SM Eriksson, binär multiplikator och digitalt svep.

Bertil Palmgren berättar

2009-10-15


Bertil Palmgen
Sista mötet med SM Eriksson

Mitt sista personliga möte med SME var vid SER:s ( Sveriges Elektronik och Dataingenjörers Riksförbund ) höstmöte 2008. Han var pigg och vid god vigör. Jag fråga om han hade fått några men av stroken. Nej, allt var OK.

Han berättade: Familjen hade bott i villa i Spånga i 47 år. Renoveringsbehovet var stort. De planerade sälja villan och flytta till lägenhet. Inför flytten och försäljningen behövdes en upprensning av 47 års ansamling av prylar.

Att packa och bära kartonger och lådor var påfrestande och resulterade i en lindrig strok. Efter rehabilitering såldes villan och lägenhet köptes i Blackeberg. Lägenheten var OK. Blackebergs branta backar var påfrestande.

Binär multiplikator?

Vi pratade allmänt om teknisk utveckling de senaste 50 åren. Han undrade om jag visste hur binär multiplikator fungerade. Jag lovade återkomma via e-post. Jag sände ett mail och undrade vilken typ av binär multiplikator som avsågs ?

Svar från SM den 19 november 2008.

  Hej Bertil !.

Det som jag var intresserad av hur vår binära multiplikator var organiserad, jag har endast blockscheman hur den användes för t.ex. R x sin(a) där a är antennens bäring och R är avståndet till ett mål

Jag tror det fanns i Kjells kompendium, som tyvärr stals från min bokhylla. Bäringen fick vi fram genom att integrera bäringspulser från antenngivaren.

Vi räknade ut sin(a) och cos(a) genom integration ( binär räknare), sin (a ) = integralen av cos(a), de framräknade värdena på sin och cos använde vi i en “korsvis koppling, där sin och cosinus 0 rep 1-ställdes” beroende på en “norr-puls“ från antennen, Det var svårt beskriva detta utan figur, Nu tror jag Du vet vad jag efterfrågade. Jag tror ej detta finns i Kjells [Mellberg, webbadm:s kommentar]  kompendium, Vi hemlighöll tekniken ifråga

Hälsningar Stig.

Digitala system

Jag hittade Kjell M:s lärobok, Digitala system med speciella tillämpningar, från en påbyggnadskurs i digitala system i början av 1960 talet, lärare Henry Larsson. Jag kopierade valda sidor om den binära multiplikatorn och “mailade” dom till SME. Nedan visas schema på binär multiplikator ( BM ).
 

  

Modulatorräknaren drivs med klockfrekvensen f Hz. Efter 16 klockpulser har räknaren “gått varvet runt” och avverkat digitala talen 0 - 15. I figur 1 visas finns anslutningar a3 till a0. När a ingångarna har digitala talet k= 0011 ger utgången ( f*k ) för varje räknarvarv ut 3 pulser. Digitala talet k= 1111 ger 15 pulser Talet k = 1000 ger på f*k utgången frekvensen f / 2.
k= 0100 ger f / 4, k= 0010 ger f / 8 och k= 0001 ger f / 16. Frekvens på BM utsignal kan skrivas som f * k, där k = ( (a3 /2 ) + (a2 /4 ) + (a1 / 8 ) + (a0 / 16 ) )
 		  

Svar från SM den 23 december 2008:
 
Hej Bertil !
Tack för sidorna jag skall försöka tolka Kjells tankegångar. Kjell var tydligen en skicklig matematiker. Det var tursamt för oss att samtidigt ha två sådana, jag tänker på Cosinus som tyvärr slutade tidigt. Senare, som konsult gjorde han oss en stor tjänst med konstruktionen av höghastighets anpassaren till alfaskop.
Godjul och Gott Nytt År
Stig.
 
 

BEVISET

I kompendiet visades nedanstående figur.		  

Sätt t = den tid det tar för modulator räknaren att “ gå varvet runt”, med frekvensen f. Talet f * t är antalet digitala värden som modulatorräknaren kan anta under “varvet runt.“ Räknaren Y ökar för “varje varv”, med värdet f * X * t. Om frekvensen f ökar, minskar “varvet runt värdet” t och närmar sig värdet noll ( dt ) . För varje “varvet runt” med modulator räknaren ökar räknaren Y med värdet dY = f * x * dt. Eller

Y = (integralen av ) f * x * dt.


BLOCKSCHEMA SINUS, COSINUS GENERING MED BM.

 
Med matematiskt bevisföring visas. Sinusräknaren börjar med startvärdet 0. Uppräkning av sinusräknaren ger värdet sinus( f * t ) . Cosinusräknaren ges startvärdet 1. Nedräkning av cosinusräknare ger värdet cosinus( f * t ).

Med ledning av föregående figurer skulle visas hur genering av sin, cosinus fungerade.

