Цифровой фильтр Советский патент 1983 года по МПК H03H17/04 

Изобретение относится к радиотех нике и может быть использовано в .системах цифровой обработки сигналов в радиосвязи, радиолокации, радионавигации и т.п. Известен цифровой фильтр без явного выполнения операции умножения, в состава которого входят регистры сдвига для хранения отсчетов входной и выходной последовательностей, блок памяти, выходной регистр, узел сдвига, сумматор 1 . Недостатком указанного цифрового фильтра (ЦФ) является низкое быстродействие. Наиболее близким к предлагаемому является цифровой фильтр, содержащий первую и вторую группы регистров сдвига, первый и второй блоки элементов И-ИЛИ, первый и второй блоки памяти, первый и второй коммутаторы первый и втррой сумматоры, выходной регистр, узел сдвига, причем вход первого регистра сдвига второй группы регистров сдвига является входом ЦФ, выход выходного регистра являетс выходом ЦФ, выходы регистров сдвига первой и второй групп регистров сдви га подключены соответственно к входа первого и второго блоков элементов И-ИЛИ, первые выходы которых подключены соответственно к входам первого и второго блоков памяти, выходы которых подключены к первым входам соответственно первого и второго ком мутаторов, выходы которых подключены к входам первого сумматора, выход ко торого подключен к первому входу вто рого сумматора, выход которого подключен к входу выходного регистра, выход которого подключен к входу узла сдвига и входу первого регистра сдвига первой группы регистров сдвига, выход узла сдвига подключен к второму входу второго сумматора, вторые выходы первого и второго блоков элементов И-ИЛИ подключены к вторым входам соответственно первого и второго коммутаторов Сз.. Недостатком известного ЦФ являются узкие функциональные возможности, заключающиеся в том, что при фиксированной структуре первого блока элементов И-ИЛИ можно реализовать только ЦФ с АЧХ одного из ниже перечисленного вида: полосовой или режекторный ЦФ с баттервортовской или чебышевской аппроксимацией АЧХ ; ЦФ,с эллиптической аппроксимацией АЧХ ; ЦФ верхних или нижних частот с баттервортовской или чебышевской аппроксимацией АЧХ ; ЦФ без нулей пропускания на вещественных частотах Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет реализации амплитудно-частотной характеристики фильтра любого типа без изменения его схемы. Поставленная цель достигается тем, что цифровой фильтр, содержащий первую и вторую группу последовательно соединенных регистров сдвига, группу элементов И-ИЛИ, первый и второй блоки памяти, первый и второй коммутаторы, первый и второй сумматоры, регистр и узел сдвига, причем выходы регистров сдвига первой группы соединены с входами соответствующих элементов И-ИЛИ группы, выходы которых подключены к управляющему входу первого коммутатора и адресному входу первого блока памяти, выход которого соединен с входом первого коммутатора, выход которого подключен к первому входу первого сумматора,выход которого соединен с первым входом второго сумматор а, выход которого подключен к входу регистра, выход которого является выходом фильтра и соединен с входом узла сдвига, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, вход первого регистра сдвига второй группы является входом фильтра, выход второго блока памяти соединен с входом второго коммутатора, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, введен третий блок памяти, адресные входы которого соединены с выходами соответствующих регистров сдвига второй группы, а выход третьего блока памяти подключен к адресному входу второго блока памяти и управляющему входу второго коммутатора. Введение третьего блока памяти позволяет реализовать все вышеука- занные типы АЧХ без изменения схемы ЦФ путем .перезаписи чисел во втором и третьем блоках памяти. На чертеже представлена схема цифрового фильтра. В табл. 2 представлены коэффициенты, записанные в первый блок памяти; в табл. 2 - коэффициенты, записанные во второй блок памяти ; в табл. 3 - коэффициенты эллиптического фильтра, записанные во второй блок памяти,- в табл. 4 - коэффициенты полосового или режекторного фильтра, хранящиеся во втором блоке памяти. ; в табл. 5 - коэффициенты, фильтров; без нулей передачи (первый блок памяти , в табл. 6 - коэффициенты, записываемые в третий блок памяти ; в табл. 7 - коэффициенты фильтра верхних частот ( третий блок памятиJjв табл. 8 - коэффициенты эллиптического фильтра (третий блок памяти);в табл. 9 - коэффициенты полосового или режекторного фильтра (третий блок памятиJ;в табл. 10 коэффициенты фильтров без нулей передачи (третий блок памяти ). Цифровой фильтр содержит первую группу 1.1-1.