Интерполирующий фильтр Советский патент 1984 года по МПК H03H17/00 

СП

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для решения задач сглаживания непрерывных и восстановления дискретизиро. ванных сигналов.

. Известен интерполирующий фильтр, содержащий последовательно соединенные цифровой регистр, преобразователь кода в напряжение, суммирующий 1усилителБ и несколько последовательно включенных интеграторов, причем 10 между входом первого ийтегратора и другим входом суммирующего усилителя включен запоминаювдий элемент, а .между выхо;а;ом и другим входом каждого из остальных интеграторов дклю- 15 чены последовательно ;Соединенные дополнительные запоминающий элемент и суммирующий усилитель, выход пре- образователя кода в напрйжение под-, ключей также ко входам всех дополнив; 20 тельных суммирующих усилителей Cl3 .Недостатки известного устройства

.эаключаю7;ся в отсутствии возможности плавной перестройки фильтра в. полосе . -частот входного сигнала и в ограни- j ченных функциональных возможностях. Наиболее близким по технической сущности к изобретению явля е сяин.терполирующий фильтр, содержащий

последовательно соединенные первый блок вычитания, первый вход которого- является входом фильтра, блок фиксации, аналого-цифровой преобразова, тель, первый коммутатор, бЛок памяти,Ьторой коммутатор, первый цифро-ана- . ,

йоговый преобразователь и функцио- 35 нальный преобразователь, выход которого подключен ко второму входу пер- . вого блока вычитания С27 ,

Недостатком данного интерполируюfijero фильтра является низкая хоч- 40 ность, так как в каждом такте срав ниёаются в блоке вычитания ВХОДНОЙ f сигнал и напряжение обратной связи. Из-за задержки, вносимой «блоком вычи: тания и аналого-цифровым преобразова-.45 .. - телем, задерживается на время tj формирование сигнала обратной связиJ Поэтому сравнение указанных напряжений будет осуществляться с .погрешностью .

д и чем больше отношение з ® 50 . Тд- период дискретизации, тем Больше

общая погрешность устройства. Кроме того, при з стремящемся к нулк, , погрешность преобразования д также

стремится к нулю, а это возможно при . условии, что Т , Поэтому строй

ство предназначено лишь для работы с низкой частотой дискретизации . : f А следовательно, учитывая однозначную связь частоты дискретизации f с верхней-частотой спектра 50 входного сигнала, может сглаживаться лишь низкочастотные (медленно изме- v някяциеся} входные сигналы, спектр которых не.превышает одного, килогер- ца, . . ., . ,,, .

Цель изобретения - повышение точности фильтрации.

Для этого в интерполирующий фильт содержащий первый блок вычитания, первый вход которого является входом интерполирующего фильтра, аналогоцифровой преобразователь, блок памяти и первый цифро аналоговый преобразователь, выход которого подключен к первому входу функционального пре-а образователя, введены накапливающий сумматор, второй цифро-аналоговый, преобразователь, второй блок вычитания , амплитудный анализатор, регистр памяти и третий Цифро-аналоговый преобразователь, включенные последовательно между выходом блока памяти и вторым входом функционального преобразователя, выход которого соединен . о вторым входом второго блока вычитания, при 3том первый блок вычитания, аналого-цифровой преобразователь f блок памяти и первьдй цифро-ана |Логовый преобразователь соединены последовательно, а второй вход первого, блока вычитания ч подключен к. выходу второго цифро-аналогового преобразователя.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого интерполирующего фильтра; на фиг,2.Временные диаграммы иллюстрирующие его работу,-- .,./-;:- : : , ; Интерполирующий фильтр содержит: последовательно соединенные первый блок 1 вычитания, аналого-цифровой преобразователь 2 (АЦП), блок 3 памяти, первь1й цифро-аналоговый прербразователь 4 (ЦАП); и функциональный преобразователь 5, последоват ьно соединенные накапливающий сумматор 6 .второй ЦАП 7, ВТОРОЙ блок 8 вычитав ния, амплитудный анализатор 9, регистр 10 памяти и .третий ЦАП 11, вкп ченные между выходом блока 3 памяти и вторым входом функционального преобразователя 5, При этом первый вход первого блока 1 вычитания является входом интерполирующего фильтра, jia который подается аналого выход второго ЦАП 7 (сигнал :0ос подключен к второму входу первого блока 1 вычитания, выход функционального преобразователя 5 соединен .с вторым входом второго блока 8 вычитания, ЁхОды сброса блока 3 памяти накапливающего сумматора б и регистра 10 памяти подключены к шине управления,- . : - i Интерполируншдай Фильтр работает следующим образом . .