SM mailade lösning

Via e-post utväxlade SM och jag möjliga förslag till lösningar. Sökning på Internet med sökordet ( binary rate multiplier ) gav inget resultat. Gunnar Wedell och Bo Lindestam har skrivit, att de på 1950 talet varit med om simuleringar med datorprogram som visade att det verkligen fungerade. Vilket det tydligen gjorde, men hur ?.
 
  Mail från den 7 april 2009.

Hej Bertil!
Här kommer mina funderingar om den binära multiplikatorn, de är betydligt enklare än
Kjells, jag tänkte mig lösningen som multiplikation med logaritmer sådant man höll på med förr innan datorerna kom. I Kjells kompendium fanns väl räkningar med Gray-kod, jag har ofta tänkt på varför vi ej använde denna vid omvandling till analog form, då hade vi kanske klarat oss utan Lasse Billströms Sample & Hold- krets. Hälsningar Stig

Gray kod se http://en.wikipedia.org/wiki/Gray_code.
 

Till mailet bifogades en bilaga samt blockschemaskiss på 1950 talets RGC svepsystem för “råradar PPI”. SM var vid 91 års ålder i gång med nya tekniska innovationer.

  

Det jag minns från RGC - PPI er. Pulstågen från sinus - och cosinusräknarna till svepräknarna X och Y. Förändring av D / A omvandlarens utspänning vid radarsvepets rotation. Teckenflipflopar som ändrade DAC utspänning från positiva till negativa värden och vice versa. Utspänningstransienter från DAC när svepavlänkningsräknare ändrade värdet exempelvis från 0000 1111 1111 till 0001 0000 0000. Resultat “hack” i DACs utspänning till avlänkningsförstärkarna.

Digital / Analog omvandling se http://www.allaboutcircuits.com/vol_4/chpt_13/3.html

SM: Decca kunde inte förstå

SM berättade. Decca levererade under några år PPI:er till svenska försvaret. De var övertygade att få order på leverans av PPI -er till Radargrupp centraler. De kunde ej förstå hur SRT gjorde för att få PPI er med så god presentation och prestanda. SRT:s tekniska lösningen hölls hemlig.

Torget i Bällstahuset. Vad gjorde dom ?
 
I handboken Radio, Radar, Television, Ljudteknik inköpt i början av 1950 talet finns kapitel om radarindikatorer. Svepsystem var kombinationer av magnetisk och elektrostatisk avlänkning och med roterande avlänkningsspolar. Finessrika kopplingar med elektronrör alstrade strömmar till magnetiska avlänkningsspolar.
 
Josef Svedberg konstruerade ett mekaniskt roterande svep. Jag frågade honom hur han gjort för att undvika mekanisk glapp mellan elgons kugghjul och dito för roterande svepet. Ett smalt kugghjul med en extra kugg som slirade mot huvudkugghjulet. Friktionen gjorde att kugglappet blev noll
 
På "torget i Bälstahuset" år 1961, kombinerades digitala signaler och transistorkretsar för genering av strömmar till magnetiska avlänkningsspolar. Se: Digitalt svep Bo Lindestam. ( Här ref länk till artikeln )

Funktion hos vår binära multiplikator.

Ursprunglig fråga hur fungerade “vår binära multiplikator” var fortfarande obesvarad. Alla försök med “varvet runt” hos modulatorräknare misslyckats. Nästa försök slopa “varvet runt modellen”, pröva steg för steg metoden.

Den fungerade. Lösningen e-postades till SM, den 10 maj 2009.

  Hej Stig !

Jag har intensivt studerat alla tänkbara varianter hur man gör sinus cosinus funktionsgenerering med BM. Under 1950- talet när DDA ( digital differential analysatorn) presenterades, var det många som tvivlade på att lösningen skulle fungera. Bevis fick man med hjälp av dator program. Jag löste problemet med steg för steg metoden.
Bilagan BM_Modul.jpg visr grundstommen för BM. ( se fig 1 ovan ) Modulräknarens utgångar har en enhet ( D ) som ger en kort utpuls när inspänningen går från" 0 ” till ”1". Modulatorräknarens LSB utgång har frekvensen f / 2 som Kjell Mellberg kallar för MSF ( most significant frequency ) Den frekvensen " grindas ut " med styrande digital värdet MSB. Modulator räknarens LSF "grindas ut " med styrande digitala värdets LSB.

Hela förloppet är åskådliggjord i bifogade Excel blad.

Kolumn A, B, C, D visar modulator räknarens värden. A kol. är LSB värdet och D är MSB. I kolumn finns bokstaven P, indikerar att utpuls avges från " D-enheten " . Kolumnerna E, F, G, H representerar sinus- räknarens digitala värde där E är räknarens MSB och H är LSB.
Kol. I, J, K , L är cosinus räknarens digitala värde med kol I som MSB och L är LSB.

