer der vorliegenden Erfindung sind insbesondere, aber nicht notwendig, zur Verwendung in Skalarproduktmultiplizierern von Vektoren anwendbar.The The present invention relates to configurable functional implementation systems such as scalar product multipliers of vectors and to digital to analogue converters. The digital / analog converter of the present invention are particularly, but not necessarily, applicable for use in dot product multipliers of vectors.
Die Skalarproduktmultiplikation von Vektoren ist eine Grundoperation in der zeitdiskreten Signalverarbeitung und ist mathematisch als: angegeben, wobei wk und xk das k-te Element der Gewichtungen bzw. des Eingangsvektors sind, y die Ausgabe ist und K die Größe des Eingangsvektors ist.The scalar product multiplication of vectors is a basic operation in discrete-time signal processing and is mathematical as: where w k and x k are the k th element of the weights and the input vector respectively, y is the output and K is the magnitude of the input vector.
Dadurch, dass eine zeitdiskrete Dimension zugelassen wird, die durch den tief gestellten Index n in der Ausgabe und in der Gewichtung bezeichnet ist, kann Gleichung (1) für Matrixmultiplikationsoperationen von Vektoren (VMM-Operationen) umformuliert werden: wobei der Ausgangsvektor yn gemäß der periodischen Änderung der Gewichtung wk,n sequentiell in der Zeit erhalten wird. Das Skalarprodukt von Vektoren und die VMM sind der Kern zahlreicher Anwendungen wie etwa jener, die Filter mit endlicher Impulsantwort, diskrete Fourier-Transformationen und die diskreten Cosinustransformationen ausführen.By allowing for a discrete-time dimension, denoted by the subscript n in the output and in the weighting, equation (1) can be reformulated for matrix multiplication operations of vectors (VMM operations): wherein the output vector y n is obtained sequentially in time according to the periodic change of the weight w k, n . The scalar product of vectors and the VMM are at the core of many applications, such as those that execute finite impulse response filters, discrete Fourier transforms, and the discrete cosine transforms.
In
Bezug auf Systemimplementierungen von Skalarproduktoperationen von
Vektoren und VMM-Operationen können
die folgenden Eigenschaften relevant sein:
Programmierbarkeit – bezieht
sich auf die Fähigkeit,
die Koeffizienten der einzelnen Gewichtungselemente zur Laufzeit
zu ändern,
um die Funktionalität
der Vorrichtung zu ändern.With respect to system implementations of scalar product operations of vectors and VMM operations, the following properties may be relevant:
Programmability - refers to the ability to change the coefficients of the individual weighting elements at runtime to change the functionality of the device.
Skalierbarkeit
- a) der Genauigkeit – bezieht sich auf die Fähigkeit, die SNR-Charakteristik des Systems zur Laufzeit zu ändern;
- b) der Komplexität – bezieht sich auf die Fähigkeit, die Größe der Operation zur Laufzeit zu ändern. Rekonfigurierbarkeit – bezieht sich auf die Fähigkeit, die Anzahl der Operationen, die in einem gegebenen Netz parallel ausgeführt werden, zur Laufzeit zu ändern, so dass die Rekonfigurierbarkeit die Definition der Skalierbarkeit der Komplexität verkörpert und erweitert.
- a) accuracy - refers to the ability to change the SNR characteristic of the system at runtime;
- b) complexity - refers to the ability to change the size of the operation at runtime. Reconfigurability - refers to the ability to change the number of operations performed in parallel on a given network at run time so that reconfigurability embodies and extends the definition of complexity scalability.
In rein digitalen Systemen werden zur Implementierung von Skalarproduktoperationen von Vektoren und von VMM-Operationen typisch digitale Signalprozessoren (DSPs) verwendet. Wegen der großen Anzahl beteiligter Multiplikationen sind diese Implementierungen aber häufig leistungshungrig und ineffizient. Eine Multiplikationsoperation wird bei einem DSP bitweise ausgeführt und ist mehrstufig, was Taktfrequenzen erfordert, die ein Mehrfaches höher als die Signalfrequenz sind.In purely digital systems are used to implement scalar product operations of vectors and VMM operations typically digital signal processors (DSPs). Because of the big one Number of multiplications involved are these implementations but often Power hungry and inefficient. A multiplication operation is done bitwise in a DSP and is multi-step what Clock frequencies requires several times higher than the signal frequency are.
Skalarproduktoperationen von Vektoren und VMM-Operationen sind nicht auf den digitalen Bereich beschränkt, wobei es Beispiele eines analogen Skalarprodukts und eines Mischsignal-Skalarprodukts von Vektoren und von analogen und Mischsignal-VMM-Zellen gibt. Solche Operationen sind z. B. beschrieben in:
- [1] R. Genov and G. Cauwenberghs, "Charge-Mode Parallel Architecture for Vector Matrix Multiplication", Circuits and Systems II: Analog and Digital Signal Processing, IEEE Transactions on, Bd. 48, S. 930–936, 2001,
- [2] V. A. Pedroni, "Error-compensated analog cells for vector multiplication and vector quantization", Circuits and Systems II: Analog and Digital Signal [3] Processing, IEEE Transactions on, Bd. 48, S. 511–519, 2001 und
- [3] T. Y. Lin and A. J. Payne, "Programmable analogue vector-matrix multiplier," Electronic Letters, Bd. 38, S. 1–2, 2002.
- [1] R. Genov and G. Cauwenberghs, "Charge-Mode Parallel Architecture for Vector Matrix Multiplication," Circuits and Systems II: Analog and Digital Signal Processing, IEEE Transactions on, Vol. 48, pp. 930-936, 2001,
- [2] VA Pedroni, "Error-compensated analog cells for vector multiplication and vector quantization", Circuits and Systems II: Analog and Digital Signal [3] Processing, IEEE Transactions on, Vol. 48, pp. 511-519, 2001 and
- [3] TY Lin and AJ Payne, "Programmable Analogue Vector-Matrix Multiplier," Electronic Letters, Vol. 38, pp. 1-2, 2002.
