Нерекурсивный фильтр Советский патент 1984 года по МПК H03H17/04 

I Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь: зовано в системах управления и регулирования , а также в системах обработки и передачи дискретной или аналоговой информации, радио и гидролокации . Известен нерекурсивный фильтр, содержащий линию задержки, отводы которой через соответствующие весовые блоки подключены к входам сумматора П. Наиболее близким по технической сущности к изoбpeteнию является нерекурсивный фильтр, содержащий ДАЛЗ, нечетные отводы которой через соответствующие весовые блоки подключены к входам первого сумматора, а чет ные отводы через другие соответствующие весовые блоки - к входам второго сумматора С 21. Однако Известным нерекурсивным фильтрам свойственна недостаточно высокая точность фильтрации. Целью изобретения является повышение точности фильтрации. Поставленная цель достигается тем что в нерекурсивный фильтр, содержащий ДАЛЗ, нечетные отводы которой через соответствующие весовые блоки подключены к входам первого сумматора, а четные отводы через другие соответствующие весовые блоки - к входам второго сумматора, введены п+2 (п - четное число) дополнительных весовых блоков, при этом п/2 дополни тельных весовых блоков включены между нечетными отводами ДАЛЗ и входами второго сумматора, п/2 других дополнительных блоков включены между четными отводами ДАЛЗ и входами первого сумматора, (п+))-ый дополнительный весовой блок включен между выходом первого сумматора и- одним из его вхо дов, а (п+2)-ой дополнительный весовой блок включен между выходом второ го сумматора и одним из его входов, а каждый весовой блок и каждый допол нительный весовой йлок состоит из че тырех ключей и коммутируемого конден сатора, первая обкладка которого под ключена к выходу первого ключа и информационному входу второго ключа, вторая обкладка к выходу третьего ключа и информационному входу четвер того ключа, информационные входы пер вого и тре тьего ключей объединены и являются входом весового блока, выхо 902 ды второго и четвертого ключей объединены и являются выходом весового блока, а управляющие входы ключей соединены с соответствующими выходами введенного блока управления. На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема нерекурсивного фильтра; на фиг. 2 - временные диаграммы работы блока управления. Нерекурсивный фильтр содержит ДАЛЗ 1. весовые блоки 1-8. сумматоры 9 и 10, дополнительные весовые блоки 11 - 18, 19 и 20, блок 21 управления, весовые блоки 1-8 содержат ключи 22-25 и коммутируемые конденсаторы 26-33, п дополнительных весовых, блоков 11 - 18 содержат ключи 34 - 37 и коммутируемые конденсаторы 38 - 45, (п+1)-ый и (п+2)-ой дополнительные блоки 19 и 20 содержат ключи 46 - 49 и коммутируемые конденсаторы 50 и 51. Блок 21 управления имеет выходы 52 57. Нерекурсивный фильтр работает следующим образом. Входной сигнал представляет собой чередующуюся посатедовательность отсчетов аналоговых сигналов U и U . Входные сигнал U и U чередуются во времени таким образом, что на вход нерекурсивного фильтра поступает последовательностьи (.-t) ,и„ (t+T) , О, а +2Т), и, (1+ЗТ.) , Ui(i+4T), Ui(t-b5T), из(1+6Т)-, Uj() и т.д., где Т - период дискретизации входного сигнала, определяемый теоремой Котельникова, В качестве примера ДАЛЗ 1 содержит семь запоминающих ячеек. В общем случае ДАЛЗ 1 может содержать запоминающие ячейки с п+1 отводами, а сам нерекурсивный фильтр каналов. Рассмотрим принцип работы фильта для момента времени L +71, т.е. ля момента времели, когда сигнал, появившийся на входе в момент Г, ройдя ДАЛЗ 1, окажется в момент +7Т на ее выходе. При этом на всех тводах ДАЛЗ 1 появятся напряжения, т.е. на четных отводах ДАЛЗ 1 будет оследовательность напряжений Uja+O), U2(i+2T), i),(i+4T), ), на нечетных отводах ДАЛЗ 1 будет последовательность напряжений UjCt+T), ИгН+ЗТ), и, (), Uo ()

J1

в момент времени t +71, в соответствии с временной диаграммой (фиг.2) работы блока 21 управления, на выходе 52 будут импульсы, которые поступают на управляющие входы ключей 35-36 дополнительных весовых блоков 11 -- 18, в результате чего ключи 35-36 откроются. В этот же момент t+7T существуют импульсы на выходе 56 блока 21 управления, в результате чего откроются ключи 47 и 48 дополнительных весовых блоков 19 и 20. Для этого момента времени коммутируемые конденсаторы 45, 4; 41 и 39 получат соответствую1пд1е заряды нечетных отводов ДАЛЗ 1, т.е. заряды на конденсаторах 45, 43, 41 и 39 соответственно булут

(i+7T);

С U, (i+5T);

и Сл+ЗТ);

Оаьч а+Т).

