Апаратна реалізація ЧІФП зі змінною розрядністю та оцінка швидкодії

Abstract

Відомо багато різних типів перетворювачів число-імпульсного коду (ЧІК), які працюють у реальному масштабі часу за приростами аргументу, тобто результат (значення функції) формується за час надходження кожного вхідного імпульсу. Актуальність розробки число-імпульсних функціональних перетворювачів (ЧІФП) зі змінною розря-дністю, які в багатьох роботах ще називають біт-потоковими пристроями, останнім часом зумов-лена тенденцією розвитку інтелектуальних сенсорів і перенесенням первинних перетворень вимірю-вальної інформації максимально близько до них Сигнали сенсорів часто представлені число-імпульсним кодом (ЧІК), тобто в біт-потоковій формі, що допускає реальне функціональне перетворення в цифровій елементній базі зі застосуванням опе-рацій ділення/множення, які заміняються додаванням /відніманням. В роботі подані результати проектування ЧІФП зі змінною розрядністю, які відрізняються поліп-шеними метрологічними характеристиками в порівнянні з відомими пристроями, які вирішують ана-логічні завдання . Як результат дослідження описано варіант реалізації ЧІФП зі змінною розрядністю пристрою для ділення число-імпульсного коду на паралельний код, що може працювати в двійковій і двійково-десятковій системах числення на ПЛІС. Проведено оцінку його часових характеристик і апаратних витрат, що підтверджує ефективність використаного принципу змінної розрядності. Часовий аналіз реалізованих пристроїв на ПЛІС проводився з урахуванням точності їхнього пере-творення і динамічного діапазону. Особливістю побудови пристроїв за принципом зі змінною розрядністю є можливість простого на-рощування розрядності структурних елементів, а отже, розширення динамічного діапазону за вхід-ним ЧІК теоретично відбувається в будь-яких заданих межах. Тому доцільно визначати швидкодію ЧІФП залежно від їхнього динамічного діапазону за вхідним ЧІК за фіксованих (заданих) інших метрологічних характеристик до початку їхньої фізичної реалізації.

There are many different types of number-pulse code converters operating in real time, in which the result is formed dur-ing the arrival time of each input pulse. The relevance of the development of number-pulse functional converters with variable bit rate, which in many works are also called bit-stream devices, has recently been due to the development trend of intelligent sensors and the transfer of primary transformations of measurement information as close as possible to them. Sensor signals are often represented by pulse-number code, that is, in bit-stream form, which allows real functional transformation in a digital element base. The paper presents the design results of number-pulse functional converters with variable bit rate, which differ in better metrological characteristics compared to known devices. As a result, a version of the implementation of number-pulse functional converters with a variable bit rate device for di-viding the number-pulse code into a parallel code that can work in binary and binary-decimal counting systems on the FPGA is presented. An assessment of its time characteristics and hardware costs was carried out, which confirms the effective-ness of the used principle of variable bit rate. Time analysis of implemented devices on the FPGA was carried out taking into account the accuracy of their transfor-mation and dynamic range. A feature of the construction of devices based on the variable bit rate principle is the possibility of simply increasing the bit rate of structural elements. The expansion of the dynamic range on the input digital-pulse code occurs within theoretically any given limits. Therefore, it is advisable to determine the speed of digital-pulse functional converters depending on their dynamic range according to the input digital-pulse code with fixed (given) other metrological characteristics before the start of their physical implementation.