SU1325521A1 - Гибридное множительное устройство - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в системах и устройствах автоматики , в частности в устройствах измерени  энергии импульсных сигналов. Целью изобретени   вл етс  повышение точ ности перемножени . Устройство содержит логарифмический аналого-цифровой преобразователь 1, сумматор 2, ключ 3, элемент ИЛИ - НЕ 4, первый источник онор- ного напр жени  5. цифроаналоговый преобразователь 6 с логарифмической зависимостью преобразовани  по цифровому входу , блок вычитани  7, второй источник опорного напр жени  8, аналоговый перемножитель 9, первый 10 и второй 11 цифроана- логовые преобразователи с показательной зависимостью преобразовани  по цифровому входу и сумматор 12. Устройство имеет первый 13 и второй 14 входы и вы.ход 15. Достижение поставленной цели обеспечено за счет исключени  из состава устройства дополнительного канала перемножени , содер- жаш,его аналоговый перемножитель с невысокими точностными характеристиками, и введени  на выходе канала умножени  остатка переменного масштабировани , пропорционального значению квантуемого сомножител . 2 ил. 7 (О сл 00 1чЭ сл сд 9иг.1

Description

Изобретение относитс  к ана.чгл овой вычислительной технике и может быть использовано в системах и устройствах автоматики .

Цель изобретени  - повьииение точности перемножени .

На фиг. 1 представлена структурна  схема гибридного множительного устройства; на фиг. 2 - временные диаг раммы сигналов в различных точках схемы.

Гибридное множительное устройство содержит логарифмический АЦП 1, второй CVM- матор 2, ключ 3, элемент ИЛИ -НЕ 4, первый источник 5 опорного напр жени  (ИОН)., цифроаналоговый преобразователь 6 с Л01 а- рифмической зависимостью преобразоЕ апи  по цифровому входу, блок 7 вычитани , второй ИОН 8, аналоговый перемножитель (АП) 9, первый 10 и второй 1 цифро- аналоговые преобразователи с показательной зависимостью преобразовани  по цифровому входу, первый сумматор 12, первый 13 и второй 4 входы устройства, выход 15 устройства. Вход логарифмического АЦГ , объединенный с одним из входов сумматора 2,  вл етс  входом 13 устройства, а выход соединен с входом элемента ИЛИ - НЕ 4 и цифровыми входами УФЦАП 6, 10 И 11, аналоговые входы которых подключены соответственно к выходу сумматора 2, к второму входу АИ 9, объединенному с входом 14 устройства, и к выходу АП 9. Выходы блоков 6, 10 и II подключены соответственно к неинвертирующему входу блока 7 вычитани  и к двум входам сумматора 12, выход которого  вл етс  выходом 15 устройства. Выходы ИОН 5 и 8 соединены соответственно с информацион- ным входом ключа 3 и инвертируюни1М входом блока 7 вычитани , выход которого подключен к первому входу АП 9, управл ющий вход ключа 3 соединен с выходом элемента ИЛИ- НЕ 4, а выход -- с вторым входом сумматора 2.

Гибридное множительное устройство работает следующим образом.

Один из сомножите, :ей X с входа 13 устройства поступает на вход логарифмического АЦП i. Уровни квантовани  X, I a- кого АЦП, общее число которых равно М, расположены в пределах рабочего диапазона О - Хмакс неравномерно в соответствии с соотнощением

где С

. / / М +1 -

- константа, а D Х«ак./

Xi - диапазон логарифмической зависимости Х| 0.

Характеристика квантовани  логарифмических АЦП за пределами логарифмической зависимости {О sc; X X|), как правило , линейна. В данном случае, поскольку диацазон D логарифмической зависимости

достаточно широк, интервал О Xi, выхо- ;1ЯП1ий за ее пределы, не содержит дополнительных равномерно расположенных уровней квантовани .

Зависимость значений i кодового сигнала на выходе логарифмического АЦП (щтрих- иунктирна  лини ) от значений сомножител  X (сплонша  лини ) представлена на фиг. 2 (Змакс - рабочий диапазон сигналов в устройстве).

