МЕТОДИ ТА ЗАСОБИ ВИМІРЮВАЛЬНОГО ПЕРЕТВОРЕННЯ РЕАЛЬНОГО ЧАСУ ОРІЄНТОВАНОГО НА СЕНСОРНІ СИСТЕМИ

Р. Д. Баран

Розподілені системи контролю та управління весь час стають складнішими, невпинно збільшується кількість пристроїв Інтернету речей і бездротових сенсорів. Усі вони потребують створення та вдосконалення простих та ефективних пристроїв, які виконують онлайн обчислювальні операції поблизу сенсорів у реальному часі.

У роботі проаналізовано використання число-імпульсних функціональних перетворювачів зі змінною розрядністю і комбінованим зворотним зв’язком для виконання обчислювальних операцій над даними в реальному часі, що надходять із чутливих елементів сенсорів. Описано новий підхід до об’єднання схем з додатними та від’ємними зворотними зв’язками для покращення метрологічних характеристик вимірювальних перетворювачів. Особливими перевагами таких пристроїв є їх простота і надійність, а відповідно й енергоефективність. Введення зворотних зв’язків дає змогу комплексно покращувати характеристики перетворювачів. Відомі базові структурні елементи із додатним та від’ємним зворотними зв’язками, із певними відмінностями між собою. У цій роботі розглянуто проблеми, що виникають під час уведення імпульсних зворотних зв’язків, і способи їх вирішення. Запропоновані методи та засоби обчислення арифметичних операцій та елементарних математичних функцій можуть бути використані як базові обчислювальні компоненти для функціонального перетворення сигналів у вигляді імпульсних потоків. Число-імпульсні коди можуть надходити від первинних вимірювальних сенсорів або спеціальних моделювальних пристроїв із частотним чи число-імпульсним виходом.