Коммутируемые конденсаторы 38, 40, 42 и 44 дополнительных весовых ., блоков 11, 13, 15 и 17 получат соот ветствующие заряды с четных отводов ДАЛЗ 1 и будут равны

Qc3B Cj8 U,.(t+T);

QMO Сцо U2(t+2T);

(;(t+4T);

QCA Сцц П. Я+бТ) .

Так как все четные весовые блоки 2, 4, 6, 8, 12, 14, 16и 18 своими выходами включены на соответствующие входы сумматоров 9 и 10, в цепях обратных связей которых включены соответственно дополнительные весовые блоки 19 и 20, то при открытых ключах 47 и 48 в соответствующих весовых блоках 19 и 20 заряды на их конденсаторах 50 и 51 равны

QcSo - q Т) V (i4

5T).QiUi(t.6T).Cl3,U3().j (О Qc5l -- Csi (:-Ь ST) C420,(-t

) () C3aU(t-bD).

Из выражений (1) могут быть записаны выходные напряжения, существующие к моменту времени +7Т на выходах сумматоров 9 и 10, которые являются выходами фильтра. Так, на выходе сумматора 9 будет сигнал (для простоты записи опускаем указания времени)

107290 4

На выходе сумматора 10 будет сигнал ; - „ „rt

.з)

Обозначим отношение емкостей в выражениях (2) и (3) через соответствую щие коэффициенты как

а.а. (2а)

.«,151.л , (За)

Csi

С51

,С51

Тогда выражения (2) и (3), описывающие сигналы на выходе 69 и 70 фильт5 ра в соответствии с обозначениями (2а) и (За), примут вид

;

u -QoUo -ailliba Ui -QfiUi, /

Рассмотрим следующий момент времени . Согласно временной диаграмме (фиг. 2) в зтот момент импульсы - будут на первом и третьем выходах соответственно 57 и 55 блока 21 управления, в результате чего импульсы поступают на управляющие входы ключей 22 и 25 весовых блоков 1-8 и на ключи 46 и 49 дополнительных весовых блоков 50 и 51. В этот момент времени на четных отводах ДАЛЗ будет последовательность соответствующихнапряжений

Ц(), U(i-b2T), Ui(i+4T),UH-t- 6T) 5 а на нечетных отводах ДАЛЗ 1 будет последовательность соответствующих напряжений Ulj(t-fT), из(-1н-ЗТ), UXt-i-5T). U,(i + 7T).

Пля этого момента времени коммутируемые конденсаторы 26, 28, 30 и 32 весовых блоков 1, 3, 5 и 7 получают соответствующие заряды с четных отводов ДАЛЗ 1, т.е. заряды на коммутируемых конденсаторах 26, 28, 30 и 32 соответственно будут Зсга ); C28U3(-t+2T); йсзо С.о U2(-t.+4T); Clc32 CiaU,(-t+6T);

Коммутируемые конденсаторы 33,.31, 29, 27 дополнительных весовых блоков 11, 13, 15 и 17 получают соответствующие заряды с нечетных отводов ДАЛЗ 1

5Йсг, Ci5U,(t-f7T);

ЙС31 ,С,1 О, (-1+51);