Obgleich die Ladungsbetriebsarts-Multiplikationsoperation in der in [1] beschriebenen Implementierung im Analogbereich ausgeführt wird, ist die digitale Darstellung, bei der Eingaben auf bitserielle Weise dargestellt werden und Matrixelemente lokal in bitparalleler Form gespeichert werden, in die Architektur eingebettet. In diesem Zugang wird die Multiplikation implizit in der Ladungstransferoperation durch eine Reihe boolescher UND-Operationen ausgeführt. Ein stärker 'analoger' Zugang wird in [2] unternommen, wo die Eingaben, Gewichtungen und Ausgaben durch kontinuierliche analoge Variable dargestellt werden und die Multiplikation unter Nutzung der Quadratgesetzeigenschaften von MOS-Transistoren in der Sättigung erreicht wird. [3] wählt einen anderen Zugang, bei dem die Eingaben und Gewichtungen die Phasen des Eingangsstroms bzw. des Gewichtungsstroms modulieren. Um die Ausgabe zu erhalten, wird ein translinearer Multiplizierer verwendet, der mit einer Tiefpassfilterung gekoppelt ist.Although the charge mode multiplication operation is performed in the analog domain in the implementation described in [1], the digital representation is in bit-serial inputs and matrix elements are stored locally in bit-parallel form embedded in the architecture. In this approach, the multiplication is implicitly performed in the charge transfer operation by a series of Boolean AND operations. A more 'analog' access is made in [2], where the inputs, weights and outputs are represented by continuous analog variables and the multiplication is achieved using the square-law characteristics of MOS transistors in saturation. [3] selects another approach in which the inputs and weights modulate the phases of the input current and the weighting current, respectively. To obtain the output, a translinear multiplier coupled to low pass filtering is used.
In diesen 'analogen' Zugängen des Standes der Technik wird die Topologie des Systems zur Entwurfszeit festgelegt, wobei die Systeme nicht die oben erwähnte Rekonfigurierbarkeit besitzen. Für diese Zugänge kann die Programmierbarkeit (d. h. die Definition einer Matrix diskret gewichteter Koeffizienten) durch die ganzzahlige Skalierung eines Modulationsparameters wie etwa der Fläche eines Kondensators oder Widerstands erhalten werden, wobei der Koeffizient durch das Verhältnis dieses Parameterwerts zu dem Einheitswert gegeben ist.In these 'analog' accesses of the The prior art becomes the topology of the system at design time The systems do not have the above-mentioned reconfigurability. For this Additions can the programmability (that is, the definition of a matrix discrete weighted coefficient) by the integer scaling of a Modulation parameters such as the area of a capacitor or Resistance can be obtained, the coefficient by the ratio of this Parameter value is given to the unit value.
Im Allgemeinen sind digitale Zugänge analogen Zugängen hinsichtlich Rauschen und Genauigkeit überlegen. Da die Genauigkeit des Systems die unteren Grenzen des Rauschabstands für einen gegebenen Dynamikbereich vorschreibt, hängen die zwei Leistungsfähigkeitsmetriken zusammen. In digitalen Zugängen ist die Genauigkeit des Systems durch die "Breite" des Busses bestimmt. In analogen Zugängen, in denen die Gewichtungen digital programmiert werden, kann die Genauigkeit des Systems durch Rauschen und Fehler wie etwa wegen der Anpassung begrenzt sein.in the Generally, digital accesses analog accesses superior in terms of noise and accuracy. Because the accuracy of the system the lower limits of the signal to noise ratio for one prescribes given dynamic range, the two performance metrics depend together. In digital access is the accuracy of the system is determined by the "width" of the bus. In analog access, in where the weights are programmed digitally, the accuracy can be of the system due to noise and errors such as due to the adjustment be limited.
Wie bereits angemerkt wurde, ist eine Komponente eines Matrixmultiplizierers von Vektoren, der im gemischten Analog/Digital-Signalbereich arbeitet, wahrscheinlich ein Digital/Analog-Umsetzer (DAC). DACs spielen eine grundlegende und notwendige Rolle bei der Überbrückung der Trennung zwischen den quantisierten Daten, die im digitalen Raum manipuliert werden, und den kontinuierlichen Signalen, mit denen die wirkliche Welt in Wechselwirkung tritt. Allerdings verbrauchen DACs für mobile und tragbare Vorrichtungen, die einen niedrigen Leistungsverbrauch und eine kleine Chipfläche erfordern, einen wesentlichen Teil des Leistungsetats. Während die von einer Anwendung geforderte Genauigkeit zunimmt, werden physikalische Probleme wie etwa die Anpassung, die Leistungsversorgungsempfindlichkeit und andere Probleme kritischer, was einen unteren Grenzwert an die Mindestgröße des Quantisierungsschritts stellt. Beschränkungen der Chipfläche und des Leistungsverbrauchs setzen dann einen oberen Grenzwert an die Auflösung (d. h. die Anzahl der Eingabebits) der Vorrichtung. Somit verbraucht ein DAC mit niedriger Auflösung für einen gegebenen Mindestquantisierungsschritt weniger Leistung, da er einen dementsprechend niedrigeren Vollausschlaghub hat.As has already been noted is a component of a matrix multiplier vectors used in the mixed analogue / digital signal domain, probably a digital to analogue converter (DAC). DACs play one fundamental and necessary role in bridging the separation between the quantized data manipulated in digital space, and the continuous signals that the real world uses interacts. However, DACs consume for mobile and portable devices that require low power consumption and a small chip area require a substantial part of the benefit budget. While the Increased accuracy required by an application becomes physical Problems such as the adaptation, the power supply sensitivity and other problems more critical, giving a lower limit to the Minimum size of the quantization step provides. restrictions the chip area and power consumption then set an upper limit the resolution (i.e., the number of input bits) of the device. Thus consumed a low-resolution DAC for one given minimum quantization step less power, since he has one accordingly has lower Vollausschlaghub.
Es wird ein genaues, leistungsarmes, programmierbares und rekonfigurierbares Verfahren zum Ausführen von Vektoroperationen wie etwa Skalarprodukten von Vektoren und VMM sowie Operationen von Skalaren wie etwa Polynomfunktionen für die Funktionsnäherung, für die Signalverarbeitung und für die Berechnung benötigt, um den wachsenden Bedarf für unabhängige, am Körper getragene, Lifestyle- und Sensorschnittstellenprodukte zu erfüllen. In irgendeinem solchen Verfahren ist die Optimierung der Leistungsfähigkeit des DAC wahrscheinlich die Lösung.It becomes an accurate, low-power, programmable and reconfigurable Method of execution vector operations such as scalar products of vectors and VMM and operations of scalars such as polynomial functions for the function approximation, for the Signal processing and for the calculation needs to meet the growing demand for independent, on the body worn lifestyle and sensor interface products. In any such method is optimizing the performance of the DAC probably the solution.
Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum
Umsetzen eines M-Bit-Digitalsignals in ein Analogsignal geschaffen,
wobei die Vorrichtung umfasst:
ein Mittel zum Abbilden des
M-Bit-Digitalsignals auf einen ersten und auf einen zweiten digitalen
Wert, so dass das Verhältnis
des ersten digitalen Werts zu dem zweiten digitalen Wert gleich
dem Wert des M-Bit-Digitalsignals ist oder ihn annähert;
einen
ersten und einen zweiten Digital/Analog-Umsetzer, wobei der erste
Digital/Analog-Umsetzer einen Eingang zum Empfangen des genannten
ersten digitalen Werts und der zweite Digital/Analog-Umsetzer einen Eingang
zum Empfangen des genannten zweiten digitalen Werts besitzt; und
ein
Schaltungsmittel, das mit den Analogausgängen des Digital/Analog-Umsetzers
gekoppelt ist, um eine der analogen Ausgaben durch die andere zu
dividieren und das Ergebnis an einen Ausgang zu liefern.According to a first aspect of the present invention, there is provided an apparatus for converting an M-bit digital signal into an analog signal, the apparatus comprising:
means for mapping the M-bit digital signal to first and second digital values such that the ratio of the first digital value to the second digital value equals or approximates the value of the M-bit digital signal;
a first and a second digital-to-analog converter, the first digital-to-analog converter having an input for receiving said first digital value and the second digital-to-analog converter having an input for receiving said second digital value; and
a switching means coupled to the analog outputs of the digital-to-analog converter for dividing one of the analog outputs by the other and providing the result to an output.
Die Bitlänge des ersten und des zweiten digitalen Werts ist kleiner als die des M-Bit-Digitalsignals. Obgleich dies nicht der Fall zu sein braucht, ist die Bitlänge N des ersten digitalen Werts vorzugsweise gleich der des zweiten digitalen Werts.The bit length of the first and second digital values is smaller than that of the M-bit digital signal. Although this is not the case, the bit length is N of first digital value preferably equal to that of the second digital one Value.
Die Bitgenauigkeit, die durch Kombination zweier linearer Digital/Analog-Umsetzer gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt werden kann, ist größer als die, die unter Verwendung eines dieser Umsetzer allein erzielt werden kann. Außerdem ist die durch die zwei linearen (N-Bit-)Umsetzer verbrauchte Leistung allgemein kleiner als die, die von einem einzelnen Digital/Analog-Umsetzer mit (2N-1) Bits verbraucht würde. Ein weiterer Vorteil von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist, dass die Quantisierungsschritte für kleine Signalpegel kleiner als für hohe Signalpegel sind. Somit werden die (Quantisierungs-)Rauschabstände für kleine Signalpegel verbessert.The bit accuracy that can be achieved by combining two linear digital-to-analog converters according to the present invention is greater than that achieved using one of these converters alone can be achieved. In addition, the power consumed by the two linear (N-bit) converters is generally smaller than that consumed by a single digital-to-analog converter with (2N-1) bits. Another advantage of embodiments of the present invention is that the quantization steps are smaller for small signal levels than for high signal levels. Thus, the (quantization) signal to noise ratios are improved for small signal levels.
Vorzugsweise umfasst das genannte Mittel zum Abbilden einen Speicher, der eine Nachschlagetabelle speichert, wobei die Nachschlagetabelle gebrochene Werte und erste bzw. zweite Wertepaare enthält, so dass das Verhältnis eines ersten und eines zweiten Werts gleich dem entsprechenden gebrochenen Wert ist. Das Mittel zum Abbilden umfasst ferner ein Mittel zum Nachschlagen in der Tabelle, um die genaueste gebrochene Näherung an das M-Bit-Digitalsignal zu ermitteln und den entsprechenden ersten und zweiten Wert zu identifizieren.Preferably said means for mapping comprises a memory comprising a Lookup table stores, where the lookup table is broken Values and first or second value pairs contains, so that the ratio of a first and a second value equal to the corresponding fractional Is worth. The means for imaging further comprises a means for Look up in the table for the most accurate fractional approximation to determine the M-bit digital signal and the corresponding first one and to identify the second value.
In bestimmten Ausführungsformen der Erfindung umfasst die Vorrichtung ein Mittel zum Komprimieren des genannten M-Bit-Digitalsignals um einen Faktor A. Das komprimierte M-Bit-Digitalsignal wird an das Mittel zur Abbildung übergeben. Das genannte Schaltungsmittel umfasst ein Mittel zum Skalieren des Ergebnisses der genannten Division um den Faktor A. Da der Rauschabstand für kleine Signalpegel höher ist, wird der Rauschabstand über den gesamten Dynamikbereich verbessert.In certain embodiments According to the invention, the device comprises a means for compressing the M-bit digital signal by a factor of A. The compressed M-bit digital signal is passed to the means for mapping. The said circuit means comprises means for scaling the Result of said division by the factor A. Since the signal to noise ratio for little ones Signal level higher is, the signal to noise ratio is over improved the overall dynamic range.
Vorzugsweise ist das genannte Schaltungsmittel ein translinearer Multiplizierer.Preferably said switching means is a translinear multiplier.
Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Umsetzen eines M-Bit-Digitalsignals in ein Analogsignal geschaffen,
wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
Abbilden des M-Bit-Digitalsignals
auf einen ersten und auf einen zweiten digitalen Wert, so dass das
Verhältnis des
ersten digitalen Werts zu dem zweiten digitalen Wert gleich dem
Wert des M-Bit-Digitalsignals ist oder ihn annähert;
Anlegen des genannten
ersten digitalen Werts und des genannten zweiten digitalen Werts
an die Eingänge des
ersten bzw. des zweiten Digital/Analog-Umsetzers; und
Dividieren
der analogen Ausgabe eines der Digital/Analog-Umsetzer durch die
andere und Liefern des Ergebnisses an einen Ausgang.According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of converting an M-bit digital signal to an analog signal, the method comprising:
Mapping the M-bit digital signal to first and second digital values such that the ratio of the first digital value to the second digital value equals or approximates the value of the M-bit digital signal;
Applying said first digital value and said second digital value to the inputs of the first and second digital-to-analog converters, respectively; and
Dividing the analog output of one of the digital-to-analog converters by the other and providing the result to an output.
Gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung
geschaffen, die zum Auswerten einer Funktion konfigurierbar ist,
wobei die Vorrichtung umfasst:
eine Vielzahl von Skalierungselementen,
wobei jedes Skalierungselement einen ersten Eingang zum Empfangen
eines analogen Eingangssignals, einen zweiten Eingang und einen
Ausgang besitzt;
ein Steuermittel zum Erzeugen einer digitalen
Gewichtung für
eines oder mehrere der genannten Skalierungselemente mit einem Ausgabemittel
zum Anlegen der erzeugten Gewichtungen an die zweiten Eingänge der jeweiligen
Skalierungselemente;
ein Ausgabemittel mit einer Vielzahl von
Eingängen,
die mit Ausgängen
jeweiliger Skalierungselemente gekoppelt sind, um Skalierungsprodukte
davon zu empfangen, mit einer Vielzahl von Ausgängen, die wahlweise mit jeweiligen
Eingängen
gekoppelt sind, und mit einem Mittel zum wahlweisen Koppeln von
Eingängen
oder Ausgängen
miteinan der, wobei das Steuermittel mit dem Ausgabemittel gekoppelt
ist, um die wahlweise Kopplung auszuführen.According to a third aspect of the present invention there is provided an apparatus configurable to evaluate a function, the apparatus comprising:
a plurality of scaling elements, each scaling element having a first input for receiving an analog input signal, a second input, and an output;
a control means for generating a digital weight for one or more of said scaling elements with an output means for applying the generated weights to the second inputs of the respective scaling elements;
output means having a plurality of inputs coupled to outputs of respective scaling elements for receiving scaling products therefrom, having a plurality of outputs selectively coupled to respective inputs, and means for selectively coupling inputs to outputs; wherein the control means is coupled to the output means to perform the selective coupling.
Die genannten Skalierungselemente können Multiplikationselemente, Divisionselemente oder Elemente, die zum Ausführen entweder einer Multiplikation oder einer Division konfigurierbar sind, sein.The can be mentioned scaling elements Multiplication elements, division elements or elements that contribute to To run either a multiplication or a division configurable are, be.
Die Skalierungselemente können rein analoge Vorrichtungen sein, wobei in diesem Fall ein Digital/Analog-Umsetzungsmittel bereitgestellt wird, um die digitalen Gewichtungen in analoge Gewichtungen umzusetzen. Alternativ können die Skalierungselemente gemischte digitale und analoge Vorrichtungen sein, wobei die digitalen Gewichtungen in diesem Fall direkt auf die Skalierungselemente angewendet werden können.The Scaling elements can be purely analog devices, in which case a digital / analog conversion means is provided to the digital weights in analog weights implement. Alternatively you can the scaling elements mixed digital and analog devices be, with the digital weights in this case directly on the scaling elements can be applied.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung so konfigurierbar, dass sie als ein Skalarproduktmultiplizierer von Vektoren arbeitet.In an embodiment According to the invention, the device is configurable to be used as a a dot product multiplier of vectors works.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schaffen einen Skalarproduktmultiplizierer von Vektoren, der sowohl hinsichtlich der auf die Skalierungselemente angewendeten Gewichtungen als auch hinsichtlich der Kombination der zur Ausführung einer gegebenen Skalierungsoperation verwendeten Elemente rekonfiguriert werden kann. Zum Beispiel kann die Vorrichtung durch geeignete Auswahl der in dem Ausgabemittel gebildeten Verbindungen so konfiguriert werden, dass sie zwei oder mehr Multiplikationsoperationen parallel ausführt, wobei jede Operation eine Teilmenge der mehreren Skalierungselemente verwendet.Embodiments of the present invention provide a scalar product multiplier of vectors that can be reconfigured with respect to both the weights applied to the scaling elements and the combination of the elements used to perform a given scaling operation. For example, by appropriate selection of the connections formed in the output means, the device may be configured to parallel two or more multiplication operations where each operation uses a subset of the multiple scaling elements.
Vorzugsweise ist das genannte Steuermittel ein Mikroprozessor oder ein Mikrocontroller, der eine oder mehrere der genannten digitalen Gewichtungen periodisch umprogrammieren kann.Preferably said control means is a microprocessor or a microcontroller, the one or more of said digital weights periodically can reprogram.
Vorzugsweise umfasst jedes Skalierungselement einen Digital/Analog-Umsetzer (DAC), dessen digitaler Eingang mit dem zweiten Eingang des Elements gekoppelt ist, um eine digitale Gewichtung von dem Steuermittel zu empfangen. Bevorzugter empfängt der DAC an einem Steuereingang davon das genannte analoge Eingangssignal, während das Ausgangssignal des DAC mit dem Ausgang des Skalierungselements gekoppelt ist, um das Multiplikationsprodukt an den Ausgang zu liefern.Preferably each scaling element comprises a digital to analogue converter (DAC), whose digital input is coupled to the second input of the element is to receive a digital weight from the control means. Preferred receives the DAC at a control input thereof said analogue input signal, while the output of the DAC is coupled to the output of the scaling element is to deliver the multiplication product to the output.
Vorzugsweise umfasst das Ausgabemittel eine erste Vielzahl von Schaltern zum wahlwei sen Koppeln benachbarter Eingänge des Ausgabemittels miteinander und eine zweite Vielzahl von Schaltern, die die Eingänge des Ausgabemittels mit jeweiligen Ausgängen koppeln.Preferably the output means comprises a first plurality of switches for optionally coupling adjacent inputs of the output means to each other and a second plurality of switches that control the inputs of the Coupling output with respective outputs.
Um eine Rückkopplung zu den Skalierungselementen zu liefern, können die Ausgänge des Ausgabemittels wahlweise gekoppelt werden. Zum Beispiel kann für jedes Skalierungselement ein Summiermittel vorgesehen sein, um eine Anfangsgewichtung mit einem an einem dieser genannten Ausgänge vorhandenen Wert zu summieren, wobei das Ergebnis als eine digitale Gewichtung an den zweiten Eingang des Skalierungselements angelegt wird. Die Auswahl der Ausgänge zur Rückkopplung wird vorzugsweise durch das genannte Steuermittel gesteuert.Around a feedback to deliver the scaling elements, the outputs of the Output means are optionally coupled. For example, for each Scaling element summing means may be provided to an initial weighting with a value present at one of these outputs, the result being a digital weighting to the second input of the scaling element is created. The selection of outputs for feedback is preferably controlled by said control means.
