DE10393686T5 - Configurable functional implementation system and digital / analog converter - Google Patents

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DE10393686T5
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Christofer Toumazou
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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.

Figure 00000001
Figure 00000001

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:

Figure 00010001
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:
Figure 00010001
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:

Figure 00010002
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):
Figure 00010002
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.
scalability
  • 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.
Scalar product operations of vectors and VMM operations are not limited to the digital domain, and there are examples of analog scalar product and mixed signal scalar product of vectors and of analog and mixed-signal VMM cells. Such operations are for. As described 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, 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:

1 schematisch ein MSRMAC-System veranschaulicht; 1 schematically illustrates an MSRMAC system;

2 eine Multipliziererzelle des Systems aus 1 veranschaulicht; 2 a multiplier cell of the system 1 illustrated;

3 eine Rekonfigurierungsbrücke des Systems aus 1 veranschaulicht; 3 a reconfiguration bridge of the system 1 illustrated;

4 schematisch ein vereinfachtes Digital/Analog-Umsetzungssystem veranschaulicht; 4 schematically illustrates a simplified digital / analog conversion system;

5 das System aus 4 genauer veranschaulicht; 5 the system off 4 illustrated in more detail;

6 ein alternatives Digital/Analog-Umsetzungssystem veranschaulicht; 6 an alternative digital / analog conversion system is illustrated;

7 ein weiteres alternatives Digital/Analog-Umsetzungssystem veranschaulicht; 7 illustrates another alternative digital-to-analog conversion system;

8 die möglichen Quanten für ein Digital/Analog-Umsetzungssystem mit einer Grundgenauigkeit von 4 Bits zeigt; 8th shows the possible quanta for a digital / analog conversion system with a basic accuracy of 4 bits;

9 ein Satz graphischer Darstellungen ist, die die Leistungsfähigkeit des Systems aus 5 mit der eines herkömmlichen linearen Digital/Analog-Umsetzers vergleichen; und 9 a set of graphical representations is the system's performance 5 compare with that of a conventional linear digital-to-analog converter; and

10 ein multiplizierendes Digital/Analog-Umsetzungssystem veranschaulicht, das die Notwendigkeit eines getrennten Multiplizierers beseitigt; 10 illustrates a multiplying digital-to-analog conversion system that eliminates the need for a separate multiplier;

11 ein Satz graphischer Darstellungen ist, die die Leistungsfähigkeit des Systems aus 9 mit der eines herkömmlichen linearen Digital/Analog-Umsetzers vergleichen; 11 a set of graphical representations is the system's performance 9 compare with that of a conventional linear digital-to-analog converter;

12 schematisch eine Vorrichtung zum Auswerten einer Polynomfunktion veranschaulicht; 12 schematically illustrates an apparatus for evaluating a polynomial function;

13 schematisch eine Vorrichtung zum Auswerten einer Polynomfunktion dritter Ordnung veranschaulicht; und 13 schematically illustrates an apparatus for evaluating a third order polynomial function; and

14 Schalter einer Rekonfigurierungsbrücke der Vorrichtung aus 13 veranschaulicht. 14 Switch off a reconfiguration bridge of the device 13 illustrated.

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 1 ist ein MSRMAC-System veranschaulicht, das eine Matrix analoger Eingangsanschlüsse 1 umfasst, die eine eindimensionale Matrix "analoger" Multipliziererzellen 2 mit jeweiligen Analogsignalen xk speisen. An die Gewichtungseingänge 3 der jeweiligen Multipliziererzellen 2 werden durch einen Mikroprozessor 4 digitale Gewichtungen wk angelegt. Jede Zelle 2 umfasst einen Digital/Analog-Umsetzer (DAC), der mit dem Zelleneingang 3 gekoppelt ist. Der DAC kann ein herkömmlicher linearer Stromausgabe-DAC wie etwa ein Stromlenkungs-DAC oder ein wie etwa im Folgenden ausführlicher beschriebener "rationaler" DAC sein.In 1 is an MSRMAC system that illustrates a matrix of analog input ports 1 includes a one-dimensional array of "analog" multiplier cells 2 feed with respective analogue signals x k . To the weightings 3 the respective multiplier cells 2 be through a microprocessor 4 digital weights w k applied. Every cell 2 includes a digital to analog converter (DAC) connected to the cell input 3 is coupled. The DAC may be a conventional linear current output DAC such as a current steering DAC or a "rational" DAC as described in more detail below.

Die Multiplikationsfunktionalität der Zellen 2 kann durch irgendein Schaltungsmittel implementiert werden, das eine Ausgabe erzeugt, die proportional zur Multiplikation ihrer zwei Eingangssignale ist. Ein Beispiel eines solchen analogen Multiplizierers ist der emittergekoppelte translineare Multiplizierer, der durch die in 2 gezeigten Transistoren M1 bis M4 gebildet ist. Das Ausgangsstromsignal (AUS) ist proportional zur Multiplikation der Stromsignale, die (nach der Digital/Analog-Umsetzung) an die Anschlüsse EIN und WICHTUNG angelegt werden.The multiplication functionality of the cells 2 can be implemented by any circuit means which generates an output which is proportional to the multiplication of its two input signals. An example of such an analog multiplier is the emitter-coupled translinear multiplier represented by the in 2 shown transistors M1 to M4 is formed. The output current signal (OUT) is proportional to the multiplication of the current signals applied (after digital / analog conversion) to the ON and WEIGHT terminals.

