摘  要：為解決模糊控制器電路設(shè)計中的去模糊運算問題，提出了一種數(shù)模混合電路實現(xiàn)的模糊控制器去模糊運算單元電路設(shè)計。通過對折疊型Gilbert乘法器電路作適當?shù)臄U展，提出了多路乘法器的設(shè)計，實現(xiàn)了多個輸入電壓與一個共同的乘數(shù)電壓的乘法運算，并應(yīng)用該多路乘法器和運算放大器設(shè)計了歸一化激活度計算電路。應(yīng)用歸一化激活度計算電路和加權(quán)求和電路組成了該新結(jié)構(gòu)的去模糊單元電路。采用無錫上華0．6μm混合信號工藝參數(shù)設(shè)計完成。Hspice模擬結(jié)果表明該單元電路可以完成去模糊運算工作，并作為子單元電路應(yīng)用于模糊控制器的VLSI實現(xiàn)。
關(guān)健詞：模糊控制器；Gilbert乘法器；重心法去模糊

    由于模糊邏輯系統(tǒng)具有處理不確定信息的能力，已在許多應(yīng)用領(lǐng)域中取得了長足的進展。為了在復(fù)雜控制問題中滿足高速度，和系統(tǒng)小型化的需求，采用專用集成電路芯片來實現(xiàn)模糊控制器已成為必然的發(fā)展趨勢。現(xiàn)代VLSl技術(shù)的高速發(fā)展又為模糊控制器芯片的研究提供了堅實的基礎(chǔ)。
    模糊控制器的VLSI實現(xiàn)大體上可以分為數(shù)字電路實現(xiàn)和數(shù)模混合電路實現(xiàn)兩大類。由于模擬電路比較數(shù)字電路具有更小的芯片面積和制造成本，所以模擬電路在模糊控制器芯片研究領(lǐng)域占有重要的地位。模糊控制器電路主要由模糊化單元、模糊推理單元、去模糊運算單元和模糊邏輯規(guī)則庫等4部分組成。在模糊控制器中，去模糊電路一般采用重心法結(jié)構(gòu)，因而除法運算是必須的。常規(guī)的數(shù)字電路所實現(xiàn)的除法器規(guī)模很大，而模擬電路實現(xiàn)高精度的除法器設(shè)計難度很大，因此采用先進行模糊控制規(guī)則激活度的歸一化運算，再通過加權(quán)求和的辦法完成去模糊成為了很好的解決方案，負反饋思想在電路設(shè)計中有重要應(yīng)用，文就提出了一種基于負反饋的非重心法設(shè)汁。本文提出了一種采用負反饋思想的，基于多路乘法器和運算放大器組成的新結(jié)構(gòu)的重心法去模糊單元電路設(shè)計。

1 去模糊運算的電路結(jié)構(gòu)
    模糊邏輯控制器在推理過程中先要計算出輸入變量對不同的模糊控制規(guī)則的激活度，然后由一個專門的去模糊電路單元來把依據(jù)許精確值以供系統(tǒng)輸出。
    模糊控制器有很多種去模糊的數(shù)學推理方法，其中重心法去模糊被認為是在數(shù)學上具有最好的邏輯性和嚴謹性的，被廣泛應(yīng)用在模糊控制器芯片的設(shè)計中，其數(shù)學表達式為

    其中ωi為經(jīng)過前級隸屬度函數(shù)電路的推理計算得到的輸入變量對第i條規(guī)則的激活度。di為第i條規(guī)則的后件參數(shù)值。
    對式(1)進行簡單的數(shù)學變換，則可以得到等價的表達式

    只要由各條模糊控制規(guī)則的激活度ωi，計算出與之對應(yīng)的歸一化激活度的值，就可以再通過簡單的加權(quán)求和的辦法計算出模糊控制器的輸出值，相應(yīng)的去模糊運算單元的電路框圖如圖1所示。這種去模糊結(jié)構(gòu)中加權(quán)求和運算電路可以通過數(shù)字量控制的比例電流鏡實現(xiàn)，主要的問題是歸一化激活度的計算電路的設(shè)計。

2 歸一化激活度計算電路設(shè)計
    采用如圖2所示的由多路乘法器和運算放大器組成的負反饋環(huán)路即可以實現(xiàn)歸一化激活度的計算。該歸一化激活度計算電路的輸入信號為前級電路經(jīng)過模糊推理后計算出的表征被激活的模糊控制規(guī)則激活度的電壓信號Vω1、Vω2、Vω3、Vω4；該單元的輸出信號為多路乘法器的輸出電流。

    輸入電壓Vω1、Vω2、Vω3、Vω4代表同時被激活的4條模糊控制規(guī)則的激活度ω1、ω2、ω3、ω4。電流為多路乘法器的輸出電流，它們經(jīng)過1：1的電流鏡電路復(fù)制為兩路，一路是將4個電流求和，然后轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷毫考虞d在運算放大器(OPA)的負相輸入端構(gòu)成負反饋環(huán)路。另一路則將作為這個子單元電路的輸出信號供后級運算使用。Iref=40μA是參考電流源電流。
    圖2所示電路中所用的多路乘法器是由Gilbert乘法器經(jīng)過擴展得到的。圖3為一個折疊型Gilbert乘法器，它的傳輸函數(shù)為

其中k為電路結(jié)構(gòu)決定的常數(shù)

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