KR100247925B1 - Multiflier and operating method thereof - Google Patents
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Abstract
곱셈기 및 그의 동작 방법이 개시된다. M비트의 제1데이타와 N비트의 제2데이타를 곱셈하는 이 곱셈기는, 제1데이타를 병렬로 입력하여 래치하는 제1레지스터와, 확장 비트들을 발생하는 비트 발생수단과, 확장비트 및 제1레지스터로부터 출력되는 제1데이타를 병렬로 입력하여 출력 제어신호에 응답하여 순차적으로 직렬로 출력하는 병직렬 변환수단과, 제2데이타를 병렬로 입력하여 래치하는 제2레지스터와, 병직렬 변환수단의 직렬 출력을 쉬프팅한 N비트의 쉬프팅 데이타를 병렬로 출력하는 제1쉬프팅수단과, 쉬프팅 데이타와 제2레지스터에 래치된 제2데이타를 논리곱하는 논리곱수단과, 논리곱수단의 출력과 캐리 데이타를 가산하고, 가산된 결과를 출력하는 가산수단과, 가산된 결과의 최하위 비트를 제외한 비트들을 캐리 데이타로서 래치하는 제3레지스터와, 가산된 결과의 최하위 비트를 래치하는 제4레지스터와, 제4레지스터의 출력을 쉬프팅하는 제2쉬프팅수단과, 제2쉬프팅수단의 출력을 병렬로 입력하여 제1데이타와 제2데이타의 곱셈결과로서 래치하는 제5레지스터 및 출력 제어신호를 발생하고, 다음 곱셈 연산 이전에 리셋신호를 발생하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하고, 가격이 저렴하고, 크기가 줄어들어 집적회로 구현시 상당히 유리한 효과가 있다.A multiplier and method of operation thereof are disclosed. The multiplier multiplying the first data of M bits and the second data of N bits comprises: a first register for latching the first data in parallel, the bit generating means for generating the extension bits, the extension bits, and the first data; Parallel and serial conversion means for inputting the first data output from the register in parallel and sequentially outputting the serial data in response to the output control signal, a second register for inputting and latching the second data in parallel, and the parallel and serial conversion means. A first shifting means for outputting N-bit shifting data shifted in serial output in parallel, an AND operation means for ANDing the shifting data and the second data latched in the second register, and the output and carry data of the AND function Adding means for adding and outputting the added result, a third register for latching bits other than the least significant bit of the added result as carry data, and the least significant ratio of the added result. And a fourth register for latching the second register, a second shifting means for shifting the output of the fourth register, a fifth register for latching the output of the second shifting means in parallel and latching the result of the multiplication of the first data and the second data; A control means for generating an output control signal and generating a reset signal before the next multiplication operation is characterized in that it is inexpensive and reduced in size, which is advantageous in implementing an integrated circuit.
Description
본 발명은 집적회로로 구현될 수 있는 곱셈기에 관한 것으로서, 특히, 비용이 저렴하고, 크기가 작은 곱셈기 및 그의 동작 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
이하, 종래의 곱셈기의 구성 및 동작을 첨부한 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the configuration and operation of a conventional multiplier will be described as follows.
도 1은 종래의 곱셈기의 블럭도로서, 제1 및 제2레지스터들(10 및 12)과 곱셈부(14)로 구성된다.1 is a block diagram of a conventional multiplier, which is composed of first and
도 1에 도시된 곱셈부(14)는 제1 및 제2레지스터(10 및 12)를 통해 N 비트수를 갖는 데이타 X 및 Y를 병렬로 동기를 맞추어 입력하고, 입력한 데이타 X 및 Y에 대한 곱셈 연산을 수행한다. 이 때, 곱셈부(14) 내부의 구조는 비트를 쉬프트시켜 주면서 그 값들을 덧셈 연산하도록 설계되어 있다.The
전술한 종래의 곱셈기는 구조가 단순하고, 빠른 연산 결과를 얻을 수 있는 반면, 크기가 크며, 가격이 비싸므로, 실제 집적회로 구현시 이용하기 적합치 않은 문제점이 있다.The above-described conventional multiplier has a simple structure and a fast calculation result, but has a large size and a high price, so it is not suitable for use in actual integrated circuit implementation.