Входной аналоговый сигнал 0 или дискдетизированный входной сигнал MeiA. (.фиг, 2) поступает на вход ин:терполирукпцего фильтра, т,е. на.вход йервого блока. 1вычитания. На второй вход первого блока 1 вычитания поступает ступенчатое напряжение Обратной связи Од , В момент времейй t (фиг. 2) }(ц -0. Тогда разность входных напряжений Iex-Uoc вx преобразуется АЦП 2 в код ,N через время -t ч записывается в блок 3 памяти по сигналу управления в момент времени i.,. Далее преобразование сигнала идет параллельно во времени по двум каналам. В первом из них код м вновь пре образуется ЦАП в аналоговый сигнал, поступающий на вход функционал{ ного преобразователя 5 / (выходной сигнал преобразователя 5 может в 66щем случае представлять собой любую функцию:кусочно-линейную, параболическую, синусоидальную и т.д., в рассматриваемом примере выходным сигналом функционального преобраэо- вателя 3 является кусочно- линейная Функция). Во втором канале код N преобразуется в ступенчатое напряжение равное входному сигналу (() в. момент времени (фиг. 2) и достигающее этого .значения через время i2 ® момент времени tj N(B этот момент может установиться сяе дующее значение входного сингнала, если он дискретизирован, фиг, 2и,,д| Очередная разность напряжений время ij, т.е. в момент времени/ з преобразуется АЦП 2 в код N и записьюается в блок 3 памяти вместо кода N. К этому времени (tj) выходное линейно изменяющееся напряж HaeUg,,, функционального преобразоват(е ля 5 становится равным . (i) J Йапряжёние UBUX поступает на второй вход второго блока 8 вычитания, если равенство (1) не выполняется, т.е. , тогда после прихода сигнала управления на втрром/выходе третьего ЦАП 12 в момент времени t появляется корректирующий аналоговый сигна л, который суммируется в Функднональном преобразователе 5 с основным сигналом, компенсируя погрешность Др саморазряда накапливающей емкости G, так, чтобы в следу ющий момент tjсравнения равенства (1 выполнилось. , - . . ; в следующих тактах работа устройства аналогична.. Таким образом, выходной сигнал интерполирующего фильтра представлйет собой сглаженный входной сигнал, причем сглаживающая функция задается функционгшьным преобразователем 5, а в приведенном описании работы фильтра эта функция кусочно-линейнёья Первый цифро-аналоговый преобраЭователь 4 и функциональный преобразователь 5 выполнены соответственно в виде преобразователя кода в ток 4 и накапливающей емкости С. Такая реализация позволяет, во-первых,упростить схему суммирования аналоговых сигналов на входе функционального преобразователя 5, Д суммированию двух токов в узле,и, во-вторых, увеличить быстродействие за счет исключения инерционного элемента - операционного усилителя, который был бы необходим в случае суммирования напряжений. Коды ( N , Nj иТ.д.) с выхода блока 3 памяти поступают через накаплйвающий сукматор б на вход второго ЦАП 7, на выходе которого формируется ступенчатое напряжение обратной связи и,с. Это напряжение поступает одновременно навторые входы первого блока 1 вычитания и второго блока 8 вычитания, на первый вход которого, подается напряжение Ugbiy с выхода функционального преобразователя 5. Таким образом, на .выходе BToppio блока 8 формируется разность напряжений Ap Uop-Ug, , затем, преобразуется амплитудным анализатором 9.в код, который по сигналу управления записывается в регистр 10 памяти. Третий ЦАП 11 преобразует этот код в корректирующий ток 3ц, который добавляется к основному тоky Зо в слукае не выполнения равенства (1), компенсируя тем самым.погрешность недозаряда накапливающей емкости С. -Выходные коды накапливающего сумматора 6 являются цифровым эквивалентом входного аналогового ригнала и, интерполирующего фильтра, При работе с выходом 2 (фиг. 1) интерполируювщй фильтр одновременно является и аналого-цифровым преобра-;зователем, выгодно отличаясь тем самым по функциональным возможностям ч. от устройства-прототипа. . Предлагаемое устройство также выгодно отличается от прототипа по точности . Действительно,, задержка сигнала в первом блоке 1 вычитания и.аналогоцифровом преобразователе 2 приводит к искажению выходного сигнала интерполирующего фильтра и появлению погрешности (фиг. 2,д- отличие выходного сигнала фильтра р° ® ального (вЫх и ) МаксимЕшьную пог погрешность можно вычислить --17:. -,где ди„ - макснмальнОе приращение входного сигна/ia за период дискретизации .J - суммарное время задержки

блоков 1 И 2, которая сводится к нулю, так как в интерполирующем фильтре входное, напряжение Ugy сравнивается не с выходным напряжением Функционального преобразователя 5, а со

ступенчатым напряжением U

Поэтому в данном случае .

Кг

ИНТЕРПОЛИРУЮВЩЯ ФИЛЬТР, СОг-держаафий первый блок вычитания, первый вход является входом ИНГ терпалиру101цего фильтра, аналого-циф- ревой преобразователь, блок памяти , и первый цифро-аналоговый преобразователь, выход которого подключен к г ESEJr-JwTi iA. первому входу функционгшьного преобразовдтеля, отличающиеся тем, что, с целью повышения тбчности фильтрации, введены накапливающий сукматор, второй цифро-аналоговый преобразователь, второй блок вычитания, амплитудный анализатор, регистр Памяти и третий цифро-аналоговый преобразователь, включенные последовательно между выходом блока памяти и вторым входом функционального преобразователя, выход которого соединен с вторым входом второго блока -вычитания,, при этом первый блок вычитания, аналого-цифровой преобразователь, блок памяти и первый цифроаналоговый преобразователь соединены последовательно, а второй вход (Л первого блока вычитания подключен к выходу второго цифро-аналогового преобразователя.