专利名称：高次方程求解电路及其控制方法
技术领域：
本发明涉及电路设计领域，特别涉及一种高次方程求解电路设计技术。
背景技术：
现有技术中，形如=Q的高次方程求解过程非常复杂。目前主要采用
n=0
软件方式，通过在处理器中执行求解高次方程的软件来完成。处理器可以是中央处理器 (Central Processing Unit,简称 “CPU”)、数字信号处理器(Digital Signal Processor, 简称“DSP”)、单片机等。但处理器本身成本比较高，导致该方案整体成本过高。本发明的发明人发现，虽然使用软件可对高次方程求近似解，但是不是所有的系统中都有处理器，尤其是专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,简称“ASIC”)芯片中，但有时这些没有处理器的系统或者芯片又要求解一些2或3次方程，且现今还没有一种简单廉价的电路结构工程实现方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高次方程求解电路，可以以低成本实现高次方程在定义域范围的快速求解，不需使用高成本的CPU以复杂的算法实现软件求解，可用于没有CPU 但需要进行高次方程求解的芯片，弥补了高次方程求解电路结构的空白。为解决上述技术问题，本发明的实施方式公开了一种高次方程求解电路，包含信号发生器，用于输出预先设定的定义域范围内连续单调变化的电压，作为自变量电压；多项式电路模块，用于根据高次方程的多项式系数对信号发生器输出的自变量电压进行多项式计算，输出代表多项式值的电压；过零点检测模块，用于检测多项式电路模块输出的电压变化是否过零点，若过零点，则输出过零点信号；采样保持器，用于在收到过零点检测模块所输出的过零点信号时，对信号发生器输出的自变量电压进行锁存，并输出锁存的电压作为高次方程的解。本发明的实施方式还公开了一种高次方程求解电路的控制方法，用于上述的高次方程求解电路，包括以下步骤系数设置模块设置定义域范围和高次方程的多项式系数，并控制信号发生器启动自变量电压的输出；信号发生器输出系数设置模块设置的定义域范围内的连续单调变化的电压，作为自变量电压；多项式电路模块根据系数设置模块所设置的多项式系数，对信号发生器输出的自变量电压进行多项式计算，输出代表多项式值的电压；过零点检测模块检测多项式电路模块输出的电压变化是否过零点，若过零点，则输出过零点信号；
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采样保持器在收到过零点检测模块所输出的过零点信号时，对信号发生器输出的自变量电压进行锁存，并输出锁存的电压作为高次方程的解。本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于信号发生器输出定义域范围内连续变化的电压作为自变量电压，多项式电路模块根据该自变量电压产生多项式电路电压，过零点检测模块检测到多项式电路电压输出电压过零点时，控制采样保持器锁定和输出与过零点时刻对应的自变量电压，从而可以以低成本实现高次方程在定义域范围的快速求解，不需使用高成本的处理器以复杂的算法实现软件求解，可用于没有处理器但需要进行高次方程求解的芯片，弥补了高次方程求解电路结构的空白。进一步地，系数设置模块对定义域范围和多项式系数的设置，可以使得本高次方程求解电路对各种高次方程在指定的定义域范围内进行求解，系数设置模块控制信号发生器启动自变量电压的输出，能够实现不同高次方程求解的转换。进一步地，通过时钟和时钟周期的设置，使得信号发生器、多项式电路模块、过零点检测模块和采样保持器能够共用一个相同的时钟周期，有序地协作求解。采样保持器使用N个锁存器实现最近N个时钟周期自变量电压的采样，并在收到过零点检测模块所输出的过零点信号时，输出指定锁存器的自变量电压作为所述高次方程的解输出，其中该指定的锁存器中自变量电压的采样时间与当前时间之差等于所述多项式电路模块和过零点检测模块处理的时延之和，防止了因为多项式电路模块和过零点检测模块处理的时延而导致的采样保持器读到自变量电压与过零点时间不一致的问题，保证了求解电路的工作时序。进一步地，N个锁存器组成一个循环队列实现采样保持器对连续单调变化的自变量电压的循环采集，可以方便地采集最近N个时钟内的电压信号。进一步地，自变量电压为三角波电压时，连续单调的稳定性好，且电压逐步稳定增大，适合用于采样保持器扫描电路中的自变量电压。
图I是本发明第一实施方式中一种高次方程求解电路的结构示意图；图2是本发明第二实施方式中一种高次方程求解电路的结构示意图；图3是本发明第三实施方式中一种高次方程求解电路的控制方法流程示意图。
