РЕКУРСИВНЫЙ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР Российский патент 1997 года по МПК H03H17/04 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в устройствах цифровой обработки сигналов.

Известны цифровые фильтры, содержащие накапливающие сумматоры, регистры, умножители, устройства памяти.

Недостатком известных фильтров при реализации узкой полосы пропускания и одновременно высокой тактовой частотой является возрастание аппаратурных затрат и уменьшение быстродействия, связанное с тем, что для этого нужно использовать более точные коэффициенты рекурсионной части, что ведет за собой повышение разрядности внутренних регистров фильтра.

Наиболее близким к заявляемому устройству является цифровой фильтр, содержащий два накапливающих сумматора, включающие в себя также решающие схемы для подключения регистров 1 4 и устройства для ввода второго операнда, который суммируется или вычитается из первого операнда и сдвигается вправо, два регистра памяти внутренних переменных 1 и 2, регистр приема входных данных 3 и выходной регистр 4.

Недостатком этого устройства является необходимость четырех операций умножения, на которые требуется значительное время и большие аппаратурные затраты при реализации узкой полосы пропускания (УПП) и получения необходимой точности фильтрации.

Целью изобретения является увеличение быстродействия.

Указанная цель достигается тем, что в рекурсивный цифровой фильтр, содержащий первый и второй накапливающие сумматоры, тактовые входы которых объединены и являются тактовыми входами рекурсивного цифрового фильтра и сумматор, введены первый и второй элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго накапливающих сумматоров, а выходы соединены соответственно с первым и вторым входами первого комбинационного сумматора, последовательно соединенные инвертор, третий накапливающий сумматор, третий элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с первым выходом второго комбинационного сумматора, на второй вход которого поступает выход первого комбинационного сумматора, и реверсивный счетчик, выход которого является выходом рекурсивного цифрового фильтра и соединен с информационным выходом второго накапливающего сумматора, тактовый вход реверсивного счетчика соединен с выходом третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а также четвертый накапливающий сумматор, тактовый вход которого соединен с входом инвертора и с тактовым входом первого накапливающего сумматора, информационный вход соединен с информационным входом третьего накапливающего сумматора и со знаковым входом реверсивного счетчика, при этом вход рекурсивного цифрово7го фильтра соединен с информационным входом первого накапливающего сумматора.

Сопоставительный анализ с прототипом и аналогами показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков: двух дополнительных накапливающих сумматоров, комбинационного сумматора, схем ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и реверсивного счетчика и новыми связями, что в совокупности позволяет получить устройство с новыми свойствами.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Введенные в устройство узлы известны, однако выбор состава узлов и связей между ними и с другими узлами устройства не следуют явным образом из известного уровня техники и являются существенными признаками, позволяющими достигнуть более высокого технического результата по сравнению с прототипом.

Отсюда следует, что заявляемое устройство соответствует критерию " изобретательский уровень".

На фиг.1 представлена структурная схема устройства;на фиг.2-функциональная схема,поясняющая работу накапливающих сумматоров и элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

Она имеет 1 первый накапливающий сумматор, 2 второй накапливающий сумматор, 3 третий накапливающий сумматор, 4 четвертый накапливающий сумматор, 5 реверсивный счетчик, 6 первый комбинационный сумматор, 7 - схему ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ первого накапливающего смматора, 8 схему ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ второго накапливающего сумматора, 9 схему ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ третьего накапливающего сумматора, 10 инвертор, 11 второй комбинационный сумматор.

Устройство содержит первый и второй элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 7 8, входы которых соединены с выходами старших разрядов текущего и предыдущего отсчетов соответственно первого и второго накапливающего сумматора 1 2, а выходы соединены соответственно с первым и вторым входами первого комбинационного сумматора 6, последовательно соединенные инвертор 10, третий накапливающий сумматор 3, третий элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9, выход которого соединен с первым входом комбинационного сумматора 11, на второй вход которого поступает выход первого комбинационного сумматора 6, и реверсивный счетчик 5, выход которого является выходом рекурсивного цифрового фильтра (РЦФ), и соединен с информационным входом второго накапливающего сумматора 2, тактовый вход реверсивного счетчика 5 соединен с выходом третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9, а также четвертый накапливающий сумматор 4, тактовый вход которого соединен с входами инвертора 10 и с тактовым входом первого накапливающего сумматора 1, информационный вход соединен с выходом второго комбинационного сумматора 11, а выход с информационным входом третьего накапливающего сумматора 3 и со знаковым входом реверсивного счетчика 5, при этом вход РЦФ соединен с информационным входом первого накапливающего сумматора 1.