Gemäß einem
vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Auswerten einer Polynomfunktion unter Verwendung der Vorrichtung
gemäß dem obigen
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung geschaffen, wobei das
Verfahren Folgendes umfasst:
Faktorisieren der Polynomfunktion,
um sie in eine Form zu bringen, die verschachtelte Multiplikations-
und Akkumulationsterme enthält;
Anlegen
einer Funktionsvariablen an die ersten Eingänge wenigstens bestimmter der
Skalierungseinheiten und Anlegen von Funktionskonstanten als Gewichtungen
an zweite Eingänge
wenigstens bestimmter Skalierungseinheiten; und
Konfigurieren
der Vorrichtung in der Weise, dass die Komponenten jedes Multiplikations-
und Akkumulationsterms durch die jeweiligen Skalierungselemente
ausgewertet und durch das Ausgabemitttel summiert werden, wobei
jede Zwischensumme an ein Skalierungselement weitergeleitet wird,
das eine Komponente des Multiplikations- und Akkumulationsterms
der nächsten
Ordnung auswertet.According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of evaluating a polynomial function using the apparatus according to the above third aspect of the present invention, the method comprising:
Factoring in the polynomial function to bring it into a form containing nested multiplication and accumulation terms;
Applying a function variable to the first inputs of at least some of the scaling units and applying function constants as weights to second inputs of at least certain scaling units; and
Configuring the device such that the components of each multiplication and accumulation term are evaluated by the respective scaling elements and summed by the output mean, each sub-sum being passed to a scaling element that evaluates a component of the next-order multiplication and accumulation term.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung und um zu zeigen, wie diese verwirklicht werden kann, wird nun beispielhaft auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen:For a better one understanding of the present invention and to show how this is realized will now be exemplified in the accompanying drawings Reference is made in which:
Das nun beschriebene rekonfigurierbare Mischsignal-Multiplikations- und -Akkumulationssystem (MSRMAC-System) umfasst eine Matrix analoger Eingangsanschlüsse, die eine Matrix von Multipliziererzellen speisen, die durch einen Mikroprozessor konfigurierbar sind. Die Ausgänge der Multipliziererzellen sind an Eingänge einer Rekonfigurierungsbrücke (R-BRIDGE) angelegt, die ebenfalls durch den Mikroprozessor konfigurierbar ist. Obgleich das System unter Verwendung diskreter Komponenten implementiert oder in einen Chip, der als eine Einzelkomponente arbeitet, integriert werden kann, ist klar, dass die bevorzugte Implementierung innerhalb eines integrierten Systems ist, das so konstruiert ist, dass es eine/einige vordefinierte oder programmierbare Funktionen) ausführt, die Vektoroperationen wie etwa Skalarprodukt- oder Matrixmultiplikationsoperationen von Vektoren oder Operationen von Skalaren wie etwa bei der Erzeugung von Polynomfunktionen für die Funktionsnäherung oder anders nutzen.The now described reconfigurable mixed signal multiplication and accumulation system (MSRMAC system) comprises a matrix of analogous Input terminals, which feed a matrix of multiplier cells by a Microprocessor are configurable. The outputs of the multiplier cells are at entrances a reconfiguration bridge (R-BRIDGE), which can also be configured by the microprocessor is. Although the system uses discrete components implemented or in a chip acting as a single component works, can be integrated, it is clear that the preferred Implementation within an integrated system is that way It is constructed that it is one / some predefined or programmable Functions), the vector operations, such as dot product or matrix multiplication operations of vectors or operations of scalars such as in generation of polynomial functions for the function approximation or use it differently.
In
Die
Multiplikationsfunktionalität
der Zellen
In
einer alternativen Ausführungsform
kann die Multipliziererzelle
Wieder
anhand von
Die
R-BRIDGE
Die
Funktionalität
der Matrix von N Multipliziererzellen
Die Rekonfigurierungsmatrix s(t) in (3) dient zur Trennung verschiedener Gruppen des Hadamard-Produkts sowie zum Kumulieren der Ausgaben innerhalb der Gruppe, was einen hohen Grad an Flexibilität und Rekonfigurierbarkeit für das System ermöglicht. Die Rekonfigurierungsbrücke implementiert die notwendige Abbildung von r(t) auf s(t) in (3) und (7).The reconfiguration matrix s (t) in (3) serves to separate different groups of the Hadamard product and cumulate the outputs within the group, allowing for a high degree of flexibility and reconfigurability for the system. The reconfiguration bridge implements the necessary Map from r (t) to s (t) in (3) and (7).
Durch Betätigen geeigneter Schalter unter Verwendung eines einzelnen Rekonfigurierungsvektors r(t), der ein einzelnes Digitalwort ist, können die Ausgaben aller oder einer Teilmenge der Multipliziererzellen miteinander verbunden werden und kann die resultierende Summe der Produkte (Kirchhoffsches Stromgesetz) mit einem ausgewählten Ausgang gekoppelt werden. Die Rekonfigurierungsmatrix s(t) dient in (3) zur Trennung verschiedener Gruppen des Hadamard-Produkts sowie zum Kumulieren der Ausgaben innerhalb der Gruppe, was einen hohen Grad an Flexibilität und Rekonfigurierbarkeit für das System ermöglicht. Die Rekonfigurierungsbrücke implementiert in (3) und (7) die notwendige Abbildung von r(t) auf s(t).By Actuate appropriate switch using a single reconfiguration vector r (t), which is a single digital word, can be the output of all or a subset of the multiplier cells are interconnected and can the resulting sum of products (Kirchhoff's Electricity Act) with a selected one Output can be coupled. The reconfiguration matrix s (t) is used in (3) for separating different groups of the Hadamard product as well as to cumulate the expenses within the group, what a high degree of flexibility and reconfigurability for the system allows. The reconfiguration bridge implements the necessary mapping of r (t) into (3) and (7) s (t).
Somit
könnten
z. B. die Ausgänge
der oberen drei Multipliziererzellen
Als ein Beispiel kann ein 6-dimensionales Netz so konfiguriert werden, dass es eine 2 × 2-VMM, eine 3 × 3-VMM und ein Skalarprodukt implementiert, wobei r(t) = (010011)b ist. Andererseits wird eine 6 × 6-VMM-Operation implementiert, falls r(t) =(000001)b ist.As an example, a 6-dimensional network may be configured to implement a 2 x 2 VMM, a 3 x 3 VMM, and a dot product, where r (t) = (010011) b . On the other hand, a 6x6 VMM operation is implemented if r (t) = (000001) b .
