Многопороговый функциональный преобразователь

(51)4 С 06 С 7/25 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Специальное конструкторское бюро вычислительной техники Института кибернетики АН ЭССР(56) Вопросы теории и проектированияф электронных вольтметров и средств их проверки. Тезисы докладов республиканской НТК, Таллин, НТОРЭС им. А.С.Попова, 1985, с.12, рис.б.Цифровая информационно-измерительная техника. Межвузовский сборник научных трудов, вып.15, Пензенский политехнический институт, 1985, с.121, рис.б. функций для воспроизведения специальных кусочно-разрывных функций (фун кции аналого в цифрово преобразователя, функции амплитудной свертки, антье-функций, предикатных функций и др.), для воспроизведения некоторых логических операций п-значной логики и пр. Целью изобретения является расширение класса воспроизводимых преобразователем функций. Много- пороговый .функциональный преобразователь содержит М аналоговых релейных элементов 1, шину 2 нулевого потенциала, И шин 3 задания пороговых напряжений, И + 1 шин 4 задающих напряжений. Каждый аналоговый релейный элемент 1 содержит переключатель 5 и компаратор 6. Достижение поставленной цели обеспечено благодаря новому схемному построению многопорогового функционального преобразователя и применению аналоговых релейОГОВЬП 1 Ф ЛЬние може(54) ПРЕЮ (57) НКЦИОНАЛЬНЬП МНОГОПО РАЗОВАТ Изобрет в качес очно ли быть использо -о-ступенчатых ных элементов для амплитудного Селектирования. 29 ил,ве кусо ейных а вано и ку роксиматор Хи ХС ХС ф 1 Юе Ц Й Ь ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ1300507 У Фига Ф.Р ставитель А.Масхред М.Ходанич К едакто леме ор Л. Лат аж 673ственногоаобретенийЖ, Ра писное ииб., д,одствен еское предприятие, г.Ужгород оект 51/49 Тир ВНИИПИ Государ комите по делам и и отк 113035, Москва ушскаяИзобретение относится к аналоговой вычислительной технике и автоматике и может быть использовано в ка -честве кусочно-ступенчатых и кусочно-линейных аппроксиматоров функций для воспроизведения специальных кусочно-разрывных функций (функций аналого-цифрового преобразователя, антье-функции, функции амплитудной свертки и пр.), для воспроизведения некоторых логических функций п-эначной логики и др.Целью изобретения является расширение класса воспроизводимых преобразователем функций.На фиг.1 а приведена базовая схема многопорогового функционального преобразователя; на фиг.16 - схема. аналогового релейного элемента; на фиг.2 - 4 - варианты подключения многопорогового функционального преобразователя к шинам задания пороговых и к шинам задающих напряжений;, на фиг,5 - 8 - воспроизводимые преобразователем функции; на Фиг.9 базовая схема двухпорогового варианта Функционального преобразователя; на фиг.10 - 23 - варианты схем подключения его к внешним источникам задания пороговых и задающих напряжений; на фиг.24 - 29 - воспроизводимые двухпороговым функциональным преобразователем функции.Базовая схема многопорогового Функционального преобразователя (фиг.1 а) содержит И аналоговых ре.Ч, = 0,5 Ч1 + зхп(х - х) есть сигнум-Функция;Ч - напряжение на выходе -го1аналогового. релейного элемента 1,2лейных элементов 1 - 1 пину 2 нумлевого потенциала, И шпн 3 заданияпороговых напряжений х , х . хЫ + 1 шин 4 задающих напряжений 5 У, У 2фум 1Каждый аналоговый релейный элемент 1 (релятор К,) содержит(фиг.1 б) переключатель 5, и компаратор 6, например дифференциальный 10 усилитель, с первым (инвертирующим)и вторым (неинвертирующим) входами.Вариант схемы на фиг,4 дополнительно содержит инвертор 7. На Фиг.923 схема включения двухпороговоговарианта функционального преобразователя для упрощения описания вместо первой и второй групп шин 3 и4 гоказаны первый 8 и второй 9 внешние источники пороговых напряженийи первый 10, второй 11 и третий 12источники задающих напряжений соответственно. Во всех вариантах включения преобразователь имеет второйвыходной вывод 13 и первый - 14.