도 1에 도시된 곱셈부(14) 대신 쉬프터와 가산기만을 이용하여 곱셈기의 동작을 수행할 수도 있다. 이 방식은 곱셈부로 구성된 방식보다 크기가 줄어드는 반면, 입력 데이타의 비트수가 증가할 경우 쉬프터와 가산기의 크기가 증가하게 되므로 도 1에 도시된 곱셈기보다는 유리하지만 여전히 크기가 작지 않은 문제점이 있다.Instead of the
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 직렬 가산기와 쉬프터를 이용하여 저비용 및 소형화된 곱셈기를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a low cost and miniaturized multiplier using a series adder and a shifter.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 곱셈기에서 수행되는 곱셈 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a multiplication method performed in the multiplier.
도 1은 종래의 곱셈기의 블럭도이다.1 is a block diagram of a conventional multiplier.
도 2는 본 발명에 의한 곱셈기의 블럭도이다.2 is a block diagram of a multiplier according to the present invention.
상기 과제를 이루기 위해, M(여기서, M은 적어도 1이상의 양의 정수)비트의 제1데이타와 N비트(여기서, N은 적어도 1 이상의 양의 정수)비트의 제2데이타를 곱셈하는 본 발명에 의한 곱셈기는, 상기 제1데이타를 병렬로 입력하여 래치하는 제1레지스터와, 상기 제1데이타의 최상위 비트를 확장시키기 위한 확장 비트들을 발생하는 비트 발생수단과, 상기 확장비트 및 상기 제1레지스터로부터 출력되는 상기 제1데이타를 병렬로 입력하고, 입력한 비트들을 출력 제어신호에 응답하여 순차적으로 직렬로 출력하는 병직렬 변환수단과, 상기 제2데이타를 병렬로 입력하여 래치하는 제2레지스터와, 리셋신호에 응답하여 리셋되고, 상기 병직렬 변환수단의 직렬 출력을 쉬프팅한 N비트의 쉬프팅 데이타를 병렬로 출력하는 제1쉬프팅수단과, 상기 쉬프팅 데이타와 상기 제2레지스터에 래치된 상기 제2데이타를 논리곱하는 N개의 논리곱수단들과, 상기 N개의 논리곱수단들의 출력과 캐리 데이타를 가산하고, 가산된 결과를 출력하는 가산수단과, 상기 가산된 결과의 최하위 비트를 제외한 비트들을 상기 캐리 데이타로서 래치하는 제3레지스터와, 상기 가산된 결과의 최하위 비트를 래치하는 제4레지스터와, 상기 리셋신호에 응답하여 리셋되고, 상기 제4레지스터의 출력을 쉬프팅하는 제2쉬프팅수단과, 상기 제2쉬프팅수단의 출력을 병렬로 입력하여 상기 제1데이타와 상기 제2데이타의 곱셈결과로서 래치하는 제5레지스터 및 상기 출력 제어신호를 발생하고, 다음 곱셈 연산 이전에 상기 리셋신호를 발생하는 제어수단으로 구성되는 것이 바람직하다.In order to achieve the above object, in the present invention, the first data of M (where M is at least one positive integer) bits and the second data of N bits (where N is at least one positive integer) bits are multiplied. The multiplier includes: a first register for inputting and latching the first data in parallel, bit generation means for generating extension bits for expanding the most significant bit of the first data, and the extension bit and the first register. Parallel serial conversion means for inputting the first data output in parallel and sequentially outputting the input bits in series in response to an output control signal, a second register for inputting and latching the second data in parallel; First shifting means reset in response to a reset signal and outputting N-bit shifting data in parallel shifted from the serial output of the parallel-to-serial conversion means; N logical multiplication means for ANDing the second data latched in the second register, adding means for adding the output and carry data of the N logical multiplication means, and outputting the added result, and the added result. A third register for latching bits except the least significant bit of as the carry data, a fourth register for latching the least significant bit of the added result, a reset in response to the reset signal, and shifting the output of the fourth register Inputting the second shifting means and the output of the second shifting means in parallel to generate a fifth register and the output control signal latched as a multiplication result of the first data and the second data, and before the next multiplication operation. And control means for generating the reset signal.