In sehr vielen Anwendungen, die Multiplikationsoperationen erfordern, wie etwa dem Skalarprodukt von Vektoren oder der VMM ist der Leistungsverbrauch ein entscheidender Faktor. Dies betrifft insbesondere den Fall tragbarer Vorrichtungen. Ein weiterer erheblicher Leistungsverbraucher in einem elektronischen System sind häufig die Digital/Analog-Umsetzer.In many applications that require multiplication operations, such as the scalar product of vectors or the VMM is the power consumption a decisive factor. This concerns in particular the case portable Devices. Another significant power consumer in An electronic system is often the digital / analog converter.
Ferner
umfasst das System zwei (herkömmliche,
lineare) N-Bit-DACs
Bei
genauerer Betrachtung des translinearen Multiplizierers
In
den
Der
Betrieb des Systems aus
Die Quantisierungszustände in dem hier vorgeschlagenen rationalen DAC-Schema sind proportional zu den Verhältnissen der Quantisierungszustände zweier ähnlicher linear quantisierter DACs oder mathematisch: wobei QR die möglichen Quantisierungsschritte eines rationalen Schemas und QU1 und QU2 jene eines gleichförmig quantisierten Systems sind. QU1 und QU2 besitzen die gleiche Genauigkeit, die hier als die "Grundgenauigkeit" von QR definiert wird. Mit diesem Schema können zwei N-Bit-DACs zusammen abgestimmt werden, um mehr als 2 zur (2N-1)-ten Potenz erhobene Quantisierungszustände zu erhalten. Zur Anpassung der Eingabe an dasjenige Paar ganzzahliger Werte, das die genaueste Näherung ergibt, kann eine Nachschlagetabelle des Zählers, des Nenners und der entsprechenden Verhältnisse verwendet werden. Die Anzahl eindeutiger Quanten und somit die Größe der Nachschlagetabelle für rationale DACs mit einer Grundgenauigkeit von bis zu 8 Bits sind in der unten stehenden Tabelle 2 tabelliert.The quantization states in the rational DAC scheme proposed here are proportional to the ratios of the quantization states of two similar linearly quantized DACs or mathematically: where Q R are the possible quantization steps of a rational scheme and Q U1 and Q U2 are those of a uniformly quantized system. Q U1 and Q U2 have the same accuracy, which is defined here as the "basic accuracy" of Q R. With this scheme, two N-bit DACs can be tuned together to obtain more than 2 (2N-1) th power quantization states. To match the input to the one pair of integer values that gives the most accurate approximation, a look-up table of the numerator, denominator, and corresponding ratios can be used. The number of unique quanta and thus the size of the lookup table for rational DACs with a basic accuracy of up to 8 bits are tabulated in Table 2 below.
Die
durch ein rationales DAC-Schema erzeugten Quantisierungsschritte
sind nicht gleichförmig
bemessen, sondern nehmen mit der Signalgröße zu.
Das rationale DAC-Schema bietet durch Verringerung der Vollausschlagströme die Möglichkeit einer niedrigeren Leistung. Die Leistung PU eines N-Bit-Stromlenkungs-DAC ist: wobei Vpp die Potentialdifferenz über die Versorgungen, Iu der Strom bei der Mindestschrittweite und Imax der als Imax = 2NIu gegebene Vollausschlagstrom ist. Offensichtlich ist der Leistungsverbrauch für gegebenes Imax unabhängig von der Genauigkeit oder sind alternativ Imax und PU für ein gegebenes Iu abhängig von der Genauigkeit. Da der rationale DAC durch gleichförmige DACs mit niedrigerer Genauigkeit eine höhere Auflösung erzielt, besitzt er die Möglichkeit eines niedrigeren Leistungsverbrauchs, während er die an die Vorrichtungsbemessung, an das Netzunterdrückungsfaktorverhältnis und an andere Parameter gestellten physikalischen Anforderungen weiter erfüllt sind.The rational DAC scheme offers the possibility of lower performance by reducing the full swing currents. The power P U of an N-bit current steering DAC is: where V pp is the potential difference across the supplies, I u is the current at the minimum step size, and I max is the full deflection current given as I max = 2 N I u . Obviously, the power consumption for a given I max is independent of the accuracy or alternatively I max and P U for a given I u dependent on the accuracy. As the rational DAC achieves higher resolution through lower accuracy uniform DACs, it has the potential for lower power consumption while still meeting the physical requirements imposed on device rating, network rejection factor ratio, and other parameters.
Die Leistungsfähigkeit eines rationalen DAC ist unter Verwendung von MATLABTM mit der eines gleichförmigen DAC verglichen worden. Die Leistungsmerkmale sind der relative Leistungsverbrauch und der Prozentsatz des Verzerrungsfehlers bei jedem Quant.The performance of a rational DAC has been compared to that of a uniform DAC using MATLAB ™ . The features are the relative power consumption and the percentage of distortion error for each quant.
Leistungsverbrauchpower consumption
Die
Eingangsleistung PR des rationalen DAC in
Prozentualer Verzerrungsfehlerpercentage distortion errors
Der
prozentuale Verzerrungsfehler εd bei einer gegebenen Quantisierungsstufe
ist als das Verhältnis der
Differenz zwischen dem quantisierten und dem tatsächlichen
Wert zu dem tatsächlichen
Wert als ein Prozentsatz oder mathematisch durch: definiert.
Da der Fehler für
einen gleichförmigen
DAC für
zunehmendes wk innerhalb eines konstanten
Bands bleibt, wird der Fehler invers reduziert. Der Fehler für das rationale
Schema ist komplizierter, da er wegen der zunehmenden Zählerwerte
innerhalb der Bänder
zunehmend breite Bänder
umfasst, die reduziert werden. Dies ist in
Die schlechte Leistungsfähigkeit des rationalen DAC für große Werte von wk kann einer schrägen Verteilung der Quanten zugeschrieben werden, die unten dicht und oben dünn ist. Für einen rationalen 4-Bit-DAC entfallen nur 8 Quanten auf Werte von wk von 0,5 bis 1, was 151 Schritte für kleinere Werte lässt. Durch Verwerfen der größeren Quanten oben kann die Gesamtgenauigkeit des rationalen DAC-Systems erhöht werden.The poor performance of the rational DAC for large values of w k can be attributed to an oblique distribution of quanta, which is dense at the bottom and thin at the top. For a rational 4-bit DAC, only 8 quanta accounts for values of w k of 0.5 to 1, leaving 151 steps for smaller values. Discarding the larger quanta above can increase the overall accuracy of the rational DAC system.