Иногопороговый функциональныйпреобразователь (Фиг.1 а) работаетследующим образомКаждый аналоговый релейный эле -мент 1 (фиг,1 б, релятор) воспроизво- ЗО дит функцию сигнатурного селектирования, Выходное напряжение на первом выходе преобразователя (напряжение между первым выходным выводом 14 преобразователя и шиной 2 ну левого потенциала): определяетсявыражением(релятора), 1 = 1,2 И; у = Ч );1 Ох; - пороговые напряжения, поданныена соответствующие шины 3 ( = 1,2И);у; - задающие напряжения, поданныена соответствующие шины 4 ( = 1;2М + 1);х - входное напряжение, поданное между объединенными первыми входами компараторов аналоговых релейных элементов 1, (реляторов) и шиной 2 нулевого потенциала.15Выходное напряжение (между первым 14 и вторым 13 выходными выводами) определяется выражением 7кх - ЧнУстановка заданной воспроизводимой 10функции в каждом интервале аппроксимации (х ., х, ) при х с х(х+ йосуществляется установкой соответствующего задающего напряжения у.,1При необходимости установки нулевого задающего напряжения (у = О)на некоторых шинах 4 соответствующиешины 4 присоединяются к шине 2 нулевого потенциала (фиг.2),При необходимости установки некоторых задающих напряжений у. равнымпороговым напряжениям соответствующие шины 4 соединяются с заданнымишинами 3. В частности, при у = у.,от .схемы ио Фиг,1 а приходим к схемепо ФигЗ.При необходимости получения линей,ных участков в некоторых зонах аппроксимации с положительным и (или) отуицателькым наклоном соответствующиезадающие напряжения выбираются равными входному напряжению без инверсии= -х) знака 8 фиг.4)В общем случае воспроизводимаяфункция или логическая операция задается комбинацией задающих напряжений: у . = у. у = О у = хф ф к фу= -х, что эквивалентно соответственно автономной установке задающих напряжений, присоединению соответствующей шины 4 (шин) к шине нулевого потенциала заземления, присоединению соответствующей шины 4 45(шин) к входу преобразователя непосредственно или через инвертор знака.На Фиг.5 и 6 представлены некоторые функции, воспроизводимые преобраэователем по фиг.1 а при снятиивыходных сигналов с первого (фиг.5)и второго дополнительного (фиг.6)выходных выводов преобразователя,На фиг.5 а и б представлены функции аналого-цифрового преобразования(АЦП) соответетвенно на фиг.ба и бпредставлены функции погрешности дискретности ЛЦП, обусловленной конечным значением уровней квантования. График по Фиг.6 б определяет антьеФункцию (функция ближайшего целого, содержащегося в числе).Преобразователь по фиг.1 а воспроизводит также функцию инверсии 7ч = и - 1 - х (фиг.5 в) и циклического отрицания Ч = х+1 (вод и) (Фиг,5 г) и-значной логики (показан случай, когда и = И + 1 = 5), причем этот преобразователь может быть использован в качестве конвертора (преобразователя) логических уровней (фиг.5 д).При у, = у = у == у у= У=.= у= О от схемы по фиг.1 а приходим к схеме по фиг.2. В данном случае преобразователь по фиг,2 является гребенчатым Фильтром уровней сигналов (фиг,7 а и 8 а)При у = у == у +, = О, уу == у = х (фиг.76 и 86),Преобразователь по фиг.1 а по первому 14 и второму 13 выходным выводам воспроизводит функции, представленные соответственно на фиг.76 и 86, т.е. также является гребенчатым фильтром уровней сигнала, При у у , у = х , у = О у = х у3 4 3 5 = х от схемы по фиг.1 а приходим к схеме по фиг.З, которая воспроизводит функции, представленные на фиг.5 би 66.При у = у == у = -х УЗМ+ ф 2 = у == у = х от схемы по фиг,1 а приходим к схеме по фиг.4. Здесь операция инвертирования входного сигкала х осуществляется инвертором 7, 1 рафики функций, воспроизводимых пре" образователем по фиг.4, представлены 1на Фиг.7 в (первый 14 выходной вьвод) и фиг.8 в (второй 13 выходной вывод).