상기 다른 과제를 이루기 위해, M(여기서, M은 적어도 1이상의 양의 정수)비트의 제1데이타와 N비트(여기서, N은 적어도 1 이상의 양의 정수)비트의 제2데이타를 곱셈하는 곱셈기에서 수행되는 본 발명에 의한 곱셈 방법은, 상기 제1데이타와 상기 제1데이타의 최상위 비트를 확장시키기 위한 확장 비트를 혼합하는 단계와, 상기 혼합된 병렬 데이타를 직렬 데이타로 변환하는 단게와, 상기 직렬 데이타를 쉬프팅하여 N비트의 병렬 데이타로 변환하는 단계와, 상기 N비트의 병렬 데이타를 상기 제2데이타와 논리곱하는 단계와, 이전에 가산된 결과중 캐리 데이타와 상기 논리곱한 결과를 가산하는 단계와, 상기 가산된 결과 비트들중 최하위 비트를 쉬프팅하고, 최하위 비트를 제외한 비트들은 상기 캐리 데이타로서 래치하는 단계 및 쉬프팅된 상기 최하위 비트들을 상기 제1데이타와 상기 제2데이타의 곱셈 결과로서 병렬로 래치하는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.In order to achieve the above another object, in a multiplier that multiplies the first data of M bits, where M is a positive integer of at least one positive integer, and the second data of N bits, where N is a positive integer of at least one positive integer. The multiplication method according to the present invention is performed by mixing the first data and the extension bits for expanding the most significant bit of the first data, the step of converting the mixed parallel data into serial data, and the serial Shifting the data into N bits of parallel data, logically multiplying the N bits of parallel data with the second data, adding carry data and the logical result of the previously added result; Shifting the least significant bit of the added result bits, latching bits other than the least significant bit as the carry data and the shifted least significant ratio That as a result of multiplication of the second data with the first data comprising the steps of: latching in parallel it is preferred.
이하, 본 발명에 의한 곱셈기의 구성 및 동작을 첨부한 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the configuration and operation of the multiplier according to the present invention will be described as follows.
도 2는 본 발명에 의한 곱셈기의 블럭도로서, 비트 발생부(20), 제1 및 제2레지스터들(22 및 24), N개의 레지스터들(60, 62, 64, 66, ...)로 구성된 제1쉬프트 레지스터(26), 멀티플렉서(40), N개의 AND게이트들(70, 72, 74, 76, ...)로 구성된 논리곱부(28), 가산기(30), [N/2=K](여기서, [K]는 K를 반올림한 양의 정수를 의미함)개의 레지스터들(80, 82, 84, ...)로 구성되는 제3레지스터(32), 소정수의 레지스터들(90, 92, 94, 96, 98, ...)로 구성된 제2쉬프트 레지스터(34), 제4레지스터(36) 및 타이밍 제어부(38)로 구성된다.2 is a block diagram of a multiplier according to the present invention, in which a
도 2에 도시된 곱셈기 및 상기 곱셈기에서 수행되는 곱셈 방법은 멀티미디어용 사운드 카드에 사용되는 오디오 코덱(CODEC) 또는 오디오용 디지탈/아날로그 변환기(Digital/Analog Converter:이하, DAC)에 적용될 수 있다. 상기 오디오 코덱(CODEC) 내부에는 오디오 볼륨 제어를 위해 DAC가 구비된다. 즉, 구체적으로 도시되지는 않았으나, 상기 오디오용 DAC 또는 CODEC내부의 DAC에는 오디오 볼륨 제어를 위해 감쇄기(Attenuator)가 구비된다. 여기에서, 감쇄기는 레지스터와 상기 곱셈기로 구현되어 입력 데이타에 제어 값을 곱하여 오디오 볼륨을 키우거나 줄이도록 제어될 수 있다.The multiplier shown in FIG. 2 and the multiplication method performed in the multiplier can be applied to an audio codec used in a multimedia sound card or a digital / analog converter (hereinafter referred to as DAC) for audio. A DAC is provided inside the audio codec for audio volume control. That is, although not specifically illustrated, an attenuator is provided in the DAC for audio or the DAC inside the CODEC to control the audio volume. Here, the attenuator may be implemented as a register and the multiplier and may be controlled to increase or decrease the audio volume by multiplying the input data by a control value.