In einer alternativen Ausführungsform kann die Multipliziererzelle 2 ein herkömmlicher linearer multiplizierender DAC mit umprogammierbaren Gewichtungen sein, die durch den Mikroprozessor mit einer Genauigkeit und mit einem analogen Eingangssignal, das die Ausgabe skaliert, digital programmiert werden. In einer weiteren alternativen Ausführungsform implementiert ein 'rationaler' multiplizierender DAC sowohl den Digital/Analog-Umsetzer als auch die Multipliziererzelle 2. Die M-Bit-Digitaleingänge des rationalen DAC werden auf zwei N-Bit-Digitalwerte abgebildet, die den Zähler und den Nenner des Bruchs umfassen, der das digitale Signal am genauesten annähert. Die zwei Bruchteile werden an die Eingänge zweier linearer herkömmlicher N-Bit-DACs angelegt, wobei eine Multipliziererschaltung die Division der Ausgaben sowie irgendeine geforderte Skalierung des analogen Eingangssignals erzeugt, wodurch sowohl die Multiplikation als auch die Division gleichzeitig ausgeführt werden. In beiden alternativen Ausführungsformen wird die Multiplikation durch die DAC-Schaltung ausgeführt, was die Notwendigkeit einer getrennten Multipliziererschaltung beseitigt. Die Genauigkeit der Umsetzung der M-Bit-Digitalgewichtung ist proportional zum Betrag der Gewichtungen, wobei ihre Genau igkeit dadurch skaliert werden kann, dass zuerst das Digitalsignal am Eingang in den rationalen DAC um einen Kompressionsfaktor komprimiert wird und dass das analoge Eingangssignal um einen gleichwertigen Skalierungsfaktor skaliert wird. Diese Abstimmung der Genauigkeit kann dynamisch ausgeführt werden. Bei geeigneter Abstimmung des Komprimierungs- und Skalierungsfaktoren wird eine höhere Genauigkeit als durch einen linearen herkömmlichen DAC mit einer Genauigkeit von (2N-1) Bits erzielt. Ein solches Mittel zur Digital/Analog-Umsetzung mit variabler Genauigkeit ist als ein rationales DAC-Schema bekannt und wird im Folgenden ausführlicher beschrieben.In an alternative embodiment, the multiplier cell 2 be a conventional linear multiplying DAC with reprogrammable weights that are digitally programmed by the microprocessor with precision and with an analog input signal that scales the output. In another alternative embodiment, a 'rational' multiplying DAC implements both the digital-to-analog converter and the multiplier cell 2 , The rational DAC M-bit digital inputs are mapped to two N-bit digital values, which include the numerator and denominator of the fraction that most closely approximates the digital signal. The two fractions are applied to the inputs of two linear conventional N-bit DACs, with a multiplier circuit generating the division of the outputs as well as any required scaling of the analog input signal, thereby performing both the multiplication and the division simultaneously. In both alternative embodiments, the multiplication is performed by the DAC circuit, eliminating the need for a separate multiplier circuit. The accuracy of implementing the M-bit digital weighting is proportional to the magnitude of the weights, and their accuracy can be scaled by first compressing the digital signal at the input into the rational DAC by a compression factor and the analog input signal by an equivalent scaling factor is scaled. This tuning of accuracy can be done dynamically. With proper tuning of the compression and scaling factors, a higher accuracy is achieved than by a linear conventional DAC with an accuracy of (2N-1) bits. Such variable-precision digital-to-analog conversion means is known as a rational DAC scheme and will be described in more detail below.

Wieder anhand von 1 sind die Ausgänge der Multipliziererzellen 2 an jeweilige Eingänge 5 einer Rekonfigurierungsbrücke (R-BRIDGE) 6 angelegt, um eine Matrix von N Multiplizierern zu steuern, die die physikalische Abbildung einer Rekonfigurierungsfunktion ist, die die Umleitung der Ausgabe von jedem der Multiplizierer entweder zu dem Systemausgang oder zur Akkumulation mit der nachfolgenden Gewichtungseingabe oder Multipliziererausgabe ausführt. Mathematisch kann die Rekonfigurierungsfunktion R(.) als

Figure 00100001
ausgedrückt werden, wo das Symbol → eine Umleitung zur Akkumulation bezeichnet und der Rekonfigurierungsvektor r den Zustand des Schalters definiert, wobei r = [r1 r2 ...rN]und der Wert von ri 0 ist, wenn die Akkumulation der i-ten Ausgabe mit der (i+1)-ten Ausgabe erwünscht ist, oder 1 ist, wenn die i-te Ausgabe als eine Systemausgabe ausgedrückt werden soll, oder 2 ist, wenn die Akkumulation der i-ten Ausgabe mit der (i+1)-ten Gewichtungseingabe erwünscht ist.Again, based on 1 are the outputs of the multiplier cells 2 to respective inputs 5 a reconfiguration bridge (R-BRIDGE) 6 to control a matrix of N multipliers, which is the physical map of a reconfiguration function that performs the redirection of the output of each of the multipliers to either the system output or the subsequent weight input or multiplier output accumulation. Mathematically, the reconfiguration function R (.) Can be used as
Figure 00100001
where the symbol → denotes a diversion to accumulation and the reconfiguration vector r defines the state of the switch, where r = [r 1 r 2 ... r N ] and the value of r i is 0 if the accumulation of the i-th output with the (i + 1) th output is desired, or 1 if the ith output is to be expressed as a system output, or 2 if the accumulation of the i-th output with the (i + 1) th weight input is desired.

Die R-BRIDGE 6 ist in 3 genauer gezeigt und besteht aus einem Netz von Schaltern, die durch den Mikroprozessor 4 gesteuert werden. Eine erste Menge von SELECT-Schaltern 7 koppelt die Eingänge der R-Bridge 6 wahlweise mit jeweiligen Ausgängen 8 der R-BRIDGE oder mit den jeweiligen Gewichtungseingängen 10 des benachbarten Multiplizierers, während eine zweite Menge von SUM-Schaltern 9 wahlweise benachbarte Eingänge/Ausgänge der R-BRIDGE miteinander koppelt. Das Schalternetz kann durch einen einzelnen Rekonfigurierungsvektor r(t) gesteuert werden.The R-BRIDGE 6 is in 3 shown in more detail and consists of a network of switches through the microprocessor 4 to be controlled. A first set of SELECT switches 7 couples the inputs of the R-Bridge 6 optionally with respective outputs 8th the R-BRIDGE or with the respective weighting entries 10 of the adjacent multiplier, while a second set of SUM switches 9 optionally adjacent inputs / outputs of the R-BRIDGE coupled together. The switch network can be controlled by a single reconfiguration vector r (t).