Сомножитель X с входа 13 устройства поступает также на один вход суммато- la 2, к второму входу которого приложено опорное напр жепие EI источника 5, коммутируемое ключом 3. Последний управл 5 етс  выходным логическим сигналом элемента ИЛИ - НЕ 4, на входы которого поступает выходной кодовый сигнал логарифмического АЦП 1. При условии, что выходным кодом АЦП 1  вл етс  пр мой параллельный код, логический сигнал на выхо0 дс элемента 4 равен единице лишь в единичном случае - когда i О, т.е. в нулевом интервале квантовани . Таким образо.м, напр жение EI, значение которого выбираетс  равным

25

Р А Е..КС(2)

L, -- с-1- {С-1)С

коммутируетс  на вход сукматора 2 лишь при значении кода i на выходе .АЦП 1, равном нулю, т.е. при значени х сомно- жител  X, соответствующих нулевому интервалу квантовани . Таки.м образом,выходной сигнал X сумматора 2 равен

35

X

X + Ei, 0 X Х|

,Х,..кс.

Форма сигнала X представлена на фиг. 2 а П1триховой линией. Указанное нреобразова- ние сигнала X в еигна.л X обусловлено не- 0 обходимостью исключени  нулевых и близких к нулю значений сигнала, поступающего на аналоговый вход Г1,АП 6.

Формирование сигнала аналогового остатка осуществл етс  при помощи ЦАП 6, на цифровой вход которого поступает кодовый сигнал i с выхода логарифмического АЦП 1, а на аналоговый вход - сигнал X с выхода сумматора 2. ЦАП 6 обладает логарифмической зависимостью преобразовани  Q кода i в выходной аналоговый сигнал Хо.

Дл  соответствующих значений управл ющего кода i ЦАП 6 обеспечивает следующие коэффициенты передачи аналогового сигнала X :

Kso (С -- Г) С

(4)

55Кб С -.(5)

Нетрудно убедитьс , что указанные значе- 1И1Я Кео и Кб/ обеспечивают выделение сигнала Хо в форме, показанной на фиг. 2 б.

причем во всем диапазоне сигнала X, Хмаы-

const и Хо«ин С Х пмакс(6)

Поступа  далее на суммирующий вход блока 7 вычитани  сигнал Х о смещаетс  на величину

Ео

С

(7)

котора  поступает с выхода ИОН 8, при этом минимальный уровень сигнала Хо приводитс  к нулевому уровню. На выходе блока 7 осуществл етс  масщтабирование сигнала остатка на величину

k

С

С (8)

с целью согласовани  диапазона входных сигналов АП с диапазоном XQ. Форма сигнала остатка Хо с учетом масштабировани  представлена на фиг. 2 в.

Умножение остатка Хо на второй сомножитель Y, поступающий с входа 14 устройства , реализуетс  в блоке АП 9. Дл  лучшей нагл дности диаграмм фиг. 2 прин то, что Y Змакс const.

Произведение XoY поступает далее на аналоговый вход ЦАП 11, обладающего показательной характеристикой преобразовани  по цифровому входу и предназначенного дл  обратного масштабировани  выходного сигнала АП 9. Коэффициенты передачи аналогового сигнала дл  ЦАП 11 определ ютс  соотношени ми

С

С-1

-С (9) (10)

Форма сигнала на выходе УФЦАП 11 показана на фиг. 2 г.

Кодовый сигнал i с выхода логарифмического АЦП 1 подаетс  также на цифровой вход УФЦАП 10, на аналоговый вход которого поступает второй сомножитель У с входа 14 устройства. УФЦАП 10 обладает показательной функцией преобразовани  цифрового кода в аналог и реализует умножение указанной функции кода i на сигнал У. Коэффициенты передачи аналогового сигнала дл  блока 10 выбираютс  из соотношений

К,(И)

К,С- .(12)

Форма выходного сигнала ЦАП 10, который представл ет собой произведение код- аналог, показана на фиг. 2д.