Rationale DACs mit skalierbarer Genauigkeitrationale DACs with scalable accuracy
Obgleich die Leistungsfähigkeit des rationalen Schemas gegenüber der eines linearen Schemas (mit der gleichen Gesamteingangsbitgenauigkeit) mangelhaft ist, ist sein Leistungsverbrauch erheblich niedriger. Durch Abwägung des Leistungsverbrauchs gegenüber der Bitgenauigkeit kann das SNR des rationalen DAC verbessert werden. Dies kann dadurch erzielt werden, dass wk um einen Skalenfaktor A komprimiert wird, um die Quanten am oberen Ende des Dynamikbereichs zu "ignorieren". Folglich wird das reduzierte Signal durch die feineren Quanten am unteren Ende der Quantisierungs-"Leiter" quantisiert, um eine Zunahme der Genauigkeit zu erhalten. Um das gleiche Vollausschlag-Analogausgangssignal zu erhalten, muss der Vorstrom um einen gleichwertigen Faktor A erhöht werden. Der Leistungsverbrauch nimmt proportional zum SNR zu. Der Ausgangsstrom QR(.) des Systems mit einer Eingabe wk kann als ausgedrückt werden. Falls A zur Laufzeit abgestimmt wird, kann folglich ein mögliches Schema zur Skalierung der effektiven Genauigkeit des DAC erzielt werden, das ein besseres Leistungsmanagement einer Vorrichtung ermöglicht.Although the performance of the rational scheme is poorer than that of a linear scheme (with the same overall input bit accuracy), its power consumption is significantly lower. By balancing power consumption versus bit accuracy, the rational DAC SNR can be improved. This can be achieved by compressing w k by a scale factor A to "ignore" the quanta at the high end of the dynamic range. Consequently, the reduced signal is quantized by the finer quanta at the bottom of the quantization "conductors" to obtain an increase in accuracy. In order to obtain the same full scale analogue output signal, the bias current must be increased by an equivalent factor A. The power consumption increases in proportion to the SNR. The output current Q R (.) Of the system with an input w k may be referred to as be expressed. Thus, if A is tuned at run time, a possible scheme for scaling the effective accuracy of the DAC can be achieved, allowing for better power management of a device.
Um
die Funktion der Skalierungsgenauigkeit zu implementieren, wird
die Architektur in
Die Leistungsfähigkeit eines rationalen DAC mit skalierbarer Genauigkeit mit der Grundgenauigkeit von 5 Bits wurde in MATLABTM bei verschiedenen Skalenfaktoren mit der eines gleichförmigen DAC mit einer Genauigkeit von 5 bis 8 Bits verglichen. Wie bei der obigen Analyse wurden zwei Leistungsmerkmale tabelliert und verglichen: die relative Leistung in Prozent und der relative prozentuale Verzerrungsfehler. Die relative Leistung in Prozent wird berechnet als: The performance of a rational DAC with scalable accuracy with the basic accuracy of 5 bits was compared in MATLAB ™ at different scale factors with that of a uniform DAC with an accuracy of 5 to 8 bits. As in the above analysis, two features were tabulated and compared: percent relative power and relative percent distortion error. The relative power in percent is calculated as:
Der relative prozentuale Verzerrungsfehler (PDE) ist das relative Maß des prozentualen Verzerrungsfehlers zwischen einem rationalen und einem gleichförmigen DAC und wird als die Summe der Elemente berechnet, die durch die Operatoren größer als, kleiner als oder gleich beschrieben werden. Zum Beispiel ist The relative percent distortion error (PDE) is the relative measure of the percent distortion error between a rational and a uniform DAC and is calculated as the sum of the elements described by the operators greater than, less than or equal to. For example
Die
Simulationsergebnisse bestätigen
die Analyse, dass dadurch, dass die Eingaben so komprimiert werden,
dass das Signal innerhalb eines kleineren, aber dichteren Bereichs
quantisiert wird und darauf folgend expandiert wird, um den gleichen
Vollausschlagbereich zu erhalten, auf Kosten zunehmenden Leistungsverbrauchs
eine höhere
Genauigkeit erhalten werden kann. Allerdings sind die Leistungsverbrauchsstufen
wegen der Möglichkeit
eines kleineren Vollausschlagbereichs immer noch erheblich weniger
als die, die für
einen gleichförmigen
DAC erforderlich sind. Zum Beispiel zeigen die in der unten stehenden
Tabelle 3 gezeigten und in
Im Allgemeinen nimmt die effektive Genauigkeit der Quantisierung (PDER < PDEU) mit A zu. Diese stimmt mit einer vergleichbaren Zunahme des Leistungsverbrauchs überein. Somit ist zu beobachten, dass A eine direkte Wirkung sowohl auf die Genauigkeit als auch auf den Leistungsverbrauch des DAC hat. Dadurch, dass das System so konstruiert wird, dass A leicht abstimmbar ist, kann ein rationaler DAC implementiert werden, der die Genauigkeit zur Laufzeit skalieren kann. Es wird angemerkt, dass bestimmte Werte von A zu einer suboptimalen Leistungsfähigkeit führen, bei der die Leistungsfähigkeit eines gleichförmigen DAC die eines rationalen DAC hinsichtlich der Genauigkeit und/oder des Leistungsverbrauchs übertrifft. Solche Konfigurationen sind in Tabelle 3 mit einem Stern "*" bezeichnet.In general, the effective accuracy of the quantization (PDE R <PDE U ) increases with A. This is consistent with a comparable increase in power consumption. Thus, it can be observed that A has a direct effect on both the accuracy and power consumption of the DAC. By designing the system so that A is easily tunable, a rational DAC can be implemented that can scale the accuracy at run time. It is noted that certain values of A result in suboptimal performance where the performance of a uniform DAC exceeds that of a rational DAC in terms of accuracy and / or power consumption. Such configurations are indicated in Table 3 with an asterisk "*".
