[发明专利]乘法器

说明书

技术领域

本发明涉及电力线载波通信技术，特别地，更涉及一种应用于电力线载波通信系统中的乘法器。

背景技术

电力线载波通信技术是一种利用电力线作为通信媒介来传输数据信息的通信方式，其以载波的方式实现数据、语音、视频等的传输通信。现在该技术广泛应用于通信、电力、工业控制等行业领域，这种通信技术是当今通信行业中一种先进的技术。

在电力线载波通信系统中，调制电路和解调电路通常要用到乘法器实现，即，在发送部分的调制电路中需要利用乘法器将基带信号调制到载波频段，而在接收部分的解调电路中需要利用乘法器将载波信号解调至基带信号。一般而言，所述调制电路中需要一个乘法器，而在所述解调电路中则需要两个乘法器(如图1所示)。

在电力线载波通信系统中，乘法器的乘数和被乘数都是12比特位，最后的乘积结果只取高12比特位。乘数和被乘数直接相乘的话用工具综合后的面积是比较大的，例如：在时钟频率为50MHz的情形下，每一个乘法器的面积都超过1400门，那么若在整个电力线载波通信系统中，三个乘法器的面积则大约为5300门。如此，会占用大量的系统资源。

另一方面，Booth编码也是常用的用来优化乘法器的一种方法。当两个多比特位数相乘时，相乘的过程中往往需要用乘数的每一位去乘被乘数，每一次得到的乘积称为部分积。

通常部分积的个数是由乘数的位数决定的，即乘数中的每一位都会对应一个部分积。相乘的最终结果是各个部分积之和。

Booth编码的本质是考察乘数中连续“1”的情况，然后将连续出现的“1”改造成更高一位的正“1”和更低一位的负“1”。例如，对二进制数“0011110”，既可以写为(2⁴+2³+2²+2¹)，也可以经过编码后改变为“010000(-1)”，即，(2⁵-2⁰)。这样，在与被乘数相乘的时候可以减少部分积的个数。只不过，此时的部分积不仅是被乘数乘以“1”或者乘以“0”的结果，还可能是乘以“-1”的结果。更高级的Booth编码可以使部分积个数更少，只不过部分积的形式会更多一些。

根据Booth编码而改进的Radix-4Booth编码是一种常见的产生部分积的方法，其原理是每一次考虑乘数中相邻的三个比特位，即，将乘数中相邻三个比特位进行编码，可以最终使部分积的个数减少一半。具体来讲，改进的Radix-4Booth编码考虑的乘数中的相邻三位分别称为：本比特位，相邻高比特位和相邻低比特位。

现以12比特位的乘数Y(Y₁₁ Y₁₀ Y₉ Y₈ Y₇ Y₆ Y₅ Y₄ Y₃ Y₂ Y₁ Y₀)为例，其中，Y11代表Y的最高比特位，Y₀代表Y的最低比特位，中间Y₁₀～Y₁代表中间从高到低的其他比特位。在对乘法进行编码时，乘数需要在最低位第0位后，补充一位，即，第-1位Y_-1，该位恒为0。那么，第一次取的三个比特位是{Y₁，Y₀，Y_-1}(即，{Y₁，Y₀，0})，第二次取的三个比特位是{Y₃，Y₂，Y₁}，......直至最后一次取的三个比特位是{Y₁₁，Y₁₀，Y₉}。可以看出，每相邻两次选取的三个比特位中有一个比特位是重叠的，所以实际相当于每次平均处理了两个比特位，所以总的部分积会比每次只考虑一个比特位时减少一半。

请参阅表一，其显示了Radix-4Booth编码的规则。如表一所示，其中，X代表被乘数，Y表示乘数，表1中两倍的被乘数2X可以通过被乘数左移1位得到，补码表示的被乘数相反数-X可以通过对被乘数取反加1实现。当部分积为正数时，补偿位S为0；当部分积为负数时，对被乘数取反，补偿位S为1，从而实现取反加1的操作。