Die Funktionalität der Matrix von N Multipliziererzellen 3 kann mathematisch als eine elementweise Multiplikation zweier Vektoren mit den gleichen Dimensionen beschrieben werden, die ansonsten als eine (durch "o" bezeichnete) Hadamard-Multiplikation bekannt ist. Im Fall der Matrixmultiplikation von Vektoren bearbeitet dann die R-BRIDGE 6 das Hadamard-Produkt, um n Skalarproduktausgaben y1..n zu geben. Die Ergebnisse der Matrixmultiplikation von Vektoren werden aus sequentiellen Ausgaben in der Zeit erhalten. Mathematisch ist

Figure 00110001
wobei x1..n(t) und w1..n(t) die n Eingaben bzw. Gewichtungsvektoren sind, so dass die Länge von xn gleich der Länge von wn ist und die Summe der Längen der n Eingabevektoren (Gewichtungsvektoren) gleich den Längen von x(t) (w(t)) ist. Falls der Bitstrom zum Programmieren der Rekonfigurierungsbrücke ein Vektor r(t) ist, r(t) = m[r1(t) r2(t) ... rN-1(t) 1]T (6)ist die Rekonfigurierungsmatrix s(t) durch
Figure 00110002
gegeben.The functionality of the matrix of N multiplier cells 3 can be described mathematically as an element-wise multiplication of two vectors of the same dimensions, otherwise known as a Hadamard multiplication (denoted by "o"). In the case of matrix multiplication of vectors then the R-BRIDGE works 6 the Hadamard product to give n scalar product outputs y 1..n . The results of matrix multiplication of vectors are obtained from sequential outputs over time. Mathematically
Figure 00110001
where x 1..n (t) and w 1..n (t) are the n inputs and weighting vectors, respectively, such that the length of x n is equal to the length of w n and the sum of the lengths of the n input vectors (weighting vectors ) is equal to the lengths of x (t) (w (t)). If the bitstream for programming the reconfiguration bridge is a vector r (t), r (t) = m [r 1 (t) r 2 (t) ... r N-1 (t) 1] T (6) is the reconfiguration matrix s (t) through
Figure 00110002
given.

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 3 in der Anordnung aus 3 miteinander gekoppelt werden, wobei das Ergebnis an den oberen Ausgang der R-BRIDGE 6 ausgegeben werden kann. Außerdem können die Ausgänge der unteren drei Multipliziererzellen 3 miteinander gekoppelt werden, wobei das Ergebnis an den unteren Ausgang der R-BRIDGE 6 ausgegeben werden kann. Die zwei Operationen einer Summe von Produkten werden getrennt und parallel ausgeführt.Thus z. B. the outputs of the top three multiplier cells 3 in the arrangement 3 coupled to each other, the result being at the upper output of the R-BRIDGE 6 can be issued. In addition, the outputs of the lower three multiplier cells 3 coupled to each other, the result being at the lower output of the R-BRIDGE 6 can be issued. The two operations of a sum of products are separated and executed in parallel.

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.

4 veranschaulicht schematisch ein Digital/Analog-Umsetzungssystem, das zur Verwendung in einer Multipliziererzelle 2 der VMM aus 1 geeignet ist. Das System wird hier als ein "rationaler" DAC bezeichnet und umfasst einen Eingang 11 für den Empfang eines M-Bit-Digitaleingangssignals. Dieses Digitaleingangssignal ist eine durch den Mikrokontroller 4 erzeugte Gewichtung wk. Das Eingangssignal wird an eine Abbildungsfunktion G(wk) 12 angelegt, die eine Nachschlagetabelle 13 verwendet, um die genaueste Näherung des Werts des Digitalsignals an einen einer Anzahl von Brüchen zu bestimmen, die in der Nachschlagetabelle gespeichert sind. Daraufhin identifiziert die Abbildungsfunktion einen N-Bit-Zähler und einen N-Bit-Nenner, was zu dem bestimmten Bruch fuhrt. In der Praxis wird die Abbildungsfunktion G(wk) wahrscheinlich unter Verwendung einer durch den Mikroprozessor 4 ausgeführten Softwareroutine implementiert und bildet keinen physikalischen Teil der Multipliziererzelle 2. 4 schematically illustrates a digital to analog conversion system suitable for use in a multiplier cell 2 the VMM 1 suitable is. The system is referred to herein as a "rational" DAC and includes an input 11 for receiving an M-bit digital input signal. This digital input signal is one through the microcontroller 4 generated weight w k . The input signal is sent to an imaging function G (w k ) 12 created, which is a lookup table 13 used to determine the most accurate approximation of the value of the digital signal to one of a number of fractions stored in the look-up table. The mapping function then identifies an N-bit counter and an N-bit denominator, resulting in the particular fraction. In practice, the mapping function G (w k ) will likely be using one by the microprocessor 4 executed software routine implements and forms no physical part of the multiplier cell 2 ,