具体实施例方式在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。本发明第一实施方式涉及一种高次方程求解电路。图I是该高次方程求解电路的结构示意图。该高次方程求解电路包含信号发生器，用于输出预先设定的定义域范围内连续单调变化的电压，作为自变量电压。多项式电路模块，用于根据高次方程的多项式系数对信号发生器输出的自变量电压进行多项式计算，输出代表多项式值的电压。过零点检测模块，用于检测多项式电路模块输出的电压变化是否过零点，若过零点，则输出过零点信号。采样保持器，用于在收到过零点检测模块所输出的过零点信号时，对信号发生器输出的自变量电压进行锁存，并输出锁存的电压作为高次方程的解。信号发生器输出定义域范围内连续变化的电压作为自变量电压，多项式电路模块根据该自变量电压产生多项式电路电压，过零点检测模块检测到多项式电路电压输出电压过零点时，控制采样保持器锁定和输出与零点对应的自变量电压，从而可以以低成本实现高次方程在定义域范围的快速求解，不需使用高成本的CPU以复杂的算法实现软件求解， 可用于没有CPU但需要进行高次方程求解的芯片，弥补了高次方程求解电路结构的空白。此外，过零点检测模块检测到多项式电路电压变化过零点，则发出一个锁存信号 (或称为过零点信号)至采样保持器，根据该锁存信号，采样保持器对应地输出预先采集和存储的定义域范围的电压，作为高次方程的解。本发明第二实施方式涉及一种高次方程求解电路。图2是该高次方程求解电路的结构示意图。第二实施方式在第一实施方式的基础上进行了改进，主要改进之处在于系数设置模块对定义域范围和多项式系数的设置，可以使得本高次方程求解电路对各种高次方程进行求解，系数设置模块控制信号发生器启动自变量电压的输出，能够实现不同高次方程求解的转换。通过时钟和时钟周期的设置，使得信号发生器、多项式电路模块、过零点检测模块和采样保持器能够共用一个相同的时钟周期，有序地协作求解。采样保持器使用N个锁存器实现最近N个时钟周期自变量电压的采样，并在收到过零点检测模块所输出的过零点信号时，输出指定锁存器的自变量电压作为高次方程的解输出，其中该指定的锁存器中自变量电压的采样时间与采样保持器收到过零点信号的时间之差等于多项式电路模块和过零点检测模块处理的时延之和，保证了求解电路的工作时序。自变量电压为三角波电压时，连续单调的稳定性好，且电压渐渐增大突然降到零，适合用于采样保持器扫描电路中的自变量电压。优选地，N个锁存器组成一个循环队列实现采样保持器对连续单调变化的自变量电压的循环采集。具体地说还包括系数设置模块，用于为信号发生器设置定义域范围，和为多项式电路模块设置高次方程的多项式系数，并控制信号发生器启动自变量电压的输出。此外，可以理解，在本发明的其他某些实施方式中，每个高次方程对应的定义域范围根据具体实际应用情况可以相同也可以不同。还包括时钟，用于输出周期性的时钟信号。过零点检测模块根据时钟信号周期性地进行过零点检测。采样保持器根据时钟信号周期性地对信号发生器输出的自变量电压进行采样。采样保持器中包括N个锁存器，用于锁存最近N个时钟周期采样的自变量电压，N 为大于I的整数。
采样保持器收到过零点检测模块所输出的过零点信号时，将N个锁存器中指定锁存器的自变量电压作为高次方程的解输出，其中该指定的锁存器中自变量电压的采样时间与当前时间之差等于多项式电路模块和过零点检测模块处理的时延之和。信号发生器所输出的自变量电压为三角波电压。此外，在本发明的其他某些实施方式中，信号发生器所输出的自变量电压也可以为正弦波、余弦波等其他波形的电压，只要保证该电压为预先设定的定义域范围内连续单调变化的电压即可。三角波发生器输出的定义域范围内自变量电压的精度与时钟周期负相关。采样保持器中的N个锁存器组成一个循环队列进行采样。当然，在本发明的其他某些实施方式中，采样保持器中的N个锁存器也可以不采用循环队列的形式。本发明第三实施方式涉及一种高次方程求解电路的控制方法。图3是方法的流程示意图。第三实施方式在第一实施方式和第二的基础上进行了改进，主要改进之处在于 具体地说一种高次方程求解电路的控制方法，用于上文所述的高次方程求解电路，包括以下步骤系数设置模块设置定义域范围和高次方程的多项式系数，并控制信号发生器启动自变量电压的输出。信号发生器输出系数设置模块设置的定义域范围内的连续单调变化的电压，作为自变量电压。多项式电路模块根据系数设置模块所设置的多项式系数，对信号发生器输出的自变量电压进行多项式计算，输出代表多项式值的电压。过零点检测模块检测多项式电路模块输出的电压变化是否过零点，若过零点，则输出过零点信号。采样保持器在收到过零点检测模块所输出的过零点信号时，对信号发生器输出的自变量电压进行锁存，并输出锁存的电压作为高次方程的解。作为本发明的一个优选实施例，如图3所示，该高次方程求解电路的控制方法包括以下步骤在步骤301中，系数设置模块设置定义域范围和高次方程的多项式系数。此后进入步骤302，系数设置模块控制信号发生器启动自变量电压的输出。此后进入步骤303，信号发生器输出系数设置模块设置的定义域范围内的连续单调变化的电压，作为自变量电压。此后进入步骤304，多项式电路模块根据系数设置模块所设置的多项式系数，对信号发生器输出的自变量电压进行多项式计算，多项式电路模块输出代表多项式值的电压。此后进入步骤305，过零点检测模块检测多项式电路模块输出的电压变化是否过零点。若是，则进入步骤306 ;否则过零点检测模块继续检测多项式电路模块输出的电压变化是否过零点。在步骤306中，若过零点检测模块检测到电压变化过零点，则向采样保持器发送过零点信号。此后进入步骤307，采样保持器收到过零点检测模块所输出的过零点信号。