Выходные сигналы Z и Zo УФЦАП 10 и 1 1 поступают на входы сумматора 12, причем второе слагаемое подвергаетс  дополнительному масштабированию с коэффициентом (соотн. (8). Выходной сигнал сумматора 12  вл етс  выходным сигналом Z устройства , пропорциональным произведению сомножителей X и У (фиг. 2е).

Проанализируем точностные характеристики устройства. Погрец ность выходного си| нала Z в первом приближении равна сумме двух составл ющих погрещности кана- г ла перемножени  код-аналог, обусловленной погрешностью УФЦАП 10, и погрешности аналогового канала, котора , в свою очередь , обусловлена погрешност ми АП 9 и ЦАП 11. Что касаетс  погрешностей блоков 10 и 11, то они, в основном, опре дел ютс  статическими погрешност ми ключей и могут быть сведены к достаточно малому уровню (сотые доли процента). Вли ние погрешности ЦАП I I, кроме того, снижено вследствие масштабировани  сигнала

5 Zo на входе сум.матора 12. Основным фактором , оказывающим вли ние на точность устройства,  вл етс  погрешность Лап перемножител  9. Эта погрешность, поступа  вместе с сигналом Zo на вход сумматора 12 через ЦАП 1 1, подвергаетс  переменному

0 масштабированию, причем масштабный коэффициент зависит от кода i логарифмического АЦП 1 (соотн. (10) и, следовательно , от уровн  сигнала X. Так как зависимость масштабного коэффициента К,

f(i) показательна , а зависимость i f(X) - логарифмическа , то результирующа  зависимость К, f(X) (если не учитывать квантование) - линейка. Таким образом, степень вли ни  погрещности АП 9 на точность перемножени  в устройстве в

0 первом приближении пропорциональна значению сомножител  X, при малых значени х X погрешность перемножени  (ее абсолютное значение) существенно ниже, чем при значени х, близких к Х«акс. В последнем случае вли ние погрешности АП 9 снижено

5 в k раз.

Значение k, в свою очередь, обусловлено числом М уровней квантовани  (разр дностью ) логарифмического АЦП 1. Так, дл  М 15 и D 100 получаем С 1,359 и k 3,78. Это означает, что относитель0 на  погрешность перемножени  в устройстве меньше максимальной приведенной погрешности АП 9 в 3,78 раза, причем это соотношение сохран етс  во всем диапазоне КЯХмакс X Хчакс.

45

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Гибридное множительное устройство, содержащее логарифмический аналого-цифровой преобразователь, блок вычитани , аналоговый перемножнтель и первый сумматор, выход которого  вл етс  выходом устройства , вход логарифмического аналого-цифрового преобразовател   вл етс  первым входом устройства, первый вход аналогового перемножител  подк,пючен к выходу блока вычитани , а второй вход  вл етс  вторым входом устройства, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности перемножени , в него введены функциональный цифроаналотовый преобразователь с логарифмической aaiincHMOCTbro преобразовани  по цифровому входу, первый и второй цифроана- логовые преобразователи с юказательной зависимостью преобразовани  по цифровому входу, второй сумматор, ключ, элемент ИЛИ-НЕ, первый и второй источники опорных напр жений, выходы которых подключены соответственно к информационному входу ключа и к инвертируюпхему входу блока вычитани , выход логарифмического аналого-цифрового преобразовател  соединен с входом элемента ИЛИ-НЕ и цифровыми входами соответственно цифроаналогового преобразовател  с логарифмической зависимос

   тью преобразовани  по цифровому входу и первого, второго цифроаналоговых преобразователей с показательной зависимостью преобразовани  по цифровому входу, подключенных аналоговыми входами соответственно к выходу второго сумматора, к второму входу устройства и к выходу аналогового перемножител , а выходами - соответственно к неинвертирующему входу блока вычитани  и к первому и второму входам первого сумматора, выход элемента ИЛИ - НЕ соединен с управл ющим входом ключа , первый и второй входы второго сумматора подключены соответственно к выходу ключа и к первому входу устройства.