摘  要：為解決模糊控制器電路設計中的去模糊運算問題，提出了一種數模混合電路實現的模糊控制器去模糊運算單元電路設計。通過對折疊型Gilbert乘法器電路作適當的擴展，提出了多路乘法器的設計，實現了多個輸入電壓與一個共同的乘數電壓的乘法運算，并應用該多路乘法器和運算放大器設計了歸一化激活度計算電路。應用歸一化激活度計算電路和加權求和電路組成了該新結構的去模糊單元電路。采用無錫上華0．6μm混合信號工藝參數設計完成。Hspice模擬結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用于模糊控制器的VLSI實現。
關健詞：模糊控制器；Gilbert乘法器；重心法去模糊

    由于模糊邏輯系統具有處理不確定信息的能力，已在許多應用領域中取得了長足的進展。為了在復雜控制問題中滿足高速度，和系統小型化的需求，采用專用集成電路芯片來實現模糊控制器已成為必然的發展趨勢。現代VLSl技術的高速發展又為模糊控制器芯片的研究提供了堅實的基礎。
    模糊控制器的VLSI實現大體上可以分為數字電路實現和數模混合電路實現兩大類。由于模擬電路比較數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構，因而除法運算是必須的。常規的數字電路所實現的除法器規模很大，而模擬電路實現高精度的除法器設計難度很大，因此采用先進行模糊控制規則激活度的歸一化運算，再通過加權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計中有重要應用，文就提出了一種基于負反饋的非重心法設汁。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構的重心法去模糊單元電路設計。

1 去模糊運算的電路結構
    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則的激活度，然后由一個專門的去模糊電路單元來把依據許精確值以供系統輸出。
    模糊控制器有很多種去模糊的數學推理方法，其中重心法去模糊被認為是在數學上具有最好的邏輯性和嚴謹性的，被廣泛應用在模糊控制器芯片的設計中，其數學表達式為

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

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

2 歸一化激活度計算電路設計
    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路即可以實現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過模糊推理后計算出的表征被激活的模糊控制規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，它們經過1：1的電流鏡電路復制為兩路，一路是將4個電流求和，然后轉變為電壓量加載在運算放大器(OPA)的負相輸入端構成負反饋環路。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乘法器經過擴展得到的。圖3為一個折疊型Gilbert乘法器，它的傳輸函數為

其中k為電路結構決定的常數

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