Множительно-делительное устройство

Множительно-делительное устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

< п748430 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву— (51)М. Кл. (22) Заявлено 300578 (2!) 2621962/18-24 с присоединением заявки № (23) Приоритет

G 06 G 7/16

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 15.07.80. Бюллетень ¹ 26

Дата опубликования описания 15.0?,80 (53) УДК 681. 335 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. И. Корчун и В. В. Лебедь

Киевский институт автоматики им. XXV съезда КПСС (71) Заявитель (54) МНОЖИТЕЛЬНО-ДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике и предназначено для умножения и деления аналоговых электрических сигналов. 5

Известны устройства для умножения и деления электрических сигналов, содержащие полевой транзистор как управляемый делитель напряжения, коэффициент передачи которого зависит от величины напряжения, подаваемого на затвор полевого транзистора p1g . Однако такие устройства имеют малый динамический диапазон работы и высокую чувствительность 15 к разбросу параметров полевых транзисторов,при этом точность работы сильно зависит от внешних условий (например температуры). Это объясняется малой величиной линейной зоны 20 характеристики транзисторов и зависимостью этой зоны от типа транзистора и от внешних условий.

Известны устройства для умножения и деления, использующие поле- 25 вой транзистор как элемент с управляемой проводимостью, причем для расширения динамического диапазона, повышения линейности и компенсации тем.пературных дрейфов используются опе- 30 рационные усилители и второй полевой транзистор, спаренный с первым (2) .

К недостаткам известных технических решений следует отнести необходимость использования спаренных транзисторов с полностью идентичными характеристиками, что требует специального подбора элементов.

Наиболее близким техническим решением является множительно-делительное устройство 131, содержащее первый операционный блок с запоминанием, первый вход которого является первым входом устройства, второй операционный блок с запоминанием, второй вход которого соединен с его выходом и с выходом устройства, входной ключ, первый и второй входы которого являются соответственно вторым и третьим входами устройства, выходной ключ, первый выход которого соединен со вторым входом первого операционного блока, а второй выход — с первым входом второго операционного блока, управляемый линейный элемент, первый вход которого соединен с выходом входного ключа, второй вход- — с выходом первого операционного блока, выход - со входом выходного ключа, и тактирующий генератор, выход ко748430 торого соединен с управляющими входами всех ключей и операционных блоков. Это устройство имееr-высокую точность работы, причем нет необходимости в специальном подборе полевых транзисторов.

Недостатком такого устройства яв5 ляется низкое быстродействие,поскольку операция умножение-деление выполняется последовательно во времени за два рабочих такта, причем в течение одного такта выхбдной сигнал устройства запоминается и сохраняет постоянное значение независимо от изменения входного сигнала.

Цель изобретения — повышение быстродействия- устройства при высокой точ- 5 ности работы.

Для достижения цели в множительноделительное устройство, содержащее первый операционный блок с запоминанием, первый вход которого является 2Q первым входом устройства, второй операционный блок с запоминанием, первый входной ключ, первый и второй входы которого являются соответственно вторым и третьим входами уст- 5 ройства,выходной ключ, управляемый линейный элемент, первый вход которого подключен к выходу первого входного ключа, второй вход подключен к выходу первого операционного блока, а выход подключен к первому входу выходного ключа, который соединен со вторым входом первого операционного блока, и тактирующий генератор, выход которого подключен к управляющим входам всех ключей и к управляющему входу первого операционного блока, введены второй входной ключ, первый и второй входы которогоподключены соответственно к первому и второму входам первого входного ключа, второй 40 управляемый линейный элемент, первый вход которого соединен с выходом второго входного ключа, второй вход подключен к выходу второго операционного блока, а выход подключен ко 45 второму входу выходного ключа, и инвертор, причем первый вход второго операционного блока подключен к первому входу первого операцибннбго блока, второй вход соединен со вторым входом выходного ключа, выход тактирующего генератора соединен через инвертор с управляющими входами, втброго операционного блока и второго входного ключа. Связь первого входа второго операционного блока с первым входом .первого операционного блока, являющегося входом устройства, и введение в устройство второго входного ключа, первый вход которого соеди- Щ нен с первым и вторым входами первого входного ключа, которые являются.вторым и. третьим входами устройства, и второго управляющего линейного элемента, первый вход которо 65 го соединен с выходом второго входного ключа, второй вход — с выходом второго операционного блока, позволяет формировать коэффициентсомножитель, пропорциональный отношению величин сигналов на первом и втором входах устройства, в течение такта работы, когда происходит умножение сигнала, поданного на третий вход устройства, на коэффициент-сомножитель, сформированный в предыдущем такте, с помощью первого входного ключа, первого операционного блока и первого линейного элемента, второй вход которого соединен с выходом первого операционно\