Устройство работает следующим образом.

Во время первого такта работы РЦФ происходит запись входного сигнала, представленного двоичным кодом, в накапливающий сумматор 1, предыдущего выходного отсчета в накапливающий сумматор 2 и выхода сумматора 11 в накапливающий сумматор 4, при этом на выходах схем ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 7 9 появляется сигнал, показывающий наличие или отсутствие переполнения в накапливающих сумматорах 1 3 соответственно.

На фиг. 2 представлена функциональная схема, поясняющая работу накапливающих сумматоров 1-3 и элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 7-9.

За время второго такта работы РЦФ информация из накапливающего сумматора 4 записывается в накапливающий сумматор 3 и при наличии сигнала переполнения на выходе схем ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9, который поступает на тактовый вход реверсивного счетчика 5, происходит переключение реверсивного счетчика 5 (выхода фильтра) в прямом или обратном направлении в зависимости от знака поступающего со старшего разряда накапливающего сумматора 4. Полоса пропускания данного цифрового фильтра может регулироваться как простым изменением тактовой частоты, так и наращиванием реверсивного счетчика 5 при неизменной тактовой частоте.

Таким образом, возможна реализация узких полос пропускания при максимальной тактовой частоте и минимальных аппаратурных затратах, обусловленных только наращивания разрядности реверсивного счетчика 5.

Реализация известных цифровых фильтров требует увеличения разрядности всех имеющихся регистров, что ведет к значительным аппаратурным затратам и снижению быстродействия.

Экспериментальные исследования заявляемого устройства показали, что по сравнению с аналогами оно позволяет повысить быстродействие в 4 раза при использовании у аналога 8-разрядных коэффициентов. Причем при сужении полосы пропускания при постоянной тактовой частоте устройство аналогичного назначения требует увеличения разрядности всех имеющихся регистров, а заявляемое устройство требует только наращивания реверсивного счетчика.

Накапливающие сумматоры 1 4 выполнены на микросхемах (МС) 564ИМ1 и 564ИР9, сумматоры 6, 11 -на МС 533ИМ5, реверсивный счетчик 5 на МС 564НЕ11, схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 7 9 на МС 564ЛП2, инвертор 10 на МС 564ЛН2.

Использование: в устройствах цифровой обработки сигналов. Сущность изобретения: в рекурсивный цифровой фильтр (РЦФ), содержащий первый и второй накапливающие сумматоры (НС), тактовые входы которых объединены и являются входами РЦФ, и сумматор, введены певый и второй элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго НС, а выходы соединены соответственно с первым и вторым входами первого комбинационного сумматора (КС), последовательно соединенные инвертор, третий НС, третий элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с первым входом второго КС, второй вход которого подключен к выходу первого КС, и реверсивный счетчик (РС), выход которого является выходом РЦФ и соединен с информационным входом второго НС, тактовый вход РС соединен с выходом третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а также четвертый НС, тактовый вход которого соединен с входом инвертора и с тактовым входом первого НС, информационный вход соединен с информационным входом третьего НС и со знаковым входом РС, при этом вход РЦФ соединен с информационным входом первого НС. 2 ил.

Рекурсивный цифровой фильтр, содержащий первый и второй накапливающие сумматоры, тактовые входы которых объединены и являются тактовыми входами рекурсивного цифрового фильтра, отличающийся тем, что введены первый и второй элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго накапливающих сумматоров, а выходы соединены соответственно с первым и вторым входами первого комбинационного сумматора, последовательно соединенные инвертор, третий накапливающий сумматор, третий элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с первым входом второго комбинационного сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого комбинационного сумматора, и реверсивный счетчик, выход которого является выходом рекурсивного цифрового фильтра и соединен с информационным входом второго накапливающего сумматора, тактовый вход реверсивного счетчика соединен с выходом третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а также четвертый накапливающий сумматор, тактовый вход которого соединен с входом инвертора и с тактовым входом первого накапливающего сумматора, а выход соединен с информационным входом третьего накапливающего сумматора и с знаковым входом реверсивного счетчика, при этом информационный вход первого накапливающего сумматора является входом рекурсивного цифрового фильтра.