Der Aufwand zusätzlicher Software oder digitaler Komplexität, die eine Nachschlagetabelle und die Verarbeitung zur Anpassung der Eingabe an den geeigneten Index in der LUT erfordern, sind in der vorstehenden Diskussion nicht behandelt worden. Obgleich der Aufwand für sich genommen nicht unerheblich ist, kann der Aufwand der digitalen Komplexität im Kontext einer Mischsignalverarbeitungsumgebung, durch die eine innige Mischung digitaler und analoger Berechnung vorhanden ist, die zahlreiche lokale leistungsarme DACs mit annehmbarer Leistungsfähigkeit erfordert, von allen DACs gemeinsam genutzt werden. Somit wird der Aufwand dieser zusätzlichen digitalen Komplexität bei einer großen Anzahl lokaler DACs sehr niedrig. Dies ist in der oben beschriebenen VMM wahr.Of the Additional effort Software or digital complexity, which is a lookup table and the processing for adapting the input to the appropriate one Require index in the LUT are in the discussion above not treated. Although the effort taken by itself not insignificant the complexity of digital complexity in the context of a mixed signal processing environment, through the intimate mix of digital and analog computation The numerous local low-power DACs with acceptable capacity requires to be shared by all DACs. Thus, the Overhead of this extra digital complexity at a big one Number of local DACs very low. This is in the above True VMM.
Rationale DACs implementieren ein nichtlineares Quantisierungsschema, das angemessen mit einem logarithmischen Schema mit Quantisierungsschritten QLOG(.) verglichen wird, die als gegeben sind. Für k = b020 + b121 + ... + bN-12N-1 tritt der maximale Verzerrungsfehler in der Mitte zwischen zwei benachbarten Quantisierungsschritten auf, wobei er als gegeben ist. Es ist klar, dass der maximale Verzerrungsfehler unabhängig von k und somit für alle Eingabewerte konstant ist (wobei außerdem angemerkt wird, dass der maximale Verzerrungsfehler von der Anzahl der verwendeten Bits unabhängig ist). Somit kann mit einem solchen Schema die wie oben beschriebene Technik der Kompandierung nicht verwendet werden, um das SNR des DAC wirksam zu skalieren.Rational DACs implement a nonlinear quantization scheme which is reasonably compared to a logarithmic scheme with quantization steps Q LOG ( given are. For k = b 0 2 0 + b 1 2 1 + ... + b N-1 2 N-1 , the maximum distortion error occurs in the middle between two adjacent quantization steps, using as given is. It will be appreciated that the maximum distortion error is constant regardless of k and thus for all input values (also note that the maximum distortion error is independent of the number of bits used). Thus, with such a scheme, the technique of companding as described above can not be used to effectively scale the SNR of the DAC.
Um die SNR-Leistungsfähigkeit zu verbessern, muss r näher bei eins festgesetzt werden, was strengere Grenzwerte während der Herstellung auferlegt. Wegen entspricht einer Zunahme von r eine entsprechende Verringerung des Dynamikbereichs δL des DAC. Um das SNR ohne Verlust des Dynamikbereichs zu verbessern, sind somit strengere Nebenbedingungen an r sowie ein Bedarf an mehr Bits erforderlich. Demgegenüber kann das SNR des vorgeschlagenen rationalen DAC-Schemas leicht zur Laufzeit abgestimmt werden. Außerdem besitzt der rationale DAC einen weiten Dynamikbereich δR, der als die größte zur kleinsten dargestellten Zahl definiert ist und für einen rationalen DAC mit der Grundgenauigkeit von N Bits als δR = 2N/2-N = 22N gegeben ist.To improve SNR performance, r must be set closer to one, imposing stricter limits during manufacturing. Because of corresponds to an increase of r a corresponding reduction of the dynamic range δ L of the DAC. Thus, to improve the SNR without loss of dynamic range, more stringent constraints on r and a need for more bits are required. In contrast, the SNR of the proposed rational DAC scheme can be easily tuned at runtime. In addition, the rational DAC has a wide dynamic range δ R , which is defined as the largest number represented to the smallest and given for a rational DAC with the basic precision of N bits as δ R = 2 N / 2 -N = 2 2N .
Anhand
von
Polynomfunktionen bilden eine wichtige Klasse von Multiplikations- und Akkumulationsfunktionen, wobei ihre Nützlichkeit aus den verschiedenen Anwendungen, in denen sie zu finden sind, wie etwa in Potenzreihen zur Lösung von Differentialgleichungen und bei der Näherung analytischer Funktionen ersichtlich ist. Polynomfunktionen können wie folgt definiert werden: Polynomial functions constitute an important class of multiplication and accumulation functions, their usefulness being evident from the various applications in which they are found, such as power series for solving differential equations and approximating analytic functions. Polynomial functions can be defined as follows:
Eine
naive Analyse dieser Gleichung könnte
zur Schlussfolgerung führen,
dass zur Berechnung der Ausgabe Multiplikationen erforderlich
sind. Allerdings kann die Gleichung unter Verwendung des Horner-Schemas (J.-M.
Muller, "Algorithms
and Architectures",
in Elementary Functions, Boston: Birkhäuser, 1997, S. 43) in:
(23)
faktorisiert
werden, was nur N-1 Multiplikationen und Additionen erfordert, da
die Polynomfunktion als Reihe verschachtelter linearer Gleichungen
ausgedrückt
wird.A naive analysis of this equation could lead to the conclusion that to calculate the output Multiplications are required. However, the equation can be calculated using the Horner scheme (J.Muller, "Algorithms and Architectures", Elementary Functions, Boston: Birkhäuser, 1997, p.
(23)
which requires only N-1 multiplications and additions since the polynomial function is expressed as a series of nested linear equations.
Durch
Integration einer "Vorwärtskopplung" zwischen den Ausgängen der
Rekonfigurierungsbrücke
In
Es wird nun das spezifische Beispiel eines Polynoms dritter Ordnung betrachtet: Now consider the specific example of a third-order polynomial:
Um
dies auf das vorgeschlagene Netz abzubilden, müssten die Eingaben so beschaffen
sein, dass die Signaleingangsmatrix aus
Die
wie oben beschriebene Rekonfigurierungsfunktion R(.) wird unter
Verwendung eines Netzes von Schaltern innerhalb der Rekonfigurierungsbrücke
Bei
der obigen Rekonfigurierungsfunktion R(.) ist für alle geraden Ausgänge ein
Wechselschalter erforderlich, während
für jeden
der Multipliziererausgänge
mit ungeradem Index wie in
Die
in
Für den Fachmann auf dem Gebiet ist klar, dass an den oben beschriebenen Ausführungsformen Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.For the expert It will be understood in the art that changes are made to the embodiments described above can be made without departing from the scope of the present invention.
Tabelle 1 Table 1
Tabelle 2 Table 2
Tabelle 3 Table 3
Tabelle 4 Table 4
ZusammenfassungSummary
Vorrichtung
zum Umsetzen eines M-Bit-Digitalsignals in ein Analogsignal. Die
Vorrichtung umfasst ein Mittel (
Claims (17)
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