Способ преобразования кода системы остаточных классов в напряжение

Иллюстрации

Показать все

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано при проектировании устройств преобразования цифрового кода числа в системе остаточных классов в напряжение. Техническим результатом является повышение точности преобразования. Способ заключается в формировании опорного гармонического колебания u0(t)=Ucos(w·t), формировании из опорного-гармонического колебания u1(t) путем N сдвигов фазы на угол и гармонического колебания u2(t) путем сдвига фазы на угол π/2, гармоническое колебание u1(t) подвергают детектированию в балансном фазовом детекторе, а в качестве опорного сигнала фазового детектора используют гармоническое колебание u2(t), амплитуду которого устанавливают в два раза меньше, чем амплитуду гармонического колебания u1(t), причем выходное напряжение балансного фазового детектора прямо пропорционально величине числа А, представленного в виде цифрового кода в системе остаточных классов. 2 ил.

Реферат

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано при проектировании устройств преобразования цифрового кода в системе остаточных классов (СОК) в напряжение в блоках сопряжения разнотипных элементов вычислительных и информационно-измерительных систем.

Известен способ (аналог) преобразования кода СОК в напряжение [1, с.239-240], заключающийся в преобразовании кода числа в СОК в позиционную систему счисления (ПСС) и последующем формировании из полученного позиционного кода напряжения путем суммирования токов, прямо пропорциональных весам разрядов позиционного кода, на общем сопротивлении нагрузки [2, с.208-211].

Недостаток способа - низкое быстродействие, обусловленное необходимостью дополнительного преобразования кода СОК в ПСС.

Известен также способ (аналог), базирующийся на алгоритме преобразования позиционного кода числа А из его кода (α1, α2, ..., αN) в СОК в соответствии с китайской теоремой об остатках [1, с.31; 3, с.35-39, с.77-78]:

где

[·] - целая часть числа;

mi - совокупность взаимно простых целых положительных чисел;

;

μi - вес ортогонального базиса, получаемый из решения сравнения (μiMi)mod mi=1;

rA - ранг числа A, представляющий собой целое неотрицательное число, показывающее, во сколько раз диапазон СОК - М был превзойден при переходе от представления числа в СОК к его позиционному представлению.

Данный способ преобразования кода СОК в напряжение заключается [4, с.23-24] в вычислении по модулям mi произведений разрядов αi кода числа А в СОК на веса ортогональных базисов μi этих разрядов - βi=(αiμi)mod mi, где mi - основания СОК; i=1,2, ... N, суммировании на общем сопротивлении нагрузки токов, прямо пропорциональных значениям дроби βi/mi, и вычитании из напряжения, полученного в результате прохождения суммы этих токов через сопротивление нагрузки, напряжения, прямо пропорционального рангу числа - rA.

Недостаток аналога - низкое быстродействие, так как при преобразовании кода СОК в напряжение необходимо рассчитывать ранг числа - rA. Известные алгоритмы получения ранга числа [3, с.78-82; 4, с.23-24] требуют дополнительных затрат оборудования и выполняются только за N шагов, где N - число оснований в СОК.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом к предлагаемому изобретению) является способ [5], включающий вычисление по модулям mi произведений разрядов αi кода числа А в СОК на веса ортогональных базисов μi этих разрядов - βi=(αiμi)mod mi, где mi - основания СОК; i=1, 2,...N, формирование опорного гармонического колебания u0(t)=Ucos(ω·t), где U и ω - соответственно амплитуда и частота гармонического колебания; t - время, получение из опорного колебания u0(t) двух гармонических колебаний u1(t) и u2(t) соответственно путем N сдвигов фазы на

,

где i=1, 2, ... N, и сдвига фазы на π/2, и определение интеграла произведения этих колебаний:

,

где Тu - интервал интегрирования, причем значение uu при U2T=M/π, Тu>(2...3)T и 0≤А≪М,

где T - период гармонического колебания, равно величине числа А.

Недостаток прототипа заключается в том, что требуемая точность преобразования достигается только при значительном (в десятки раз) превышении диапазона разрядной сетки СОК - относительно возможного диапазона изменения преобразуемого числа А. В связи с этим в арифметические устройства, функционирующие в СОК, для расширения диапазона разрядной сетки необходимо вводить дополнительные основания mi, что, в свою очередь, приводит к увеличению аппаратурных затрат вычислительных устройств.

Целью заявляемого способа является увеличение диапазона изменения преобразуемой величины А, в пределах которого достигается приемлемая точность преобразования.