Ferner umfasst das System zwei (herkömmliche, lineare) N-Bit-DACs 14, 15 zu den jeweiligen Eingängen, an die der identifizierte N-Bit-Zähler und N-Bit-Nenner angelegt wird. Die umgesetzten analogen Ausgaben erscheinen an Analogausgängen der DACs und werden an die Eingänge eines translinearen Multiplizierers 16 angelegt. Der translineare Multiplizierer 16 ist ausführlicher in 5 veranschaulicht und umfasst vier schwach invertierte MOS-Transistoren oder bipolare Sperrschicht-Transistoren M1 bis M4 mit exponentiellen I-U-Kennlinien. Die Transistoren nutzen das Translinearprinzip, um eine Quadrantenmultiplikation zu liefern. Der Multiplizierer 16 liefert an einem Ausgang ein Signal Q(.), das proportional zum Verhältnis der analogen Ausgaben der DACs 14, 15 ist. Ein weiterer Eingang des Multiplizierers 16 empfängt eine Steuereingabe, die ein Stromsignal IB umfasst, das zum Skalieren des Ausgangssignals angelegt wird.Further, the system includes two (conventional, linear) N-bit DACs 14 . 15 to the respective inputs to which the identified N-bit counter and N-bit denominator are applied. The converted analog outputs appear at analog outputs of the DACs and are applied to the inputs of a translinear multiplier 16 created. The translinear multiplier 16 is more detailed in 5 and comprises four low-inverted MOS transistors or bipolar junction transistors M1 to M4 with exponential IU characteristics. The transistors use the translinear principle to provide quadrant multiplication. The multiplier 16 provides at one output a signal Q (.) which is proportional to the ratio of the analog outputs of the DACs 14 . 15 is. Another input of the multiplier 16 receives a control input comprising a current signal I B which is applied to scale the output signal.

Bei genauerer Betrachtung des translinearen Multiplizierers 16 ist das Produkt der linken Ströme gleich dem Produkt der rechten Ströme, falls die Transistoren BJTs oder im Gebiet unterhalb des Schwellenwerts betriebene MOSFETs sind und eine exponentielle Kennlinie zeigen. Somit kann der Ausgangsstrom des Systems mit einer Eingabe x als:

Figure 00130001
ausgedrückt werden, wobei IB ein Vorstrom oder Skalierungsstrom ist und I1(.) und I2(.) die Ströme wegen der DACs mit gleichförmig quantisierten Strömen QU1(.) bzw. QU2(.) sind. Die innerhalb des DSP implementierte Abbildungsfunktion G(.) wählt QU1(.) und QU2(.) durch Ermitteln der nächsten Übereinstimmung in der Nachschlagetabelle.On closer inspection of the translinear multiplier 16 For example, the product of the left currents is equal to the product of the right currents if the transistors are BJTs or MOSFETs operating in the region below the threshold and exhibit an exponential characteristic. Thus, the output current of the system can be given with an input x as:
Figure 00130001
where I B is a bias current or scaling current and I 1 (.) and I 2 (.) are the currents because of the DACs with uniformly quantized currents Q U1 (.) and Q U2 (.), respectively. The mapping function G (.) Implemented within the DSP selects Q U1 (.) And Q U2 (.) By determining the closest match in the look-up table.

In den 6 und 7 sind zwei alternative Implementierungen der Strom- und Spannungsbetriebsart mit rationalen DACs gezeigt. Um die erforderlichen Verhältnisse zu liefern, werden in allen Implementierungen zwei lineare Standard-DACs mit niedriger Auflösung verwendet.In the 6 and 7 are two alternative implementations of the current and voltage operation shown with rational DACs. To deliver the required ratios, two standard low-resolution linear DACs are used in all implementations.

Der Betrieb des Systems aus 4 wird am Besten beispielhaft veranschaulicht. Es wird angenommen, dass M gleich 4 ist und dass die Abbildungsfunktion einen Zählern u und einen Nenner v mit jeweils 2 Bits erzeugen kann. Jede dieser Komponenten kann vier mögliche Werte haben, d. h. 00, 01, 10 und 11, d. h. u/v kann elf mögliche Werte 1/4, 1/3, 1/2, 2/3, 3/4, 1, 4/3, 11/2, 2, 3 und 4 haben. Diese Werte sind in der unten stehenden Tabelle 1 veranschaulicht. Somit führt das Zwei-DAC-System zu einer größeren Anzahl von Quantisierungszuständen, als sie durch einen einzelnen linearen 3-Bit-DAC (mit acht möglichen Zuständen), der von dem Mikroprozessor 4 eine 3-Bit-Gewichtung wk empfängt, erzielt werden könnten.Operation of the system off 4 is best exemplified. It is assumed that M is equal to 4 and that the mapping function can generate a counter u and a denominator v of 2 bits each. Each of these components can have four possible values, ie 00, 01, 10 and 11, ie u / v can have eleven possible values 1/4, 1/3, 1/2, 2/3, 3/4, 1, 4 / 3, 11/2, 2, 3 and 4 have. These values are illustrated in Table 1 below. Thus, the two-DAC system results in a larger number of quantization states than by a single linear 3-bit DAC (with eight possible states) provided by the microprocessor 4 a 3-bit weight w k is received could be achieved.

Die Quantisierungszustände in dem hier vorgeschlagenen rationalen DAC-Schema sind proportional zu den Verhältnissen der Quantisierungszustände zweier ähnlicher linear quantisierter DACs oder mathematisch:

Figure 00140001
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:
Figure 00140001
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. 8 zeigt z. B. die möglichen 159 eindeutigen Quanten eines rationalen DAC mit einer Grundgenauigkeit von 4 Bits. Da der Quantisierungsschritt für kleine Eingaben klein und für große Eingaben groß ist, erleidet die Ausgabe von einem rationalen DAC im Vergleich zu einem rein gleichförmigen DAC bei niedrigen Eingangssignalwerten wesentlich weniger Verzerrung.The quantization steps generated by a rational DAC scheme are not uniformly sized, but increase with signal magnitude. 8th shows z. For example, consider the possible 159 unique quanta of a rational DAC with a basic precision of 4 bits. Since the quantization step is small for small inputs and large for large inputs, the output from a rational DAC will suffer significantly less distortion at low input signal values compared to a purely uniform DAC.