도 2를 참조하면, 제1레지스터(22)는 M(여기서, M은 적어도 1이상의 양의 정수)비트의 제1데이타(X)를 병렬로 입력하여 곱셈기가 곱셈연산을 종료할 때까지 래치한다. 제2레지스터(24)는 N비트(여기서, N은 적어도 1 이상의 양의 정수)비트의 제2데이타(Y)를 병렬로 입력하여 제1레지스터(22)와 마찬가지로 곱셈연산이 종료될 때까지 저장한다. 여기서, 제2레지스터(24)는 타이밍 제어부(38)로부터 출력되는 레지스터 제어 클럭(미도시)이 변하기 전까지, 즉, 새로운 제2데이타가 입력되기 전까지 계속해서 데이타를 래치하게 되고, 래치된 병렬 데이타를 각각 AND게이트의 하나의 입력으로서 출력한다.Referring to FIG. 2, the
한편, 비트 발생부(20) 제1데이타의 최상위 비트를 확장시키기 위한 확장 비트들을 발생한다. 만약, 제1데이타가 2의 보수형태를 취하고 있고, 최상위 비트값이 '1'이면 '1'들을 확장비트로서 발생하지만 그이외의 경우에는 '0'들을 확장비트들로 발생한다. 즉, 하위 비트에서 연산되어진 결과에 의해 생기는 캐리 데이타를 고려하여 비트수를 증가시키기 위하여 '0' 또는'1'의 값을 확장시켜주는 기능을 한다.Meanwhile, the
멀티플렉서(40)는 확장비트 및 제1레지스터(22)로부터 출력되는 제1데이타를 병렬로 입력하고, 입력한 비트들을 제1제어클럭(CK1)에 응답하여 최하위 비트부터 최상위 비트까지 순차적으로 직렬로 출력한다. 제1쉬프트 레지스터(26)는 리셋신호(RESET)에 응답하여 리셋되고, 멀티플렉서(40)로부터 1비트씩 직렬로 출력되는 비트들을 오른쪽으로 쉬프팅하여, 쉬프팅된 N비트의 쉬프팅 데이타를 병렬로 논리곱부(28)의 해당 AND게이트로 출력한다. 제1쉬프트 레지스터(26)가 데이타를 1비트씩 쉬프팅할 때마다 제1쉬프프 레지스터(26)는 데이타를 병렬로 논리곱부(28)로 출력한다. 여기서, 제1쉬프트 레지스터(26)의 레지스터 갯수는 입력되는 제2데이타의 크기에 따라 변한다.The
한편, N개의 AND게이트들(70, 72, 74, 76, ...) 각각은 제1쉬프트 레지스터(26)로부터 병렬로 출력되는 쉬프팅 데이타와 제2레지스터(24)에 래치된 제2데이타(Y)를 논리곱하고, 논리곱한 결과를 가산기(30)로 출력한다. 여기서, 각 AND게이트는 제2레지스터(24)로부터 출력되는 제2데이타의 해당 비트에 의해 제어된다. 즉, 제2데이타가 '1'인 비트자리 수의 값만을 다음단의 가산기(30)로 출력한다. 가산기(30)는 N개의 AND게이트들의 출력 및 제3레지스터(32)에서 최하위 비트를 제외한 비트들을 캐리 데이타로서 입력하여 가산하고, 가산된 결과를 제3레지스터(32)에 래치한다. 여기서, 가산된 결과 비트들중 최하위 1비트를 제외한 나머지 자리수는 이전 연산에서 발생한 캐리 데이타로서 다음 연산에 가산하기 위하여 궤환시켜 준다.Meanwhile, each of the N AND
제3레지스터(32)의 크기는 가산기(30)에 입력되는 비트 수가 증가함에 따라 변한다. 즉, 제3레지스터(32)의 레지스터의 수는 가산기(30)로 입력되는 비트의 수가 K일 때, [K/2]이다. 만약 가산기의 입력수가 6개이면, 제3레지스터(32)의 레지스터의 수는 3개이다.The size of the
제2쉬프트 레지스터(34)는 리셋신호(RESET)에 응답하여 리셋되고, 제3레지스터(32)의 레지스터(80)에 저장된 가산된 결과의 최하위 비트를 내부 연산을 조정하는 제어 클럭에 응답하여 직렬로 입력하여 LSB에서 MSB 비트의 자리수 방향으로 데이타를 전송하기 위해 쉬프팅하고, 내부 연산이 최종적으로 이루어지는 시점에서 최종 연산 결과를 병렬로 제4레지스터(36)로 출력한다.The
제4레지스터(36)는 제2쉬프트 레지스터(34)로부터 출력되는 병렬 비트들을 제1데이타와 제2데이타의 최종 곱셈 결과로서 래치하고, 제2제어클럭(CK2)에 응답하여 출력단자 OUT를 통해 출력한다.The