Технический результат выражается в повышении точности преобразования кода СОК в напряжение.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем вычисление по модулям mi произведений разрядов αi кода числа А в СОК на веса ортогональных базисов μi этих разрядов -βi=(αiμi)mod mi, где mi - основания СОК; i=1, 2, ... N, формирование опорного гармонического колебания u0(t)=Ucos(ω·t), где U и ω - соответственно амплитуда и частота гармонического колебания; t - время, получение из опорного колебания u0(t) двух гармонических колебаний u1(t) и u2(t) соответственно путем N сдвигов фазы на где i=1, 2, ... N, и сдвига фазы на π/2, согласно изобретению гармоническое колебание u1(t) подвергают детектированию в балансном фазовом детекторе, а в качестве опорного сигнала фазового детектора используют гармоническое колебание u2(t), амплитуду которого устанавливают в два раза меньше, чем амплитуду гармонического колебания u1(t), причем выходное напряжение балансного фазового детектора при - М/4<А<М/4, где - диапазон разрядной сетки СОК, с погрешностью, не превышающей 10%, прямо пропорционально величине числа А.

Сущность изобретения основывается на использовании свойства периодичности гармонической функции и утверждении китайской теоремы об остатках.

Известно, что

где р=1, 2, 3, ...

Если начальную фазу гармонического колебания с амплитудой U и частотой ω

сдвинуть N раз на величину ,

где i=1, 2,...N, то после последнего (N-го) сдвига гармоническое колебание (3) будет описываться выражением:

где .

Так как

а в свою очередь

то на основании (3) и (5) получим

При βi=(αiμi)mod mi сдвиг фазы гармонического колебания u1(t) в соответствии с утверждением китайской теоремы об остатках [3, с.36, формула (1.30)] будет прямо пропорционален величине числа А, код в СОК которого равен (α1, α2, ..., αN):

Следовательно, для формирования напряжения, прямо пропорционального величине числа А, код в СОК которого равен (α1, α2, ..., αN), необходимо получить напряжение, прямо пропорциональное величине сдвига фазы гармонического колебания (6) относительно фазы опорного колебания (3).

Для получения такого напряжения может быть применен балансный фазовый детектор [6, с.142, рис.7.29]. Пусть в таком фазовом детекторе на его сигнальный вход поступает гармоническое колебание (6):

а в качестве опорного сигнала используется гармоническое колебание u2(t)=U2sin(ω·t), которое формируется из гармонического колебания (3) путем сдвига фазы на π/2.

С учетом (8) выходное напряжение в балансном фазовом детекторе образуется как разность огибающих результирующих колебаний на диодах Д1 и Д2 амплитудных детекторов в составе данного фазового детектора [6, с.142-143, рис.7.29]:

где КPhD - коэффициент передачи фазового детектора.

При U2=U1/2 получаем:

Зависимость выходного напряжения балансного фазового детектора (10) при таком соотношении амплитуд сигнального и опорного колебания оказывается близкой к линейной зависимости на интервале -М/4<А<М/4 с погрешностью, не превышающей 10%. В качестве иллюстрации этого на фиг.1 приведен в виде непрерывной линии график относительного отклонения выходного напряжения (10) от линейной зависимости -Δ, выраженный в процентах, который построен по следующей формуле:

Здесь же штриховой линией представлен график относительного отклонения выходного напряжения прототипа [5] - от линейной зависимости, выраженный в процентах, который построен по следующей формуле:

Из приведенных графиков видно, что по сравнению с прототипом предлагаемый способ обеспечивает большую точность преобразования кода системы остаточных классов в напряжение в более широком диапазоне изменения преобразуемой величины А.

На фиг.2 приведена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ преобразования кода СОК в напряжение, где 1.1-1.N - информационные входы устройства, 2 - генератор гармонического колебания, 3.1-3.N - управляемые фазовращатели, 4 - фазовращатель на угол 5 - аттенюатор, 6 - балансный фазовый детектор, 7 - выход устройства.

Информационные входы 1.1-1.N соединены со вторыми входами соответствующих управляемых фазовращателей 3.1-3.N, при этом выход генератора гармонического колебания 2 соединен с первым входом управляемого фазовращателя 3.1 и входом фазовращателя на угол 4, причем выход управляемого фазовращателя 3.j соединен с первым входом управляемого фазовращателя 3.(j+1), где j=1, 2, ... N-1, а выход управляемого фазовращателя 3.N подключен к первому входу балансного фазового детектора 6, второй вход которого через аттенюатор 5 соединен с выходом фазовращателя на угол 4, при этом выход балансного фазового детектора 6 является выходом 7 устройства.

Рассмотрим работу устройства.

На N информационных входов 1.1-1.N устройства поступают коды αi соответствующих разрядов числа А в СОК, где i=1, 2, ... N. В соответствии с этими кодами в управляемых фазовращателях 3.1-3.N устанавливаются сдвиги фазы на угол

,

где βi=(αiμi)modmi; i=1, 2, ... N.