ro блока. Связь управляющих входов второго входного ключа и второго операционного блока с выходом тактирующего генератора через введенный инвертор позволяет организовать поочередное формирование коэффициента-сомножителя в каждом такте работы.

Поскольку второй вход второго входного ключа является третьим входом устройства, а выход второго управляемого линейного элемента соединен со вторым входом выходного ключа, то на выходе этого ключа, являющимся выходом устройства, в каждом такте работы без задержки будет формироваться сигнал, пропорциональный произведению третьего входного сигнала и коэффициента-сомножителя, пропорционального отношению первого и второго входных сигналов. Таким образом, организация двухтактного параллельного ре%има работы устройства позволяет формировать величину коэффициента-сомножителя в каждом такте и избежать необходимости в запоминании выходного результата умножения на этот коэффициент, что значительным образом повышает быстродействие устройства.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.

Множительно-делительное устройство содержит первый операционный блок с запоминанием 1, второй операционный блок с запоминанием 2, прйчем первые входы блоков 1 и 2 соединены с.первым входом устройства 3. В состав операционного блока могут входить, например, операционный усилитель, масштабные резисторы, интегрирующая емкость и ключ. Устройство содержит два входных ключа 4 и

5, первые входы которых соединены.со вторым входом б, а вторые входы — с третьим входом устройства 7, выходной ключ 8, выход которого соединен с выходом 9 устройства, два управляемых линейных элемента 10 и 11, первые входы которых соединены с выходами соответствующих входных ключей

4 и 5, вторые входы - с выходами соответствующих операционных блоков 1 и

748430

В этом же такте работы на управляющие входы второго операционного блока 2 и второго входного ключа

5 с выхода генератора 12 через инвертор 13 поступает сигнал логической

"1". Следовательно, операционный блок 2 будет работать в режиме усиления, управляя коэффициентом передачи линейного элемента 11. Входной ключ 5 соединяет второй вход устройства б со входом управляемого линейного элемента 11. Сигнал с выхода этого элемента поступает на второй вход операционного блока 2, на первый вход которого подается входНоА сигнал с первого входа 3 устройства. Управляющий сигнал с выхода операционного блока 2 поступает на второй вход элемента 11, устанавливая коэффициент передачи этого элемента соответственно выражению (2), но уже с учетом возможных изменений входных. сигналов U и 0 . В последующем такте работы входной ключ 5 подключает ко входу элемента 11 напряжение, подаваемое на третий вход

7 устройства, а выход элемента 11 через ключ 8 соединяется r. выходом

9 устройства. Таким образом, напряжение на выходе схемы будет определяться выражением (3), причем с учетом возможных изменений входных сигналов на данный момент времени °

В течение этого же такта работы операционный блок 1 устанавливает новое значение коэффициента передачи управляемого линейного элемента 10, подготавливая его к умножению в следующем такте работы.

Из изложенного следует, что, в отличие от прототипа, где как формирование величины к= Ол /О, так и умножение Us. К происходит через такт, в предлагаемом устройстве эти операции выполняются в каждом такте, что позволяет в два раза повыситЬ частоту пропускания устройства по первому входу 3 (Ол ) и второму входу б (Uq ). Кроме того, в результате отсутствия запоминания результата умножения, как это делается в прототипе, предлагаемое устройство позволяет повысить полосу пропускания по третьему входу 7 (U ) вплоть до границы пропускания операционных блоков 1 и 2.