М регистров сдвига. вторую группу 2,.N регистров сд га, группу 3 элементов И-ИЛИ, третий блок 4 памяти, первый блок 5 памяти, второй блок б памяти, перв 7 и второй 8 коммутаторы, первый 9 второй 10 сумматоры, регистр 11 и узел 12 сдвига. Регистры 1.1-1.М первой группы гистров сдвига предназначены для хранения последовательности отсчетов выходной последовательности, а регистры сдвига2.1--2 .N - для хран ния последовательности отсчетов из входного сигнала. Цифровые фильтры высоких порядков обычно реализуютс в виде каскадного соединения цифро вых фильтров второго порядка, для .котбрых М 3, М 2. При этом в первый блок 5 памяти записываются перед началом работы фильтра коэффициенты, в соответствии с табл. 1 В левой части табл. 1 приведен код ,, где V -: значение i-г разряда адреса блока памяти. Адрес первого блока памяти формируется на первом Выходе блока элементов И-ИЛИ в соответствии с уравнениями Хо yt. . Vy°, у,, V2 (1 V- vO vO V v v „1irj-t Д УП- nV- yb yi „ V yo , 7 о „ 2Ti- i П-2 n-i П-2 Haвтором выходе блока элементов И-ИЛИ формируе -ся код n-i . , то первый коммутато передает код, считываемый.из перво го блока памяти без изменения, а в случае S О, первый коммутатор редает соответствующее число из пер вого блока памяти в инверсном коде В случае реализации фильтров нижних частот ФНЧ ) с чебышевской или баттервортовскойаппроксимацией АЧХ справедливы соотношения aj, aj, а 2ао (3 ) При этом функция oLf принимает б различных (с точностью до знака) значений, которые д начала работы ЦФ записываются в первый блок памяти, , в соответствии с табл. 2. В третий блок памяти при этом по адресам .WjW записываются числа, в соответствии с табл.6 С первого выхода третьего блока памяти снимается адрес второ го блока памяти, а на второй вход третьего блока памяти подается код г, управляющий работой второго коммутатора (при г - О число, считываемое из второго блока памяти по адресу U(,U,, передается на вход первого сумматора прямым кодом, а при -г 1 передается инверсия этого числа ). В случае реализации фильтра.верх них частот (ФВЧ ) с чебышевской или баттервортовской аппроксимацией АЧХ справедливы соотношения 2 о -2ао. При этом во второй блок памяти эаписываются такие же значения, как и в случае ФНЧ, в соответствии с : табл. 2. в третий блок памяти при этом записываются числа, в соответствии с табл. 7. При реализации полосового или режекторного фильтра с чебышевской или баттервортовской аппроксимацией АЧХ справедливы соотношения 2 О а О.(5) При этом во второй блок памяти записываются коэффициенты, в соответствии с табл. 4 (здесь Ug 0-), а в третий блок памяти записываются числа в соответствии с табл. 9. При реализации эллиптического фильтра с любым типом АЧХ справедливо соотношение 0 При этом во второй блок памяти записываются коэффициенты, в соответствии с табл. 3, а в третий блок,памяти записываются числа, в соответствии с табл. 8. При,реализации фильтров без нулей передачи на вещественных частотах : справедливы соотношения а э 2 О .При этом в первый блок памяти записываются коэффициенты, в соответствии с табл. 5 (здесь ,O) а в третий блок памяти эгаписываются числа, в соответствии с табл. Юг Цифровой фильтр работает следующим образом. Перед началом работы ЦФ в первый, второй и третий блоки памяти, в соответствии с выбранной АЧХ, записываются коэффициенты, производится установка в О регистров сдвига и выходного регистра. В первом такте работы ЦФ в регистр сдвига 2,1 с выхода аналого-цифрового преобразователя или другого цифрового устройства передается отсчет входного сигнала. Далее производится дешифрация двух старших разрядов регистров сдвига. При этом старшие .разряды регистров сдвига второй группы регистров сдвига образуют адрес 4 5 п-2 шие разряды регистров первой группы регистров сдвига при помощи блока элементов И-ИЛИ 3 формируют адрес первого блока памяти. Из третьего блока памяти по адресу WgW WgW-W Wg считывается адреО .- для второгр блока памяти. В,соответствии со значением кодов S и г коммутаторы 7 и 8 передают нэ