3c2q C29U2(i+3T); a«:f C24U(-t-bT). Так как все нечетные весовые бло ки t,. 3, 5, 7, 11, 13, 15 и 17 своими выходами также подключены к входам сумматоров 9 и 10, в цепях обрат ных связей которых включены соответственно дополнительные весовые блоки 19 ц 20, то -при открытых ключах 46 и 49 (в этот момент времени управ ляющие, импульсы с первого выхода 57 блока 21 управления включают ключи 46 и 49) заряды на соответствующих коммутируемых конденсаторах 50 и 53 соответственно будут ac5o l 5oU6b,xo.Cj2U.(:-t-ST)t-( -4T)C2sU3(-b+2T)C2sU( QCSI - Cs Uftbix АО ( -С1з U (-t b5T) + CaUi(-t T C2:|Uj(T) 5 Из выражения (5) могут быть написаны выходные напряжения, существующие в момент времени на выходах сумматоров 9 и 10, Которые являются и вьпсодами фильтра. На выходе сумматора .9 фильтра будет сигнал ., (6) , 4 На выходе 70 фильтра (т.е, второго канала 20) будет сигнал М u,.i-u, W Обозначим отношение емкостей в выражениях (6) и (7) через соответству ющие коэффициенты как ,.g..,,,|i.,,, (6. «..Оз1 . Ого ., Сй -SI л . Са - fV Выражения (6) и (7), описьшающие сигналы На выходе фильтра с учетом обозначений (6а) и (7а), соответственно примут вид Ug-a,ti, a:iU т ; ,u,a Uj -aeUj; Я Дли момент принцип действия аналогичен рассмотренному в момент времени +7Т,но с учетом того, что в Момент времени t+9T будут импульсы на четвертом выходе 54 блока 21.управления, которые «отступают на управляющие входы ключей 34 и 37 дополнительных весовых блоков 11 - 18, а в момент i+7I существовали импульсы на шестом выходе 52 блока 21 управления, в результате чего были открыты, как указывалось ранее, ключи 35 и 36 дополнительных весовых блоков 11-18 Подобная коммутация коммутируемых конденсаторов 38 - 45 позволяет с высокой скоростью перезаряжаться, что исключает необходимость предварительного разряда конденсаторов для обеспечения точностного режима работы устройства, так как для каждого момента времени переключения изменяется полярность пластин конденсаторов относительно входного напряжения, за счет соответствующего включения ключей, однако полярность напряжения на входе и выходе блока коммутируемых конденсаторов остается постоянной. Поэтому для момента времени i +9Т процесс аналогичен рассмотренному в момент +7Т, учитывая факт, что сигнал подвинулся по лини задержки на два такта вправо (фиг. 2). При этом напряжения на выходе сумматора 9 и выходе сумматора 10 соответственно будут U9-aM J(i.T)-aiai()-ctsU5(-bv + (, -a,);(-t-GT QjUi()-c4U,,(-fc-b l-2T)Aca();(9) алее процесс повторяется. Из полученных соотношений видно, То предлагаемый нерекурсивный фильтр беспечивает многоканальную работу, ричем с высоким быстродействием, рисущим аналоговым схемам. Из вьфажений (2), (3) и (6), (7) акже видно, что основным показатеем точности фильтра является отноение номиналов емкостей, определяющх коэффициенты а, , а , а , а , а., , Эр , а J которые при воздействии азличных дестабилизирующих факторов зменяют свои характеристики в одну ту же сторону, что приводит к пракической независимости коэффициентов , , а, , а, а, а. , а от лияния внешних воздействий. h4 I I I I I I I I I I I I

1. НЕРЕКУРСИВНЫЙ ФИЛЬТР, содержащий дискретно-аналоговую линию задержки (ДАЛЗ), нечетные отводы которой через соответствующие весовые блоки подключены к входам первого сумматора, а четные отводь через другие соответствующие весовые блоки - к входам второго сумматора, отличающийся тем, что с целью повьппения точности фильтраj ции, в него введены п+2 (п - четное число) дополнительных весовых блоков, при этом п/2 дополнительных весовых блоков включены мезвду нечетными отводами ДАЛЗ и входами второго сумматора, п/2 других дополнительных блоков включены между четными отводами ДАЛЗ и входами первого сумматора, (п+1)-ый,дополнительный весовой блок включен между выходом первого сумматора и одним из его входов, а (п+2)ой дополнительный весовой блок включен между выходом второго сумматора и одним из его.входов. 2. Фильтр по п. 1,отличающ и и с я тем, что каждый весовой блок и каждый дополнительный весовой блок состоит из четырех ключей и коммутируемого конденсатора, первая обкладка которого подключена к вьпсоду первого ключа и информационному вхо(Л ду второго ключа, вторая обкладка к выходу третьего ключа и информационному входу четвертого ключа, информационные входы первого и третьего ключей объединены и являются входом весового блока, выходы второго и четвертого ключей объединены и являются выходом весового блока, а управляющие э входы ключей соединены с соответствующими выходами введенного блока fo ;о управления. э

4(8)

т)

Фиг.