Предлагаемое устройство имеет высокую точность работы, поскольку точность выполнения операции деления Ол u согласно выражению (2 ) зависит только от величины коэффициента усиления операционного блока когда он работает в режиме усиления, а принимая во внимание, что дрейф характеристики управляемого линейного элемента в режиме запомина,ния за время одного такта практически

2, а выходы — с соответствующими входами выходного ключа 8;тактирующий генератор 12 и инвертор 13. Выход управляемого линейного элемента 10 соединен также со вторым входом операционного блока 1, а выход элемента 5

11, — со вторым входом блока 2. В качестве управляемого линейного элемента могут быть использованы, например, операционный усилитель и управляемый регистр на основе полевого 0 транзистора..Выход тактирующего генератора 12 соединен с управляющими входами второго операционного блока

2 и второго входного ключа 5 через инвертор 13, а с управляющими входами операционного блока 1, входного ключа 4 и выходного ключа 8 соединен непосредственно.

Устройство работает следующим образом.

В первом такте работы, предположим 20 при наличии логической "1" на выходе генератора 12, операционный блок 1 работает в режиме усиления, т. е. на вход управляемого линейного элемента

10 поступает сигнал, изменяющий 25 коэффициент передачи этого элемента.

При этом входной ключ 4 подключает ко входу элемента 10 напряжение, поданное на второй вход б устройства. Поскольку на первый вход операционного 30 блока 1 поступает напряжение, поданное на первый вход 3 устройства, а на второй вход блока 1 подается сигнал с выхода управляемого линейного, элемента 10, то, ввиду действия об- 35 ратной связи по второму входу этого элемента, его коэффициент передачи под действием управляющего сигнала с выхода блока 1 устанавливается таким образом, что 40 и,-- кн, (1)

Из этого следует, что коэффициент передачи элемента 10 paseí к=u> / uq (2) 45

В следующем такте работы,предпо ложим при наличии логического "0" на выходе генератора 12, операционный блок 1 переходит в режим запоминания, т. е. сигнал на его выходе, а следовательно, и на втором входе управляемого линейного элемента 10 остается постоянным, поддерживая, таким образом, постоянное значение коэффициента К, определяемое выражением (2).

При этом входной ключ 4 подключает ко входу элемента 10 напряжение, подаваемое на третий вход 7 устройства, а выход элемента 10 через выходной ключ 8 соединяется с выходом 9 уст- 60 ройства. Следовательно, напряжение на выходе 9 устройства будет определяться выражением м

U3 л вьгл > Uq (3)

748430

I отсутствует, то"и конечный результат будет точно соответствовать выражению (3).

Формула изобретения

Множительно-делительное устройство, содержащее первый операционный блок с запоминанием, первый вход которого является первым входом устройства, второй операционный блок с запоминанием, первый входной ключ, первый и второй входы которого являются соответственно вторым и третьим входами устройства, выходной ключ,управляемый линейный элемент, первый вход которого подключен к выходу первого ключа, второй вход подключен к выходу первого операционного блока, а выход — к первому входу выходного ключа, который также соединен со 2О вторым входом первого операционного блока, и тактирующий генератор, выход которого соединен с управляющими входами всех ключей и с управляющим входом первого операционного блока, о т- 25 л и ч а ю щ е е с я тем,что,с целью повышения быстродействия, в него введены второй входной ключ, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому и второму входам первого входного ключа, второй управляемый линейный элемент, первый вход которого соединен с выходом второго входного ключа, второй вход подключен к выходу .второго операционно.-о блока, а выход — ко второму входу выходного ключа, и инвертор, причем первый вход второго операционного блока подключен к первому входу первого операционного блока, второй вход соединен со вторым входом выходного ключа, выход тактирующего генератора соединен через инвертор с управляющими входами второго операционного блока и второго входного ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

У 453703, кл. G 06 G 7/15.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 432525, кл. G 06 G 7/15.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 444201, кл. G 0 6 G 7/15 (прототип).

ЦНИИПИ Заказ 4241/37

Тираж 751 Подписное

Филиал ЛПП Патент, r.Ужгород,ул,Проектная,4