Оценка точности и синтез нелинейных импульсных математических операций


DOI: 10.34759/trd-2020-112-14

Авторы

Романов А. М.

МИРЭА ‒ Российский технологический университет (Институт тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова), проспект Вернадского, 78, Москва, 119454, Россия

e-mail: romanov@mirea.ru

Аннотация

Программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) широко применяются в аэрокосмической отрасли как для реализации бортовых устройств, так и наземного оборудования. Данная работа посвящена оценке точности и синтезу нелинейных импульсных математических операций (ИМО). ИМО или прямая обработка сигма-дельта модулированных импульсных потоков является перспективным методом сокращения ресурсоёмкости ПЛИС, который позволяет реализовывать сложные алгоритмы цифровой обработки сигналов, в том числе на базе радиационно-стойких отечественных ПЛИС, чьи ресурсы существенно меньше, чем у зарубежных аналогов в коммерческом исполнении. Ранее полученные оценки точности нелинейных ИМО являлись эмпирическими и охватывали лишь малый набор математических операций в ограниченном диапазоне возможных параметров реализации. В данной работе был предложен новый подход к анализу точности и синтезу нелинейных ИМО, который позволяет проводить произвольную нелинейную цифровую обработку сигналов в форме сигма-дельта модулированных импульсных потоков, обеспечивая заданную точность. Данный подход позволяет гибко определять соотношение между ресурсоёмкостью блоков ИМО и точностью вычислений. На примере реализации умножения импульсных потоков было показано превосходство предложенного решения над ранее известным широко применяемым аналогом.

Ключевые слова:

нелинейные импульсные математические операции, сигма-дельта модуляция, прямая обработка импульсных потоков, программируемые логические интегральные схемы

Библиографический список

  1. Кузьмин Р.Э. Фазовая автоподстройка приемных каналов систем спутниковой связи // Труды МАИ. 2018. № 99. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=91978

  2. Матафонов Д.Е. Создание и отработка маршрутизатора в стандарте SpaceWire на отечественной программируемой логической интегральной схеме // Труды МАИ. 2018. № 103. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=100780

  3. Муллов К.Д. Воздействие космической радиации на цифровые устройства на базе ПЛИС и методы повышения радиационной стойкости данных систем // Труды МАИ. 2016. № 87. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=69720

  4. Романов А.М. Новая архитектура подчиненных устройств Ethernet POWERLINK на базе программируемых логических интегральных схем // Труды МАИ. 2019. № 106. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=105741

  5. Lockhart G.B. Digital encoding and filtering using delta modulation // Radio and Electronic Engineer, 1972, vol. 42, no. 12, pp. 547 – 551. DOI: 10.1049/ree.1972.0093

  6. Kouvaras N. Operations on delta-modulated signals and their application in the realization of digital filters // Radio and Electronic Engineer, 1978, vol. 48, no. 9, pp. 431 – 438. DOI:10.1049/ree.1978.0062

  7. Zrilic D. et al. Implementing signal processing functions on ternary encoded delta-modulated pulse streams // IEEE International Symposium on Circuits and Systems, IEEE, 1988, pp. 1553 – 1556. DOI:10.1109/ISCAS.1988.15227

  8. Wong P.W., Gray R.M. FIR filters with sigma-delta modulation encoding // IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, 1990, vol. 38, no. 6, pp. 979 – 990. DOI:10.1109/29.56058

  9. Murray A.F., Del Corso D., Tarassenko L. Pulse-stream VLSI neural networks mixing analog and digital techniques // IEEE Transactions on Neural Networks, 1991, vol. 2, no. 2, pp. 193 – 204. DOI: 10.1109/72.80329

  10. Kershaw S.M., Sandler M.B. Digital signal processing on a sigma-delta bitstream // IEE Colloquium on Oversampling techniques and sigma-delta modulation, IET, 1994, pp. 9/1 – 9/8.

  11. Pneumatikakls A., Anastassopoulos V., Deliyannis T. Realization of a high-order IIR delta sigma filter // International journal of electronics, 1995, vol. 78, no. 6, pp. 1071 – 1089.

  12. Angus J. Direct DSP on sigma-delta encoded audio signals //Audio Engineering Society Conference: UK 14th Conference: Audio-The Second Century, Audio Engineering Society, 1999.

  13. Fujisaka H. et al. Bit-stream signal processing and its application to communication systems // IEE Proceedings-Circuits, Devices and Systems, 2002, vol. 149, no. 3, pp. 159 – 166. DOI: 10.1049/ip-cds:20020396

  14. Wu X. et al. A novel processor architecture for real-time control //Asia-Pacific Conference on Advances in Computer Systems Architecture, Springer, Berlin, Heidelberg, 2006, pp. 270 – 280. DOI: 10.1007/11859802_22

  15. Ng C.W., Wong N., Ng T.S. Tri-level bit-stream signal processing circuits and applications // International Conference on Signal Processing and Communication Systems, 2007.

  16. Ng C.W., Wong N., Ng T.S. Bit-stream adders and multipliers for tri-level sigma–delta modulators // IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs, 2007, vol. 54, no. 12, pp. 1082 – 1086. DOI: 10.1109/TCSII.2007.906173

  17. Sadik A.Z., O’Shea P.J. Realization of ternary sigma-delta modulated arithmetic processing modules // EURASIP Journal on Advances in Signal Processing, 2009, vol. 2009, no. 1, pp. 574627.

  18. Романов А.М. Развитие технологии сигма-дельта модуляции для создания в архитектуре ПЛИС ресурсоёмких устройств управления мехатронно-модульными системами: дисс. канд. техн. наук: 05.13.05. – М.: МИРЭА, 2013. – 234 с.

  19. Romanow A., Romanow M. FPGA based implementation of content-addressed memory based on using direct sigma-delta bitstream processing // 2016 IEEE NW Russia Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Conference (EIConRusNW), IEEE, 2016, pp. 320 – 324. DOI: 10.1109/EIConRusNW.2016.7448184

  20. Maloberti F. Non conventional signal processing by the use of sigma delta technique: a tutorial introduction // IEEE International Symposium on Circuits and Systems, 1992, vol. 6, no. 6, pp. 2645 – 2648. DOI:10.1109/ISCAS.1992.230677


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2023

Вход