В общем случае преобразователь воспроизводит любую нелинейную функцию путем установки в каждом интервалесо, х, Я, х х 1, х,х 1,х3 заданного постоянного уровня у. (х =1,2Я + 1) или путем выделения участков прямых у = х и у = -х.Двухпороговый вариант функционального преобразователя (фиг.9) при различных схемах его включения (Фиг.9 - фиг.23). работает следующим образом.Если входное напряжекие х на первом (инвертирующем) входе компаратора 6 аналогового релейного элементаЕсли х-х (О, то переключатель 5 1 О переключается в нижнее по фиг,1 бположение и на первый 14 выходной вывод преобразователя проходит напряжение у от источника 7. Таким об 3разом, напряжение на выходах пере ключателей 5 аналоговых логическихэлементов 1 и 1 определяется со 1 Яответственно выражениями: 1 - е з.ап (х - х) Ид 25 13 ОО 5 О 7 6 (релятора) 1 (фиг 9) меньше напря- релейного элемента (релятора) положения на его втором входе (х -х ), 0), жительна (х-х0), то его пере 1то его переключатель 5 находится в ключатель 5 находится в верхнем верхнем по Фиг. 1 б положении и на вы- по фиг. 1 б положении и на пеход этого переключателя проходит на рвый выходной вывод 14 преоб пряжение у от источника 8. Если на- разователя поступает выходное на 1пряжение х на первом входе компара- пряжениетора 6 больше напряжения на его втором входе (х, -х с 0), то переключатель 5 переключается в нижнее пофиг.1 б положение и на его выход проходит напряжение у от источника 112(фиг,9), аналогичным образом осуществляется и работа аналогового логическогоэлемента (релятора) 1.Если разность напряжений междувходами компаратора 6 аналогового1 + эмап(х - х)2 Вй Л,72 ,7-1 прихх 1 + зяп(х - х) Ч = - -- - - - 2 -- - 22 есть сигнум-функция;Ч - входное напряжение.Напряжение Ч, снимается между первым 14 выходным выводом преобразователя и шиной 2 нулевого потенциала. Выходное напряжение Ч между первым 14 и вторым 13 выходными выводами преобразователя и определяетсявыражением Ч = х - Ч, .На Фиг.24 и 27 изображены графики воспроизводимых преобразователемпо фиг.9 функций по первому 14(Фиг.24) и второму 13 (фиг.27) выходны выводам. Как видим, преобразователь по Фиг.9 воспроизводит трехуровневую функцию с регулируемымипорогами х, и х и регулируемымиуровнями ограничения у у , Уяф э,.Если в преобразователе по Фиг,9положить у = у = О, то приходимк схемному варианту его включенияпо Фиг.10, который по первому 14 выходу формирует Функцию двухнорогового компанирования (фиг,24). Нелинейная функция, формируемая преобразователем по фиг,10, по второму 13+ й2 уз эствуюшие графики функций, Формируемых преобразователем по фиг.1 1, пред 25 ставлены на Фиг.24 и 27.При х = х и (или) при у, = упреобразователь по фиг.9 формируетдвухуровневую однопороговую функцию (фиг.24) и однопороговую разрывно-линейную функцию (фиг.27),При х, = х у, = у = 0 преобразователь по фиг.9 формирует положительную скачкообразную функцию(фиг.24) и однопороговую разрывно 35линейную функцию (фиг.27).При х, = х , у, = у = 0 преобразователь по фйг.9 формйрует отрицательную скачкообразную функцию(фиг,24) и разрывно-линейную функцию (фиг.27).При х= у от схемы включенияпо Фиг.9 приходим к схеме включенияпо фиг. 12, которая формирует двухпороговую Функцию параллельного ограничения со скачкообразными переходами на уровни органичения (фиг.25)и двухпороговую функцию последовательного ограничения (фиг.28 а).Приу, =ху =х, у =х отсхемы включения по фиг.9 приходим ксхеме включения по фиг.13, котораяФормирует симметричные функции параллельного (фиг,25 б) и последовательного (фиг.28 б) двухстороннего ограничения,При ух у = у = 0 от схемэмы включения по Фиг,9 приходим ксхеме включения по Фиг.14, котораявоспроизводит Функции амплитудной7 13005 фильтрации, т.