한편, 타이밍 제어부(38)는 멀티플렉서(40)가 입력한 비트들을 순차적으로 직렬로 출력시키도록 제어하는 제1제어클럭(CK1) 및 제4레지스터(36)에 래치된 곱셈 결과가 출력되도록 제어하는 제2제어클럭(CK2)을 발생하며, 다음 곱셈 연산 이전에 제1 및 제2쉬프트 레지스터들(26 및 34)를 리셋시키는 역할을 하는 리셋신호를 발생한다. 여기서, 사용하는 마스터 클럭은 일반적으로 디지탈 오디오 기기에서 사용하는 클럭을 이용할 수 있다.Meanwhile, the
전술한 도 2에 도시된 본 발명에 의한 곱셈기의 동작의 이해를 돕기 위해, 제1데이타가 '010111'이고, 제2데이타가 '1010'이라 할 때의 도 2에 도시된 곱셈기의 곱셈 동작을 다음과 같이 살펴본다. 만약, 입력데이타가 2의 보수 데이타라고 하면, 도 2에 도시된 곱셈기에 2의 보수 데이타로 변환시켜 주는 변환부를 첨가하면 된다.In order to help understand the operation of the multiplier according to the present invention illustrated in FIG. 2 described above, the multiplication operation of the multiplier shown in FIG. 2 when the first data is '010111' and the second data is '1010' is described. Take a look at the following: If the input data is 2's complement data, a conversion unit for converting to 2's complement data is added to the multiplier shown in FIG.
먼저, 제1 및 제2레지스터들(22 및 24)은 '010111' 및 '1010'을 각각 래치하고, 멀티플렉서(40)는 '00 0001 0111'의 비트열로 구성되는 데이타를 병렬로 입력한다. 여기서, 비트 발생부(20)에 의해 4비트가 확장되었다. 제1쉬프트 레지스터(26)는 멀티플렉서(40)의 직렬 출력을 입력하여 쉬프팅하고, 쉬프팅된 다음 표 1과 같은 비트들을 해당 AND게이트로 출력한다.First, the first and
표 1에 나타난 바와 같이, 예를 들면 논리곱부(28)의 AND 게이트(76)로는 '0001 1101 00' 순으로 비트들이 입력된다.As shown in Table 1, for example, bits are input to the
논리곱부(28)의 각 AND게이트는 표 1에 나타난 순서대로 제1쉬프트 레지스터(26)로부터 출력되는 비트와 제2레지스터(24)에 래치된 제2데이타 '1010'을 논리곱한다. 이 때, 제2데이타가 '1010'이므로, 제1쉬프트 레지스터(26)의 두번째 및 네번째 레지스터들(62 및 66)의 출력들만이 가산기(30)로 출력되고, 첫번째 및 세번째 레지스터들(60 및 64)의 출력은 가산기(30)로 출력되지 못하므로 아무런 의미를 갖지 못한다. 가산기(30)는 제1쉬프트 레지스터(26)의 출력 결과를 입력하여 가산하고, 최하위 비트만을 후단의 제2쉬프트 레지스터(34)에서 래치하고, 그 외의 최상위 비트들로 구성되는 데이타는 연산시 발생하는 캐리 데이타로서 다시 가산기(30)에 궤환되어 다음으로 입력되는 상위 비트들의 연산에 가산된다. 이와 같이, 제1레지스터(22)에 저장된 제1데이타를 모두 연산하게 되면, 제4레지스터(36)에 최종적으로 '00 0111 0011'의 값이 래치된다.Each AND gate of the AND
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 곱셈기는 가격이 저렴하고, 크기가 줄어들어 집적회로 구현시 상당히 유리한 효과가 있다.As described above, the multiplier according to the present invention is inexpensive, and the size is reduced, which has a considerably advantageous effect when implementing an integrated circuit.
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