Det finns två stycken BM som går synkront och de representeras av
en BM i kolumnerna A, B, C, D. Kolumn E, I ”grindar ut ” puls från A kolumn. F, J från B kolumn,
G, K ” grindar ut ” puls från C kolumn och H, L från D kolumn.
A, B, C, D
E, F, G, H
I, J, K, L
Det finns 2 kolumner märka med +1 och -1. När sinus räknaren på en rad har en "1a" i samma kol. som modulatorräknaren ( E-A, F-B, G-C, H-D ) och nästa rad har P in en av kol. A - D kommer cosinus räknaren att minskas med ett. Detta är märkt med ett x i kol för -1.
Detsamma gäller för cosinus räknaren ( I-A, J-B, K-C, L-D bildas villkor för uppräkning med 1 för sinusräknaren, märkt med x i kolumn +1.. De ”bitar” som påverkar BM utpuls är märkt med fet stil.

Efter 23 pulser är sin, cosinus värde beräknade för 0 till 90 grader. OBS 15 * pi /2 = 23, 56. Om BM modulatorräknare är 9 bit, för sin, cosinus funktions generering, behövs 804 pulser för beräkning av sin cosinus för vinklarna 0 till 90 gr. För ett radarantennvarv behövs 3216 pulser. Om ett radarantennvarv har 4096 bäringspulser måste dessa reduceras 3216 st. Detta görs med en BM som styrs av värdet pi / 4. Alltså 4096 * pi / 4 = 1024 * pi lika med 3216.

Norrpuls från radar nollställer alla räknare. "Radar puls ut" användes som svepstart och nollställde avlänkningsräknarna X - och Y.
FlipFlopar i X eller Y räknarna har ej synkrona omslag, vilket gör att DAC alstrar "glitchar" eller snabba höga spänningstransienter. Avlänknings förstärkarna gick i mättning, med långa svarstider som följd. "Sample and hold " enheter avläser DACs utspänning när den har stabiliserats.

Tur och retur för tid för radar puls till föremål på 50 mils avstånd är 1000 / 300 000 = 3,33 ms. Om X - och Y räknarna är på 12 bit blir frekvens f till BM för X och Y svep 4096 / 0,00333 = 1 230 030 Hz.
Med varma försommar hälsningar till Dig och din hustru Britta
från Bertil Palmgren.
 


När sinusräknaren nått värdet 1 och cosinusräknaren värdet 0 växlas sinusräknaren till nedräkning och cosinusräknaren till uppräkning. Sinusräknaren går från 0 till 1 till 0. Cosinusräknaren går från 1 till 0 till 1. När sinusräknaren ånyo nått värdet 0 växlas sinusräknaren till uppräkning och cosinusräknaren till nedräkning.

SM:s erfarenheter på 1930-talet

Vid veteranklubbträff berättade SM om sina erfarenheter på 1930 talet som radioreparatör hemma hos folk i Stockholm. Vanligt fel: dåliga elektrolytkondensatorer. Dessa var inkapslade i en paraffinerad papperslåda. Lådorna var otäta. Elektrolyten avdunstade. Elektrolyt-kondensators livslängd 3 till 5 år.

SM:s ångmaskin

Vid ett annat tillfälle frågade jag hur han använde den egentillverkade ångmaskinen. Den stod tillsammans med ångpannan på segelbåtens däck. Ångmaskinen drev en generator för laddning av batterier till lanternor och belysning i båten och laddning av transceiverns ackumulator.

Jag frågade hur han löst antennfrågan med hänsyn till antennens anpassning till sändarslutsteget. Det var inga problem. När de ankrat band han en isolerad tråd runt ” drivved” och slängde ledningen upp i ett träd.

Gnistsändare

När vi en gång talade om rundradiosändningar med ljusbågssändare, berättade SME. Vid anställning hos SRA i slutet av 1930 i början av 1940 talet konstruerade han gnistsändare. Varje fartyg, fiskebåt skulle ha en gnistsändare som nödsändare. Försäljning av gnistsändare var bra affärer för SRA. Bilder på SRAs gnistsändare kan skådas på, http://www.radiomuseet.se/medlem/audionen2/nr3_2008/fran.html

Önskejulklapp med SM som författare

När jag på 1950 talet fick min önskejulklapp, ingenjörshandboken teleteknik och allmän elektroteknik, kunde jag ej ens i min vildaste fantasi drömma om att personligen, träffa författarna till avsnitten, Elektronik av tekn. lic. Torkel Wallmark, Radiosändare av civilingenjör Stig M. Ericsson, Televisionsteknik av tekn. lic. Hans Werthén, Teknisk Elektricitetslära av Professor Stig Ekelöf.

Stig Martin Ericsson var intresserad av teknisk historia, ny teknisk utveckling och en fenomenal innovatör på tekniska lösningar.

/Bertil Palmgren
2009-10-15