Das rationale DAC-Schema bietet durch Verringerung der Vollausschlagströme die Möglichkeit einer niedrigeren Leistung. Die Leistung PU eines N-Bit-Stromlenkungs-DAC ist:

Figure 00140002
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:
Figure 00140002
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 5 ist PR(wk) = 2PU(N) + Vpp(QR(wk) + IB (12)wobei PU(N) die Eingangsleistung eines gleichförmigen N-Bit-DAC ist. Es wurde ein Vergleich zwischen einem gleichförmigen 8-Bit-DAC mit 256 Quantisierungsstufen und einem rationalen DAC mit einer Grundgenauigkeit von 4 Bits mit 159 Quantisierungsstufen ausgeführt. Die Eingabe wk ist ein gleichförmig monotoner Vektor mit 104 Elementen zur Annäherung eines kontinuierlichen Signals, das linear von 0 bis 1 ansteigt. Die bei einem rationalen DAC verwendete zunehmende Größe der Quantisierungsschritte ist deutlich in 10a gezeigt, die die graphischen Darstellungen des normierten Leistungsverbrauchs für beide Schemata in allen Quantisierungsstufen zeigt. Zur Erleichterung des Vergleichs ist angenommen, dass die Wahrscheinlichkeit jedes Quantisierungsschritts gleich ist, und der mittlere Leistungsvergleich sowohl für das gleichförmige DAC-Schema als auch für das rationale DAC-Schema wie in 10b gezeigt durch Strichlinien angegeben. Erwartungsgemäß ist der mittlere Leistungsverbrauch des rationalen DAC erheblich niedriger als der des gleichförmigen DAC. Im Durchschnitt verbrauchte ein idealer gleichförmiger DAC das 6-fache der Leistung, die für einen rationalen DAC erforderlich ist.The input power P R of the rational DAC in 5 is P R (w k ) = 2P U (N) + V pp (Q R (w k ) + I B (12) where P U (N) is the input power of a uniform N-bit DAC. A comparison was made between a uniform 8-bit DAC with 256 quantization levels and a rational DAC with a basic precision of 4 bits with 159 quantization levels. The input w k is a uniformly monotonic 104 element vector for approximating a continuous signal that increases linearly from 0 to 1. The increasing size of quantization steps used in a rational DAC is evident in 10a showing the graphs of normalized power consumption for both schemes in all quantization levels. For ease of comparison, it is assumed that the probability of each quantization step is the same, and the mean power comparison for both the uniform DAC scheme and the rational DAC scheme as in 10b indicated by dashed lines. As expected, the average power consumption of the rational DAC is significantly lower than that of the uniform DAC. On average, an ideal uniform DAC consumed 6 times the power required for a rational DAC.

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:

Figure 00160001
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 10c veranschaulicht. Der Anfangsfehler am Start jedes Bands nimmt wegen abnehmender Nennerwerte mit x zu. Die Bänder überlappen sich für kleines wk, werden aber für zunehmendes wk verschiedener. Folglich war die Ausgabe des rationalen DAC für kleine Werte von wk erheblich weniger gestört als die eines linearen DAC. Allerdings war dies für weniger als 24 % der Zeit wahr; für große Werte von wk war die Verzerrung wegen des rationalen DAC viel schlechter als die wegen des gleichförmigen DAC.The percent distortion error ε d for a given quantization level is expressed as the ratio of the difference between the quantized and the actual value to the actual value as a percentage or mathematically by:
Figure 00160001
Are defined. Since the error for a uniform DAC for increasing w k remains within a constant band, the error is inversely reduced. The error for the rational scheme is more complicated because it involves increasingly broad bands being reduced because of the increasing counts within the bands. This is in 10c illustrated. The initial error at the start of each band increases with x due to decreasing denominator values. The bands overlap for small w k , but become more different for increasing w k . Consequently, the issue of the rational DAC for small values of w was less disturbed k significantly than that of a linear DAC. However, this was true for less than 24% of the time; for large values of w k , the distortion due to the rational DAC was much worse than that due to the uniform DAC.

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

Figure 00160002
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
Figure 00160002
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 5 wie in 9 gezeigt abgewandelt. Die Eingabe in den Block G(.) wird innerhalb des DSP um A verringert, während IB um einen gleichwertigen Faktor erhöht wird. Somit ist der Ausdruck für die Leistung eines skalierbaren rationalen DAC dann PR(wk)PU1(wk) + PU2(wk) + A(IB + QR(wk))Vpp (15) In order to implement the function of scaling accuracy, the architecture in 5 as in 9 shown modified. The input to block G (.) Is reduced by A within the DSP while I B is increased by an equivalent factor. Thus, the expression for the performance of a scalable rational DAC is then P R (w k ) P U1 (w k ) + P U2 (w k ) + A (I B + Q R (w k )) V pp (15)

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:

Figure 00170001
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:
Figure 00170001

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

Figure 00170002
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
Figure 00170002

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 11 graphisch dargestellten Ergebnisse, dass der mit A = 10 skalierte rationale DAC bei 35 % der Eingangsleistung eines gleichförmigen 8-Bit-DAC für 46,8 % der Zeit einen niedrigeren prozentualen Verzerrungsfehler als der gleichförmige DAC und für 17,8 % der Zeit ähnliche Fehler hat.The simulation results confirm the analysis that by compressing the inputs so that the signal is quantized within a smaller but denser range and subsequently expanding to obtain the same full scale range, higher accuracy is obtained at the expense of increasing power consumption can. However, because of the possibility of a smaller full scale range, the power consumption levels are still significantly less than those required for a uniform DAC. For example, those shown in Table 3 below and in FIG 11 graphically presented results that the rational DAC scaled at A = 10 at 35% of the input power of a uniform 8-bit DAC for 46.8% of the time has a lower percent distortion error than the uniform DAC and similar errors for 17.8% of the time Has.

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

Figure 00180001
gegeben sind. Für k = b020 + b121 + ... + bN-12N-1 tritt der maximale Verzerrungsfehler in der Mitte zwischen zwei benachbarten Quantisierungsschritten auf, wobei er als
Figure 00180002
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 (
Figure 00180001
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
Figure 00180002
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

Figure 00190001
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
Figure 00190001
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 1 wurde oben ein Skalarproduktmultiplizierer von Vektoren beschrieben. Es wird nun eine abgewandelte Anordnung dieser Architektur zur Verwendung bei der Auswertung von Polynomfunktionen beschrieben.Based on 1 A scalar product multiplier of vectors has been described above. A modified arrangement of this architecture for use in evaluating polynomial functions will now be described.