此后进入步骤308，采样保持器在收到过零点检测模块所输出的过零点信号时，对信号发生器输出的自变量电压进行锁存。此后进入步骤309，采样保持器输出锁存的电压作为高次方程的解，此后结束本流程。第一和第二实施方式是与本实施方式相对应的结构实施方式，本实施方式可与第一和第二实施方式互相配合实施。第一和第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一和第二实施方式中。本发明的各方法实施方式均可以以软件、硬件、固件等方式实现。不管本发明是以软件、硬件、还是固件方式实现，指令代码都可以存储在任何类型的计算机可访问的存储器中(例如永久的或者可修改的，易失性的或者非易失性的，固态的或者非固态的，固定的或者可更换的介质等等)。同样，存储器可以例如是可编程阵列逻辑(Programmable Array Logic，简称“PAL”)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称“RAM”)、可编程只读存储器(Programmable Read Only Memory,简称 “PROM”)、只读存储器(Read-Only Memory, 简称 “ROM”)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Prog rammable ROM, 简称“EEPR0M”)、磁盘、光盘、数字通用光盘(Digital Versatile Disc，简称“DVD”)等等。虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种高次方程求解电路，其特征在于，包含信号发生器，用于输出预先设定的定义域范围内连续单调变化的电压，作为自变量电压；多项式电路模块，用于根据高次方程的多项式系数对所述信号发生器输出的自变量电压进行多项式计算，输出代表多项式值的电压；过零点检测模块，用于检测所述多项式电路模块输出的电压变化是否过零点，若过零点，则输出过零点信号；采样保持器，用于在收到所述过零点检测模块所输出的过零点信号时，对所述信号发生器输出的自变量电压进行锁存，并输出锁存的电压作为所述高次方程的解。
2.根据权利要求I所述的高次方程求解电路，其特征在于，还包括系数设置模块，用于为所述信号发生器设置定义域范围，和为多项式电路模块设置所述高次方程的多项式系数，并控制所述信号发生器启动自变量电压的输出。
3.根据权利要求2所述的高次方程求解电路，其特征在于，所述信号发生器所输出的自变量电压为三角波电压。
4.根据权利要求2所述的高次方程求解电路，其特征在于，还包括时钟，用于输出周期性的时钟信号；所述过零点检测模块根据所述时钟信号周期性地进行过零点检测；所述采样保持器根据所述时钟信号周期性地对所述信号发生器输出的自变量电压进行采样；所述采样保持器中包括N个锁存器，用于锁存最近N个时钟周期采样的自变量电压，N 为大于I的整数；所述采样保持器收到所述过零点检测模块所输出的过零点信号时，将所述N个锁存器中指定锁存器的自变量电压作为所述高次方程的解输出，其中该指定锁存器中自变量电压的采样时间与收到过零点信号的时间之差等于所述多项式电路模块和过零点检测模块处理的时延之和。
5.根据权利要求4所述的高次方程求解电路，其特征在于，所述采样保持器中的N个锁存器组成一个循环队列进行采样。
6.一种高次方程求解电路的控制方法，用于权利要求2至5中任一项所述的高次方程求解电路，其特征在于，包括以下步骤所述系数设置模块设置定义域范围和高次方程的多项式系数，并控制所述信号发生器启动自变量电压的输出；所述信号发生器输出所述系数设置模块设置的定义域范围内的连续单调变化的电压， 作为自变量电压；所述多项式电路模块根据所述系数设置模块所设置的多项式系数，对所述信号发生器输出的自变量电压进行多项式计算，输出代表多项式值的电压；所述过零点检测模块检测所述多项式电路模块输出的电压变化是否过零点，若过零点，则输出过零点信号；所述采样保持器在收到所述过零点检测模块所输出的过零点信号时，对所述信号发生器输出的自变量电压进行锁存，并输出锁存的电压作为所述高次方程的解。
全文摘要
本发明涉及电路设计领域，公开了一种高次方程求解电路及其控制方法。以低成本实现高次方程在定义域范围的快速求解，不需使用CPU以复杂的算法实现软件求解，可用于没有CPU但需要进行高次方程求解的芯片，弥补了高次方程求解电路结构的空白。本发明中包含信号发生器，用于输出预先设定的定义域范围内连续单调变化的电压作为自变量电压；多项式电路模块，用于根据多项式系数对自变量电压进行多项式计算，输出代表多项式值的电压；过零点检测模块，用于检测多项式电路模块输出的电压变化是否过零点，若过零点则输出过零点信号；采样保持器，用于在收到过零点信号时对信号发生器输出的自变量电压进行锁存作为高次方程的解。
文档编号G06F17/11GK102609394SQ201210035538
公开日2012年7月25日 申请日期2012年2月16日 优先权日2012年2月16日
发明者尚岩峰, 李国宏, 汪辉, 陈杰 申请人:上海中科高等研究院