После прохождения гармонического колебания с выхода генератора 2 через управляемые фазовращатели 3.1-3.N на выходе управляемого фазовращателя 3.N устанавливается суммарный набег фаз

Одновременно в фазовращателе на угол 4 осуществляется сдвиг фазы опорного гармонического колебания с выхода генератора гармонического колебания 2 на угол , а в аттенюаторе 5 устанавливается амплитуда этого колебания в два раза меньше, чем амплитуда гармонического колебания на выходе управляемого фазовращателя 3.N:U2=U1/2.

Сформированное таким образом гармоническое колебание с выхода аттенюатора 5 поступает на второй вход балансного фазового детектора 6 в качестве опорного сигнала. При этом на первый вход фазового детектора 6 в качестве сигнального напряжения подается гармоническое колебание с выхода управляемого фазовращателя 3.N. В результате детектирования этого колебания в фазовом детекторе 6 на выходе 7 устройства образуется напряжение, прямо пропорциональное

которое на интервале - M/4<A<M/4 является близким к линейной зависимости:

Пример. Пусть N=5; m1=11; m2=7; m3=5; m4=3; m5=2; A=199.

Вычисляем исходные данные: ; α1=Amod m1=1; α2=1; α2=3; α3=4; α4=1; α5=1 (А=(1, 3, 4, 1, 1)); μ1=1; μ2=1; μ3=3; μ4=2; μ5=1.

В соответствии с полученными в данном примере значениями разрядов α1, α2, α3, α4 и α5 в управляемых фазовращателях 3.1-3.5 устанавливаются следующие сдвиги фазы: ; ; ; и .

После прохождения гармонического колебания с выхода генератора 2 через соответствующие фазовращатели, на выходе управляемого фазовращателя 3.5 установится набег фазы, равный

В результате детектирования гармонического сигнала с таким фазовым набегом в балансном фазовом детекторе, в соответствии с выражением (10) и приведенными выше исходными данными получаем выходное напряжение устройства:

Данный результат с точностью в 1,5% совпадает с величиной числа A=199.

Для сравнения в прототипе [5] для этих же исходных данных получается следующий результат: uPR(А)=189,424, что на 4,8% отличается от A=199.

Поскольку как и в прототипе в заявляемом способе процедура преобразования кода СОК в напряжение базируется на операциях сдвига фазы и определении суммарного набега фазы, то быстродействие преобразования в данном случае будет не хуже быстродействия прототипа.

Источники информации

1. Чернявский А.Ф. и др. Высокоскоростные методы и системы цифровой обработки информации. - Мн.: Белгосуниверситет, 1996. - 376 с.

2. Гитис Э.И., Пискулов Е.А. Аналого-цифровые преобразователи. - М.: Энергоиздат, 1981. - 360 с.

3. Акушский И.Я., Юдицкий Д.И. Машинная арифметика в остаточных классах. - М.: Сов. радио, 1968. - 440 с.

4. Абрамсон И.Т., Авров О.М., Лапкин Л.Я. Кодирование электрических величин в системе остаточных классов. // Автометрия, №2 (62), 1975, с.23-29.

5. Патент РФ №2220501, МПК Н 03 М 7/18, БИ №36, 2003.

6. Радиоприемные устройства: Учеб. пособие для радиотехнич. спец. вузов / Ю.Т.Давыдов, Ю.С.Данилич, А.П.Жуковский и др.; Под ред. А.П.Жуковского. - М.: Высш. шк., 1989. - 342 с.

Способ преобразования кода системы остаточных классов (СОК) в напряжение, включающий вычисление по модулям mi произведений разрядов α1 кода числа А в СОК на веса ортогональных базисов μi этих разрядов - βi=(αiμi)mod mi, где mi - основания СОК; i=1, 2, ... N, формирование опорного гармонического колебания u0(t)=Ucos(ω·t), где U и ω - соответственно амплитуда и частота гармонического колебания; t - время, получение из опорного колебания u0(t) двух гармонических колебаний u1(t) и u2(t), соответственно, путем N сдвигов фазы на , где i=1, 2, ... N, и сдвига фазы на π/2, отличающийся тем, что гармоническое колебание u1(t) подвергают детектированию в балансном фазовом детекторе, а в качестве опорного сигнала фазового детектора используют гармоническое колебание u2(t), амплитуду которого устанавливают в два раза меньше амплитуды гармонического колебания u1(t), причем выходное напряжение балансного фазового детектора при -М/4<А<М/4, где - диапазон разрядной сетки СОК с погрешностью, не превышающей 10%, прямо пропорционально величине числа А.