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:

Figure 00190002
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:
Figure 00190002

Eine naive Analyse dieser Gleichung könnte zur Schlussfolgerung führen, dass zur Berechnung der Ausgabe

Figure 00190003
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
Figure 00190003
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 6 und den (nicht gezeigten, aber an den Übergängen zwischen den Gewichtungseingangsleitungen und den Rückkopplungsleitungen vorhandenen) Summierelementen kann die Struktur anhand von 12 so konfiguriert werden, dass sie nicht nur eine Skalarproduktmultiplikation von Vektoren ausführt, sondern auch Polynomfunktionen auswertet. In 12 übermitteln alle gezeigten Leitungen Analogsignale und wird die gesamte Verarbeitung im Analogbereich ausgeführt. Die Digital/Analog-Umsetzung der digitalen Gewichtungen wird durch jeweilige in der Figur nicht gezeigte DACs ausgeführt. Allerdings ist klar, dass Multiplikations-DACs (einschließlich rationaler DACs) verwendet werden können, wobei den Multiplikations-DACs sowohl die digitalen Gewichtungen als auch die analogen Rückkopplungssignale zugeführt werden können. Dies erfordert eine Abwandlung an den wie oben beschriebenen Multiplikations-DACs.By integrating "feedforward" between the outputs of the reconfiguration bridge 6 and the summation elements (not shown, but present at the transitions between the weight input lines and the feedback lines), the structure can be determined on the basis of 12 to be configured not only to do scalar product multiplication of vectors, but also to evaluate polynomial functions. In 12 All lines shown transmit analogue signals and all the processing is carried out in the analogue area. The digital-to-analog conversion of the digital weights is performed by respective DACs not shown in the figure. However, it is clear that multiplication DACs (including rational DACs) can be used, with both the digital weights and the analog feedback signals being supplied to the multiplication DACs. This requires a modification to the multiplication DACs as described above.

In 12 werden die Ausgaben von benachbarten Multipliziererpaaren, die zur Darstellung der linearen Gleichungen y = ax + b verwendet werden, dem nachfolgenden Gewichtungseingang des nächsten Paars zugeführt, was zu einer verschachtelten Darstellung einer unter Verwendung des Horner-Schemas faktorisierten Polynomfunktion führt. Der resultierende Ausdruck hinsichtlich der Netzvariablen ist:

Figure 00200001
wobei M = floor(N/2) ist.In 12 For example, the outputs of adjacent multiplier pairs used to represent the linear equations y = ax + b are applied to the subsequent weighting input of the next pair, resulting in an interlaced representation of a polynomial function factored using the Horner scheme. The resulting expression in terms of network variables is:
Figure 00200001
where M = floor (N / 2).

Es wird nun das spezifische Beispiel eines Polynoms dritter Ordnung betrachtet:

Figure 00200002
Now consider the specific example of a third-order polynomial:
Figure 00200002

Um dies auf das vorgeschlagene Netz abzubilden, müssten die Eingaben so beschaffen sein, dass die Signaleingangsmatrix aus 12 die folgenden Werte besitzt: x = [x 1 x 1 x 1] und die (digitalen) Gewichtungen die folgenden Werte haben: w = [a1 a2 0 a3 0 an]. Dies ist in 13 veranschaulicht. Falls die Multiplikationselemente mit MUX1-6 bezeichnet werden, zeigt die unten stehende Tabelle 4 die jeweiligen Eingaben und Ausgaben, aus denen ersichtlich ist, dass die Multiplikations- und Akkumulationsterme (MAC-Terme), d. h. eine Summe einer linearen Komponente und einer Konstanten, der faktorisierten Gleichung anfangs ausgewertet werden und die Ergebnisse vorwärts gekoppelt werden, um eine Auswertung von Termen höherer Ordnung zu ermöglichen.To map this to the proposed network, the inputs would have to be such that the signal input matrix would be off 12 has the following values: x = [x 1 x 1 x 1] and the (digital) weights have the following values: w = [a 1 a 2 0 a 3 0 an]. This is in 13 illustrated. If the multiplier elements are labeled MUX1-6, Table 4 below shows the respective inputs and outputs, from which it can be seen that the multiplication and accumulation terms (MAC terms), ie, a sum of a linear component and a constant, are evaluated in the first place, and the results are coupled forward to allow evaluation of higher-order terms.

Die wie oben beschriebene Rekonfigurierungsfunktion R(.) wird unter Verwendung eines Netzes von Schaltern innerhalb der Rekonfigurierungsbrücke 6 realisiert mit dem Ziel, Ausgaben der Multiplizierermatrix je nach der erforderlichen Rekonfigurierung zu trennen oder zu kumulieren (zu summieren). Wie in 14a gezeigt ist, kann jeder Multipliziererausgang in der Matrix mit einem Wechselschalter verbunden sein, um die Rekonfigurierungsfunktion zu implementieren. Der Eingangsstrom IIN wird je nachdem Potential von TG mit

Figure 00210001
zu den Ausgängen OUT1 oder OUT2 gelenkt. Wenn TG hoch ist, wird der Multipliziererausgang mit Ausnahme des letzten Multipliziererausgangs yN, der für alle Fälle zum Ausgang oN kurzgeschlossen wird, zum nächsten Multipliziererausgang kurzgeschlossen, d. h. yi → yi+1. Ein Kurzschluss zwischen dem Multipliziererausgang yi und dem Ausgang oi tritt auch dann auf, wenn TG tief ist.The reconfiguration function R (.) As described above becomes using a network of switches within the reconfiguration bridge 6 realized with the aim of separating or cumulating (summing) outputs of the multiplier matrix according to the required reconfiguration. As in 14a 2, each multiplier output in the matrix may be connected to a toggle switch to implement the reconfiguration function. The input current I IN is depending on the potential of TG with
Figure 00210001
directed to the outputs OUT1 or OUT2. When TG is high, the multiplier output, except for the last multiplier output y N , which is shorted to the output o N in all cases, is shorted to the next multiplier output, ie, y i → y i + 1 . A short circuit between the multiplier output y i and the output o i also occurs when TG is low.

