Нерекурсивный цифровой фильтр нижних частот Советский патент 1983 года по МПК H03H17/06 

Изобретение относится к вычислитепьной технике, в частности к цифровым фильтрам, и прецназначено для цифровой обработки электрических сигналов в различных областях народного хозяйства (геологоразвецкё полезных ископаемых электромагнитными или сейсмическими методами, радиолокации, гидpoaкyc ти- ке и .т.д.).

Известны нерекурсивные цифровые

фильтры нижних частот с линейной фазо.вой характеристикой, где эффект фильтрации достигается умножением членов текущей выборки дискретных отсчетов входного сигнала на весовые коэффициенты, фиксированные для каждого члена выборки и суммированием полученных произведений. Длина выборки (Нч1г1внов) определяет качество фильтрации (крутизну среза, уровень пульсаций частотной характеристики) и частоту среза 1 .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является нерекурсивный цифровой фильтр, который содержит умножитель, выход сумматора подключен к входу накапливающего регистра, а вход последовательно соединен с BTOpbiM входом сумматора и цифроана- логовым преобразователем, два блока памяти для хранения отсчетов входного сигнала (цифровая линия задержки) и весовых коэффициентов общим объемом 2 VI ячеек, блок синхронизации Г .

Цель изобретения - упрощение фильтра и повыщение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в нерекурсивный цифровой фильтр нижних частот, содержащий аналогоцифровой преобразователь, вход которого является входом фильтра, умножителя, выход которого подключен к первому входу сумматора,- регистр, блок памяти коэффициентов, содержащий N ячеек, блок синхронизации, первый выход которого подключен к управляющему входу цифроаналогового преобразователя, выход которого является выходом фильтра, введены первый, второй и третий комму та торы, 00 -1 (УП- N IИ . где у р g,, I f ,р g,,,,

tfpB irpBblX - соответствен но граничные входная и выходная частоты) регистров, а блок памяти коэффициентов содержит уп узлов памяти по И ячеек в каждом, причем выход аналогоцифрового преобразователя соединен с первым входом умножителя, выход суммаTxjpa подключен к входу первого коммутатора, i-ый () выход которого

подключен к входу . -го регистра, выхо которого соединен с -i -ым входом второго коммутатора, выход которого подключен к входу цифроаналогового преобразователя и второму входу сумматора, выход i-го ( ) узла памяти подключен к входу (i +1) f -го узла памяти и i -му входу третьего коммутатора, выход которого соединен с вторы входом умножителя,-управляющие входы первого, второго и третьего коммутаторов соединены соответственно с вторым, третьим и четвертым выходами блока синхронизации, пятый выход которого по ключен к управляющим входам (т узлов памяти.

Ширина спектра выходного сигнала фильтра нижних частот всегда меньще, чем ширина спектра входного сигнала. Это и позволяет получить выигрыщ, пропорциональный отношению верхних граничных частот спектров входного и выходного сигналов.trPBX

.

)t .

На фиг. 1 представлена функционал ная схема предлагаемого фильтра; на фиг. 2 - временные диаграммы работ фильтра.

Фильтр содержит аналого-цифровой преобразователь 1, умножитель 2, сумматор 3, ки регистров 4, первый коммутатор 5, второй коммутатор 6, блок памяти коэффициентов, разбитый на И1 узлов 7 памяти по и ячеек в каждом, цифроаналоговый преобразователь 8, третий 9 коммутатор, блок 1О синхронизации.

Фильтр работает следующим образом.

Каждый отсчет У. входного сигнала, поступакяций с выхода аналого чхифрового преобразователя 1, умножается в умножителе 2 раз на весовые коэффициенты, подаваемые поочередно через коммутатор 9 с выходов узла 7 памяти. Синхрсино с коммутатором 9 переключается коммутатор 5 и коммутатор 6, обеспечивая сложение произведений с содержимым соответствукяцих регистров 4 в сумматоре 3. Цикл заканчивается циклическим сдвигом весовых коэффициентов вправо на одну ячейку. При этом коэффициенты из последней-ячейки каждого узла 7 поступают в первую ячейку соседнего узла справа, а из последнего узла - в первый. Прием информации в цифроаналоговый преобразователь 8 производится только тогда, когда на выходе какоголибо узла 7 оказывается коэффициентCN

причем переаача информации произвоаи1ч ся из соответствующего этому узлу регистра 4, после чего этот регистр обнуляется.

Работа цифрового фильтра поясняется временной диаграммой, привеценной на фиг. 2. В качестве примера взят фильтр с количеством коэффициентов N 10О в блоке памяти коэффициентов, разделенном на ава узла памяти по 5О коэффициентов в кажцом (т.е. ).

Ось а показывает отсчеты У: на перBOM вхоае умножителя; ось б - весовые

, коэффициенты первого узла на втором вхоце умножителя; ось в - весовые коэ4н фициенты второго узла на втором входе умножителя; ось г - прием результата

I сложения в первый регистр 4; ось д пртем результата сложения во второй

регистр 4; ось е - прием информации в цифроаналоговый преобразователь. Технико-экономический эффект от использования предлагаемого устрой ства выражается в том, что в фильт ре в течение каждого интервала времени Т должно быть выпрпнёно т- rj- операций умножения, сложения и обращение в блок памяти и один сдвиг. Следовательно

Т7ТГ - -1 с.

что и обеспечивает выигрыш по быстродействию по крайней мере в М раз. При больших значениях N сушествеявым оказывается и выигрыш в обшем объеме блока памяти, число ячеек которых с учетом регистров составляет (.) I вместо 2N в известном фильтре. Кроме того, сокращается количество используемого оборудования и потребляемая мощность.

НЕгеКУРСИВНЫЙ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР НИЖНИХ ЧАСТОТ, содержащий аналого-цифровой преобразователь, вход которого является вхоцом фильтра, умно житель, выход которого подключен к первому входу сумматора, регистр, блок памяти коэффициентов, содержащий N ячеек, блок синхронизации, первый выход KOTOi рого подключен к управляющему входу цифроаналоговогх преобразователя, вькод которого является выходом фильтра, о тличающийся тем, что, с целью повышения бьютродействия, в него вве« дены первый, второй и третий коммутаторы,т-1 (rt) N|H . TOeyirfrp /5rpj,, грбх грвых - соответственно гра- , ничные входная и выходная частоты) ре« гистров, а блок памяти коэффициентов содержит In узлов памяти по и ячеек в каждом, причем выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым вхо дом умножителя, выход сумматора пооключен к входу первого коммутатора, i -ый

««

f «

t«NJ