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电路形式高效余弦计算器

来源:
2023-02-02
类别:技术信息
eye 8
文章创建人 拍明芯城

  电路在 图1 转换一个 ±10V 模拟电压,表示 θ 之间的角度最低 和 θ.MAX 并发出等于 10 cosθ 的电压。该电路在±120°范围内的精度可以优于1%,在±90°范围内可以优于0.2%。这些数字代表了在相同范围和相同乘法次数下,与泰勒级数估计相比,有一个数量级的改进。余弦(θ 以弧度为单位)的泰勒级数定义为:

  

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  该系列适用于 n 或小角度的高值。通常,当 n=4 时,角度超过 ±45° 时开始累积显著误差。当您使用 Taylor 级数展开以获得更大角度的精度时,数字 n 会变大,并且需要更多来自设计的资源。n=4 的泰勒级数的形式为 f(θ)=a–bθ2 +cθ4 ,其中 a=1、b=0.5 和 c=0.041667(对于以弧度为单位的角度)。通过使用最小二乘曲线拟合在 n=4 时优化此函数,您可以找到允许您在所需输入范围内获得明显更好的精度的系数,而无需将 n 的值提高到 4 以上。电路在 图1 体现了这种最小二乘法。

  

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  图1 通过操纵泰勒级数系数,可以在生成余弦时获得更好的精度。

  为电路选择电阻值相对简单。设置 R1 和 R2 彼此相等(对于 10V 最大输入和 a≈1),并确定 R 的值2 和 R4 通过应用以下等式:

  

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  和

  

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  集成电路1 生成 V 的平方在 并否定它。此输出通过 R 求和2 进入集成电路3 .集成电路2 产生 V 的四次方在 并将其汇总成IC3 通过 R4 .一个 –10V 基准(沿 R 端)1 在IC中产生“a”系数恒定电流3 .集成电路的输出3 是三个项的总和。因为集成电路1 是一个反相放大器,电路配置乘法器使得IC的输出1 为正,IC输出2 为负数。选择合适的0.1%电阻可以将电路精度提高到–120至+120°的1%以上。应使用低失调运算放大器以获得最佳结果。 图2 显示了泰勒级数误差、理论拟合和实际拟合。对于 90° 范围内的拟合,值略有变化,并且整个范围内的误差明显变小。常量“a”变为 0.9996、b=0.4962 和 c=0.0371。然后,R1 =R3 =10 kΩ, R2 =8.16 kΩ 和 R4 =44.2 kΩ。

  

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  图2 对于大于90的角度,图1中的修正系数在计算余弦时显著提高了精度。

  与使用查找表相比,您可以使用相同的方法更有效地计算 DSP 系统中的余弦和正弦值。


责任编辑:David

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标签: 余弦计算器

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