Bei der obigen Rekonfigurierungsfunktion R(.) ist für alle geraden Ausgänge ein Wechselschalter erforderlich, während für jeden der Multipliziererausgänge mit ungeradem Index wie in 14b gezeigt mit Ausnahme des letzten Multipliziererausgangs, der zu dem Ausgang kurzgeschlossen ist, ein Dreiwegschalter erforderlich ist. Der Dreiwegschalter umfasst zwei hintereinander geschaltete Wechselschalter. Die Ausgabe OUT2 des Wechselschalterschalters wird dem Eingang eines weiteren Wechselschalters zugeführt, um einen Dreiwegschalter zu realisieren. Sowohl in dem Wechselschalter als auch in dem Dreiwegschalter erfordert der Stromfluss zu den Ausgängen einen Potentialgradienten zwischen den Eingängen und den Ausgängen.In the above reconfiguration function R (.), A changeover switch is required for all even outputs, while for each of the odd index multiplier outputs as in 14b shown with the exception of the last multiplier output shorted to the output, a three way switch is required. The three-way switch comprises two alternating switches connected in series. The output OUT2 of the changeover switch is supplied to the input of another changeover switch to realize a three-way switch. In both the toggle switch and the three-way switch, current flow to the outputs requires a potential gradient between the inputs and the outputs.

Die in 14 gezeigten Schalter können der Einfachheit halber nach Art von Pass-Transistoren unter Verwendung von NMOS- und PMOS-Transistoren implementiert werden, obgleich eine solche Realisierung in der Praxis im Ergebnis der Notwendigkeit, dass die Potentialdifferenz über den Drain und die Source des Transistors größer als die Schwellenspannung dieser Vorrichtung ist, einen Verlust an "lichter Höhe der Spannung" bei jeder Kaskade sehen würde. In einer praktischen Implementierung können zur Überwindung dieser Beschränkung Transfergatter verwendet werden.In the 14 For simplicity, such switches may be implemented in the manner of pass transistors using NMOS and PMOS transistors, although such a realization in practice results in the need for the potential difference across the drain and source of the transistor to be greater than that Threshold voltage of this device would be to see a loss of "high level of voltage" at each cascade. In a practical implementation, transfer gates may be used to overcome this limitation.

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.

Figure 00230001
Tabelle 1
Figure 00230001
Table 1

Figure 00240001
Tabelle 2
Figure 00240001
Table 2

Figure 00240002
Tabelle 3
Figure 00240002
Table 3

Figure 00250001
Tabelle 4
Figure 00250001
Table 4

ZusammenfassungSummary

Vorrichtung zum Umsetzen eines M-Bit-Digitalsignals in ein Analogsignal. Die Vorrichtung umfasst ein Mittel (12, 13) zum Abbilden des M-Bit-Digitalsignals in einen ersten und in 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. Es sind ein erster und ein zweiter Digital/Analog-Umsetzer (14, 15) vorgesehen, wobei der erste Digital/Analog-Umsetzer (14) einen Eingang zum Empfangen des ersten digitalen Werts und der zweite Digital/Anaog-Umsetzer (15) einen Eingang zum Empfangen des zweiten digitalen Werts besitzt. Mit den Analogausgängen der Digital/Analog-Umsetzer (14, 15) ist ein Schaltungsmittel (16) gekoppelt, um eine der analogen Ausgaben durch die andere zu dividieren und das Ergebnis an einen Ausgang zu liefern.Device for converting an M-bit digital signal into an analog signal. The device comprises a means ( 12 . 13 ) for mapping the M-bit digital signal into 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. There are a first and a second digital / analog converter ( 14 . 15 ), wherein the first digital / analog converter ( 14 ) an input for receiving the first digital value and the second digital / analog converter ( 15 ) has an input for receiving the second digital value. With the analogue outputs of the digital / analog converters ( 14 . 15 ) is a circuit means ( 16 ) to divide one of the analog outputs by the other and provide the result to an output.

Claims (17)