е. является селекторным (фиг.25 в) и режекторным (Фиг.28 в) фильтрами уровней сигнала.При у, = у = х, у = О от схемы включения по фиг.9 приходим к схеме включения по Фиг.15, которая является режекторным (фиг.25 г) и селекторным (фиг.28 г) фильтром уровней сигнала.При у, = х от схемы включения по фиг.9 приходм к схеме включения по фиг.16, которая воспроизводит двух- пороговую функцию двухуровневого ограничения с линейным начальным участком (фиг.25 д) и линейно-разрыв ную функцию (фиг.28 д).При у = х от схемы включения по3фиг.9 приходим к схеме включения по фиг.17, которая воспроизводит двух- пороговую функцию двухуровневого 20 ограничения с линейным конечным участком (фиг,25 е), и линейно-разрывную функцию (фиг28 е),При у= -х от схемы включения по фиг.9 приходим к схеме включения по 25 фиг.18, которая, формирует Б-образную функцию с ограничениями на начальном и конечном участках (фиг.26 а) и линейно-разрывную Функцию с удвоением наклона на среднем участке (фиг.29 а). 30 ШПри у = -х, у,. = у = О от схемы включения по фиг.9 йриходим к схеме включения по фиг. 19, которая Формирует инвертирующую функцию селек торной фильтрации уровней сигнала (фиг.26 б) и линейно-разрывную функцию (Фиг.29 б).При у х, у х от схемы вклю чения по Фиг.9 приходим к схеме включения по фиг.20, которая формирует двухпороговую Функцию с одноуровневым ограничением и с инверсией линейной зависимостью на первом участке (фиг.2 бв) и линейно-иэломную функцию 45 с подавлением сигнала на среднем участке (Фиг.29 в).При х = О, у = -х, у = х от . схемы включения по фиг.9 йриходим к схеме включения по Фиг,21, которая Формирует модуль-функцию с ограничением на конечном участке (фиг.26 г) и линейно-изломную функцию с подавлением сигнала на среднем участке (фиг,29 г).55При у = х у = -х от схемы вклюэчения по Фиг.9 приходим к схеме включения по фиг.22, которая Формирует 07 8двухпороговую функцию с одноуровневым ограничением и с инверсией линейной зависимости на конечном участке (фиг.26 д) и линейно-изломную функПию с удвоением наклона на конечном участке (Фиг.29 д).При у = у = х, у = -х от схе 1 Ь 2мы включения по фиг.9 приходим к схеме включения по фиг,23, которая формирует И-образную Функцию с линейными продолжениями на первом и конечном участках (фиг.26 е) и функцию селекторной фильтрации уровней сигнала с удвоением наклона характеристики (фиг.29 е).Таким образом, двухпороговый функциональный преобразователь и его частные схемы включения воспроизводят несколько семейств нелинейных типовых функций.Формула изобретенияМногопороговый Функциональный преобразователь, содержащий И аналоговых релейных элементов, каждый из которых выполнен в виде компара- тора, подключенного выходом к управляющему входу переключателя, выход переключателя (-го (д = 1 - 3-1) аналогового релейного элемента соединен с первым информационным входом переключателя (1 + 1)-го аналогового релейного элемента, первые входы компараторов аналоговых релейных элементов объединены и подключены к входу преобразователя, выход переключателя И-го аналогового релейного элемента является первым выходным выводом преобразователя, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью расширения класса воспроизводимых функций, в нем вторыевходы компараторов Н аналоговых релейных элементов подключены к соответствующим М шинам задания пороговых напряжений, первый и второй информационные входы переключателяпервого аналогового релейного элемента и вторые информационные входыпереключателей аналоговых релейныхэлементов с второго по Б-й соединенысоответственно с шинами задающихнапряжений с первой по (Б + 1)-ю,объединенные первые входы компараторов аналоговых релейных элементов являются относительно выходапереключателя И-го аналогового релейного элемента вторым выходным выводом преобразователя, 1300507