вход первого, сумматора 9 прямые или инверсные коды чисел, находящихся во втором и первом блоках памяти по адресам и соответственно. Полученная сумма складывается на втором сумматоре с содержимым выходного регистра 11, сдвинутым при помощи узла 12 сдвига на два разряда в сторону младших разрядов. Полученная сумма записывается в выходной регистр. После этого в регистрах сдвига производится сдвиг на два разряда в сторону старших разрядов, причем значения старших разрядов i-x регистров сдвига первой и второй группы регистров сдвига переписываются в младшие

разряды 1+1 регистров сдвига соответственно первой и второй группы регистров сдвига. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не буДут обработаны все разряды. После этого код из выходного регистра передается на вход регистра сдвига 1.1 и . ЦФ готов к приему следующего отсчета входного сигнала.

Таким образом, введение третьего блока памяти позволяет существенно расширить функциональные возможности предлагаемого цифрового фильтра, заключающиеся в возможности реализации любого типа амплитудно-частотно характеристики цифрового фильтра без изменения его схемы.

Таблица

71010725

Таблица4

ТаблицаЗ

ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР, содержащий первую и вторую группу последовательно соединенных регистров сдвига, группу элементовИ-ИЛИ, первый и второй блоки памяти, первый и второй коммутаторы, первый и второй сумматоры, регистр и узел сдвига, -причем выходы регистров сдвига первой группы соединены с входами соответствующих элементов И-ИЛИ группы, выходы которых подключены к управляющему входу первого коммутатора и адресному входу первого блока памяти, выход которого соединен с входом первого коммутатора, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, выход которого подключен к входу регистра, выход которого является выходом фильтра и соединен с входом узла сдвига, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, вход первого регистра сдвига второй группы является входом фильтра, выход второго блока памяти соединен с входом второго коммутатора, выход которого подключен к второму входу nefjBoro сумматора, о тл и ч ающий ся тем, что с целью расширения функщюнальных сл с: возможностей фильтра за счет реализации любого типа амплитудно-частотной характеристики фильтра, в него введен третий блок памяти, адресные вхо-1 ды которого соединены с выходами со- S ответствующих регистров сдвига втЬ- рой группы, а выход третьего блока памяти подключен к адресному входу второго блока памяти и управляющему входу второго коммутатора. ю СП

0.00000000О

-000010001О

0001000101

0001100011

001000001о

001010010о

0011000011

0011100001

0100000100

01001OOllо

010100000о

010110001о 011000011о 01101-о 1 о оо 01.1100001о 011110-010о 1-0-00001001 1- -000100111

1001001101

1001101011

1010000111

1010100101

1011001011

1011101001 110-0000101 IlOOl00011 1101001001

000000010 6

0000100110 00.01000000 0001100010 00100001.10

о о 10 1о 1л о,о о

0011000010

о о 11 10011 00

0100001000

010 i о00100

0101 00110

0110001010

0110101100 0111000110 о 1 1 1 1о 1 ,0 о о 10 о о оо о 1 о 1 1000100011

1001001001

1001100111 1010 оо о о 1 1 1010100001

1011100101

1100000000

1100100010 11010.00101

Продолжение табл. ,6

.Продолжение табл. 7

131010725

-.- I

Продолжение табл. 8 151010725 б Продолжение табл. 9 171010725 18 Продолжение табл. 10