Множительно-делительное устройство

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(23) Приоритет 6 06 С 7/16 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения В. И. Корчун и В, В. Лебедь Киевский институт автоматики им. ХХЧ съезда КПСС(54) МНОЖИТЕЛЬНО-ДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике ипредназначено для умножения и деления аналоговых электрических сигналов. 5Известны устройства для умножения и деления электрических сигналов, содержащие полевой транзистор как управляемый делитель напряжения, коэффициент передачи которого зави сит от величины напряжения, подаваемого на затвор полевого транзистора 111. 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 2 О характеристики транзисторов и зависимостью этой зоны от типа транзистора и от внешних условий.Известны устройства для умножения и деления, использующие поле вой транзистор как элемент с управляемой проводимостью, причем для расширения динамического диапазона, повышения линейности и компенсации тем.пературных дрейфов используются опе рационные усилители и второй полевойтранзистор, спаренный с первым )21 .К недостаткам известных технических решений следует отнести необходимость использования спаренныхтранзисторов с полностью идентичнымихарактеристиками, что требует специального подбора элементов,Наиболее близким техническим решением является множительно-делительное устройство 31, содержащее первый операционный блок с запоминанием, первый вход которого являетсяпервым входом устройства, второй операционный блок с запоминанием, второйвход которого соединен с его выходоми с выходом устройства, входной ключ,первый и второй входы которого являются соответственно вторым и третьимвходами устройства, выходной ключ,первый выход которого соединен совторым входом первого операционногоблока, а второй выход - с первым входом второго операционного блока, управляемый линейныйэлемент, первыйвход которого соединен с выходомвходного ключа, второй вход - с выходом первого операционного блока,выход - со входом выходного ключа,и тактирующий генератор, выход которого соединен с управляющими входами всех ключей и операционных блоков, Это устройство имеет-высокую точность работы, причем нет необходимости в специальном подборе полевых транзисторов.Недостатком такого устройства яв 5 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 точности работы.Для достижения цели в множительноделительное устройство, содержащее первый операционный блок с запоминанием, первый вход которого является 20 первым входом устройства, второй операционный блок с запоминанием, первый входной ключ, первый и второй входы которого являются соответственно вторым и третьим входами уст 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 операционного 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 нен с первым и вторым входами первого входного ключа, которые являются.вторым и. третьим входами устройства, и второго управляющего линей ного 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 операционного 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 соединеныс 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 соединеныс выходами соответствующих входных ключей 4 и 5, вторые входы - с выходами соответствующих операционных блоков 1 иВ 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 линейногоэлемента 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 входной 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 О и О . 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 с выходом 9 устройства, Таким образом, напряжение на выходе схемы будет определяться выражением (3), причем с учетом возможных изменений входных сигналов на данный момент времениВ 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= О Ь, так и умножение ОЗ 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 ( О ) и второму входу б (О ). Кроме того, в результате отсутствия запоминания результата умножения, как это делается в прототипе, предлагаемое устройство позволяет повысить полосу пропускания по третьему входу 7 ( О ) вплоть до границы пропускания операционных блоков 1 и 2. Предлагаемое устройство имеет высокую точность работы, поскольку точность выполнения операции деления О Ьсогласно 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 о транзистораВыход тактирующего генератора 12 соединен с управляющими входами второго операционного блока 2 и второго входного ключа 5 через инвертор 13, ас 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 ратной связи по второму входу этого элемента, его коэффициент передачи под действием управляющего сигнала с выхода блока 1 устанавливается таким образом, что 40и,= кн (1) Из этого следует, что коэффициент передачи элемента 10 равенк: о,о (2) 45В следующем такте работы,предположим 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). 55 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 ройства. Следовательно, напряжение на выходе 9 устройства будет определяться выражениемиОЗОМвьгА З О748430 4241/37исное ИИПИЗак раж 751 П отсутствует, то"и конечный результат будет точно соответствовать выражению (3). Формула изобретения Множительно-делительное устройство, содержащее первый операционный блок с запоминанием, первый вход которого являетсяпервым 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 20 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 л и ч а ю щ е е с я тем,что,с целью повнения быстродействия, в него введены второй входной ключ, первый ивторой входы которого подключены соответственно к первому и второму входам первого входного ключа, второйуправляемый линейный элемент, первый вход которого соединен с выходомвторого входного ключа, второй входподключен к выходу .второго операционно.-о блока, а выход - ко второмувходу 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 второговходного ключа.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРУ 453703, кл. 6 06 0 7/16.2. Авторское свидетельство СССРР 432526, кл. С 06 С 7/16.3. Авторское свидетельство СССРР 444201, кл. С 0 6 0 7/1 б (прототип). Филиал ЛПП Патент, г.Ужгород,ул,Проектная