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 to an analog signal, wherein the apparatus is um 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 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. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Bitlänge N des ersten digitalen Werts die gleiche wie die des zweiten digitalen Werts ist.Method according to Claim 1, in which the bit length N of the first digital value the same as that of the second digital one Value is. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das genannte Mittel zum Abbilden einen Speicher umfasst, 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, wobei das Mittel zum Abbilden ferner ein Mittel zum Nachschlagen in der Tabelle umfasst, um die genaueste gebrochene Näherung an das M-Bit-Digitalsignal zu ermitteln und den entsprechenden ersten und zweiten Wert zu identifizieren.A method according to claim 1 or 2, wherein said Means for mapping a memory comprising a lookup table stores, where the lookup table is broken values and first contains second value pairs, so the ratio a first and a second value equal to the corresponding fractional value Value, the means for mapping further being a means for looking up in the table includes, to the most exact broken approximation to determine the M-bit digital signal and the corresponding first one and to identify the second value. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Mittel zum Abbilden ein Mittel zum Komprimieren des genannten M-Bit-Digitalsignals um einen Faktor A umfasst, wobei das genannte Schaltungsmittel ein Mittel zum Skalieren des Ergebnisses der genannten Division um den gleichen Faktor A umfasst.Method according to one of the preceding claims, wherein the means for imaging comprises means for compressing said M-bit digital signal by a factor A, wherein said Circuit means means for scaling the result of said Division by the same factor A includes. Verfahren zum Umsetzen eines M-Bit-Digitalsignals in ein Analogsignal, 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.Method for converting an M-bit digital signal in an analog signal, the method comprising: Depict of the M-bit digital signal on a first and on a second digital value, so the ratio of first digital value equal to the second digital value Value of the M-bit digital signal approaches or approximates; Creating the mentioned first digital value and said second digital value to the inputs of the first and second digital / analog converter; and To divide the analog output of one of the digital / analog converters by the others and delivering the result to an exit. Vorrichtung, 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 miteinander, wobei das Steuermittel mit dem Ausgabemittel gekoppelt ist, um die wahlweise Kopplung auszuführen.Device configurable to evaluate a function is, wherein the device comprises: a variety of scaling elements, wherein each scaling element has a first input for receiving an analog input signal, a second input and a Output owns; a control means for generating a digital Weighting for one or more of said scaling elements with an output means for applying the generated weights to the second inputs of the respective ones Scaling elements; an output device with a plurality of inputs those with outputs respective scaling elements are coupled to scaling products receive from it, with a variety of outputs that can be used with either inputs and means for selectively coupling inputs or outputs with each other, wherein the control means coupled to the output means is to carry out the optional coupling. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die genannten Skalierungselemente Multiplikationselemente, Divisionselemente oder Elemente, die zum Ausführen entweder einer Multiplikation oder einer Division konfigurierbar sind, sind.Apparatus according to claim 6, wherein said Scaling elements Multiplication elements, division elements or Elements to execute either a multiplication or a division configurable are, are. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die genannten Skalierungselemente multiplizierende Digital/Analog-Umsetzer sind.Apparatus according to claim 7, wherein said Scaling elements are multiplying digital / analog converters. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei der die Vorrichtung so konfigurierbar ist, dass sie als ein Skalarproduktmultiplizierer von Vektoren arbeitet.Device according to one of claims 6 to 8, wherein the device is configurable to be a scalar product multiplier works of vectors. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der jedes Skalierungselement einen Digital/Analog-Umsetzer umfasst, dessen Digitaleingang mit dem zweiten Eingang des Elements gekoppelt ist, um von dem Steuermittel eine digitale Gewichtung zu empfangen.Apparatus according to claim 6, wherein each scaling element a digital / analog converter whose digital input with the second input of the element is coupled to the control means a receive digital weighting. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der jeder Digital/Analog-Umsetzer an einem Steuereingang davon das genannte analoge Eingangssignal empfängt, wobei der Ausgang jedes Digital/Analog-Umsetzers mit dem Ausgang des Skalierungselements gekoppelt ist, um an dem Ausgang das Multiplikationsprodukt zu liefern.Apparatus according to claim 10, wherein each digital to analog converter at a control input thereof, said analog input signal receives the output of each digital-to-analog converter being connected to the output of the scaling element is coupled to the output of the multiplication product to deliver. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Ausgabemittel eine erste Vielzahl von Schaltern zum wahlweisen Koppeln benachbarter Eingänge des Ausgabemittels miteinander und eine zweite Vielzahl von Schaltern, die Eingänge des Ausgabemittels mit jeweiligen Ausgängen koppeln, umfasst.Device according to one of the preceding claims, wherein the dispensing means selectively selects a first plurality of switches Coupling of adjacent entrances the dispensing means with each other and a second plurality of switches, the entrances coupling the output means to respective outputs. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Ausgänge des Ausgabemittels wahlweise gekoppelt werden, um eine Vorwärtskopplung für die Skalierungselemente zu erzeugen.Apparatus according to claim 6, wherein the outputs of the Output means are optionally coupled to feedforward for the Create scaling elements. Vorrichtung nach Anspruch 13, die für jedes Skalierungselement ein Summiermittel zum Summieren einer Anfangsgewichtung mit einem an einem der Ausgänge des Ausgabemittels vorhandenen Wert umfasst, wobei das Ergebnis als die Gewichtung an den zweiten Eingang des Skalierungselements angelegt wird.Apparatus according to claim 13, for each Scaling element summing means for summing an initial weighting with one at one of the exits the output means existing value, the result as the weight to the second input of the scaling element is created. Verfahren zum Auswerten einer Polynomfunktion unter Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 6, 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 Ausgabemittel summiert werden, wobei jede Zwischensumme an ein Skalierungselement weitergeleitet wird, das eine Komponente des Multiplikations- und Akkumulationsterms der nächsten Ordnung auswertet.Method for evaluating a polynomial function under Use of the device according to claim 6, wherein the method Includes: Factorize the polynomial function to them into a form, the nested multiplication and Contains accumulation terms; Invest a function variable to the first inputs at least certain of Scaling units and applying function constants as weights to second inputs at least certain scaling units; and Configure the device in such a way that the components of each multiplication and accumulation terms by the respective scaling elements evaluated and summed by the output means, each one Subtotal is passed to a scaling element, the a component of the multiplication and accumulation term of next Order evaluates. Verfahren nach Anspruch 15, das das Koppeln jener Eingänge des Ausgabemittels, die miteinander zu summierende Komponenten liefern, miteinander und das Koppeln der gekoppelten Eingänge entweder mit einem Ausgang des Ausgabemittels oder mit einem zweiten Eingang eines weiteren Skalierungselements umfasst.The method of claim 15, comprising coupling those inputs the output means which deliver components to be summed together, and coupling the coupled inputs to either one output the output means or with a second input of another Scaling element comprises. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die gekoppelten Eingänge in das Ausgabemittel über einen Summenpunkt, der ebenfalls eine Gewichtung empfängt, die eine Funktionskonstante darstellt, mit einem Skalierungselement gekoppelt sind, wobei der Ausgang des Summenpunkts mit einem zweiten Eingang des Skalierungselements gekoppelt ist.The method of claim 15, wherein the coupled ones inputs in the output means over a summing point that also receives a weight that represents a functional constant, with a scaling element coupled, wherein the output of the summing point with a second Input of the scaling element is coupled.
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