спеціалізовані перетворювачі

1. Zhou, F., & Chai, Y. (2020). Near-sensor and in-sensor computing. Nature Electronics, 3(11), 664 671. https://doi.org/10.1038/s41928-020-00501-9
https://doi.org/10.1038/s41928-020-00501-9
2. Faraji, S. R., Najafi, M. H., Li, B., Bazargan, K., & Lilja, D. J. (2019). Energy-Efficient Convolutional Neural Networks with Deterministic Bit-Stream Processing, In Proceedings of the Design, Automation & Test in Europe Conference & Exhibition (DATE), Florence, Italy, 1757-1762. https://doi.org/10.23919/DATE.2019.8714937
https://doi.org/10.23919/DATE.2019.8714937
3. Kaining, H., Warren, J. G., & Junchao, W. (2019). Bit-wise iterative decoding of polar codes using stochastic computing. IEEE Transactions on Signal Processing, 67(4), 1138 1151. https://doi.org/10.1109/TSP.2018.2890066
https://doi.org/10.1109/TSP.2018.2890066
4. Najafi, M. H., Faraji, S. R., Bazargan, K., & Lilja, D. (2020). Energy-efficient pulse based convolution for near-sensor processing. In Proceedings of the IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS), 1 5. https://doi.org/10.1109/ISCAS45731.2020.9181248
https://doi.org/10.1109/ISCAS45731.2020.9181248
5. Asadi, S., & Hassan, N. M. (2019). Context-aware number generator for deterministic bit-stream computing. In Proceedings of the IEEE 30th International Conference on Application-specific Systems, Architectures and Processors (ASAP), New York, NY, USA, 2019, 140-140. https://doi.org/10.1109/ASAP.2019.00-12
https://doi.org/10.1109/ASAP.2019.00-12
6. Chen, K., Chen, T., & Wei, C. (2019). Novel pulse-based analog divider with digital output. IEEE Solid-State Circuits Letters, 3, 21 24. https://doi.org/10.1109/LSSC.2019.2959778
https://doi.org/10.1109/LSSC.2019.2959778
7. Flores, D., Dallet, D., Vladimirescu, A., Cathelin, A., & Deval, Y. (2023). High-resolution fractional digital frequency divider using a binary-rate multiplier. In Proceedings of the 21st IEEE Interregional NEWCAS Conference (NEWCAS), Edinburgh, United Kingdom, 1-5. https://doi.org/10.1109/NEWCAS57931.2023.10198118
https://doi.org/10.1109/NEWCAS57931.2023.10198118
8. Flores, D., Cathelin, A., & Deval, Y. (2023). Fractional frequency synthesizer using a bit-rate-multiplier. U.S. Patent Application No. xxxx, filed on 30 June 2023.
9. Stakhiv, R. I., & Maksymovich, V. M. (2005). Digital two-level synthesizer on a drive on two combinational adders with elimination of unevenness of output pulses. Collection of Scientific Works of the Ukrainian Academy of Printing, Computer Technologies of Printing, 13, 227 234.
10. Garasymchuk, O. I., Dudykevich, V. B., Maksymovich, V. M., & Smuk, R. T. (2004). Generators of test pulse sequences for dosimetric devices. Bulletin of Lviv Polytechnic University: Heat Power, Environmental Engineering, Automation, 506, 187 193.
11. Shkil, A. S., Larchenko, L. V., & Larchenko, B. D. (2020). Bit-stream power function online computer. In Proceedings of the 18th IEEE East-West Design & Test Symposium, Varna, Bulgaria, 423 428. https://doi.org/10.1109/EWDTS50664.2020.9224764
https://doi.org/10.1109/EWDTS50664.2020.9224764
12. Larchenko, B., & Kuznichenko, T. (2021). Mathematical model of bit-stream online computer of irrational functions. In Proceedings of the 15th International Scientific and Practical Conference on Innovation in Science and Technology, Boston, USA, 82 86.
13. Chelebaev, S. V., & Chelebaeva, Y. A. (2016). Converters structures synthesis of time-and-frequency signals parameters in the code of two variables on the radial basis network. In Proceedings of the 5th Mediterranean Conference on Embedded Computing (MECO), Budva, Montenegro, 339 342. https://doi.org/10.1109/MECO.2016.7525776
https://doi.org/10.1109/MECO.2016.7525776
14. Safyannikov, N. M., & Bureneva, O. I. (2020). Time-to-voltage converters based on the time-sharing principle. IEEE Access, 8, 17442 17453. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.2966023
https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.2966023
15. Bureneva, O. I. (2017). Stream tracking devices for soft measurements implementation. In Proceedings of the 20th IEEE International Conference on Soft Computing and Measurements, (SCM), St. Petersburg, Russia, 2017, 614-616. https://doi.org/10.1109/SCM.2017.7970666
https://doi.org/10.1109/SCM.2017.7970666
16. Gulin, A., Safyannikov, N., Bureneva, O., & Kaydanovich, A. (2018). Assurance of fault-tolerance in bit-stream computing converters. In Proceedings of the 16th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS), Kazan, Russia, 418 421. https://doi.org/10.1109/EWDTS.2018.8524812
https://doi.org/10.1109/EWDTS.2018.8524812
17. Stakhiv, M. Y. (2013). Digital functional converters of the spreading type with improved characteristics. Dissertation abstract, Lviv: National University "Lviv Polytechnic."
18. Dudykevich, V. B., Maksymovich, V. M., & Moroz, L. V. (2011). Number-pulse functional converters with pulse feedback. Lviv: National University "Lviv Polytechnic."
19. Baran, R. D., & Dudykevich, V. B. (2024). Hardware implementation of CHIFP with variable bit rate and performance evaluation. Bulletin of the Vinnytsia Polytechnic Institute, 3.
20. Baran, R. D., Maksymovych, V. M., & Garaniuk, P. I. (2008). Criteria of technological feasibility of implementation of CHIFP. Computer Engineering and Information Technologies, 1(3).
21. Baran, R. (2024). Structural and topological features of CHIFP with variable responsibility taking into account their speed. In Proceedings of the International Scientific and Practical Conference on Problems of Computer Science, Software Modeling, and Security of Digital Systems, Lutsk, Ukraine.