Цифровой фильтр Советский патент 1984 года по МПК H03H17/00 

Изобретение относится к устройствам дискретно-аналоговой обработки сигналов и может быть применено при конструировании систем связи, обработке изображений. Известен аналого-цифровой фильтр, содержащий аналого-цифровой преобразователь, блоки матричного умножения блок вероятностного округления, блок памяти, динамический блок памяти, сумматоры, цифроаналоговый преобразователь. Фильтр в зависимости от ве личины коэффициентов пропорциональности может быть рекурсивным или нерекурсивным СП. Недостатком такого устройства является сложность реализации, требующая использования большого числа перемножителей. В устройствах фильтрации для входных последовательностей конечной длины не обеспечирается вычисление значений, близких к концам этой последовательности, что не обеспечивает достаточной точности фильтрации. Наиболее близким техническим решением к предложенному является цифровой фильтр, содержащий п-разрядный квантователь,rvканалов фильтрации, каждый из которых включает элемент задержки, и цифроаналоговый преобрат зователь С 21. Известньй цифровой фильтр также не обеспечивает достаточной точности льтрации. Цель изобретения - повышение точности фильтрации. Цель достигается тем, что 9 цифро вой фильтр, содержащий i -разрядный квантователь,И каналов фильтрации, каждый из которых включает элемент задержки, и цифроаналоговый преобразователь, введены блок логической обработки, включенный между соответствующими выходами п каналов фильтра ции и соответствующими входами цифро аналогового преобразователя, а в i-й (где Ч 1,...,vi) канал фильтратщи введеныдополнительный элемент задержк и т блоков фильтрации,причем в 1 -ом ка .нале фильтрацш первый блок фильтрации выполнен на элементах ИЛИ-НЕ и И-НЕ, первые входы которых непосредственно, а вторые входы соответствен но через элемент задержки и дополнительный элемент задержки объединены и подключены к г-му выходу кйантователя, выход элемента ИЛИ-НЕ является первым выходомпервого блока фильтрации, вторым выходом которого является выход элемента И-НЕ, j-и (где i 2,...,Vw) блок фильтрации состоит из 2 електоров . по длительности, каждый из которых вьшолнен на элементах ИЛИ-НЕ и И-НЕ, первые входы которых непосредственно, а вторые входы через соответствующий элемент задержки объединены и являются входом селектора по длительности, первым выходом которого является выход элемента И-HEi а вторым выходом - выход элемента ИЛИ-НЕ, при этом первый и второй выходы первого блока фильтрации подключены к входам соответственно первого и второго селектора по длительности второго блока фш1ьтра1 ии, первьй выход li-го (где vi 1,...,) селектора цо длительности -го блока сЬильтрации подключен к входу ()го селектора по длительности (/+1)-го5 кромет-го, блока фильтрации, второй выходи-го селектора по длительности блока фильтрации - к входу 2к-го селектора по длительности (;3+1)-го, кромет-го, блока фильтрации, а вы- ходы селекторов по длительности т-го блока фильтрации являются выходами го канала фильтрации. Блок логической обработки вьшолнен. на элементах ИЛИ и И, реализующих уравнение ,( ,СР-) где р п-2 количество входов (вы-. ;; ходов) блока логической обработки; a( ,р - значения выходных сигналов блока логической обработки; 1,...,р - значения входных сигналов блока логической обработки. На чертеже представ лена структур- . пая электрическая схема цифрового ильтра (для 2-разрядного квантоватея и двух блоков фильтрации, .т.е. 2,). . .. . Цифровой фильтр содержит 5-разрядный квантователь 1 , два канала2-1 2-2 фильтрации, каждый из которых состоит из двух блоков 3-1-1,3-1-2, 3-2-1 и 3-2-2 фильтрации, блок 4 логической обработки, цифроаналоговый преобразователь 5. . Первый блок 3-1-1 фильтрации (для первого канала 2-1 фильтрации образован подключением к каждому из его входов элемента ИГ1И-НЕ 6-1-1, элемента И-НЕ 7-1-1 и элементов 8-1-1 задержки, и дополнительного элемента 9-1-1 задержки на период центральной (резонансной) частоты цифрового фильтра.

Во втором блоке 3-2-1 фильтрации содержится два селектора по длительности, первьй из Которых вьшолнен на элементах И-НЕ 6-2-1 и ИЛИ-НЕ 7-2-1, элементах 8-2-1 и 9-2-1 задержки, а второй - на элементах И-НЕ 6-2-2 и Ш1И-НЕ 7-2-2, элементах 8-2-2 и 9-2-2 задержки.

Блок 4 логической обработки выполнен на элементах И и ИЛИ.

Цифровой фильтр работает следующим образом.

При поступлении входного аналогового сигнала.он квантуется с помощью квантователя 1. Полученные на его выходе стандартные по амплитуде импульсы с различной длительностью поступают на блоки 3-1-1 и 3-1-2 фильтрации.

Длительность задержки одинакова и равна периоду центральной (резонансной) вьщеляемой в фильтре частоты. В результате выполнения логичес ких операций и задержки длительности изменяется и увеличивается их количество. При этом для синусоидальног сигнала, частота которого совпадает с центральной частотой фильтра при выполнении логических операций И и ИЛИ после задержки на период, длительности импульсов не будут изменяться, так как такая задержка прост приводит к их точному наложению. Поэтому после перегруппировки на выходе блока 4 логической обработки они будут занимать в четыре раза больше выходных шин. На выходе цифроаналогового преобразователя 5 им будут соответствовать такой же синусоидальный сигнал учетверенной амплитуды.

При отклонении частоты синусоидального сигнала в ту или иную сторону от вьщеляемой частоты увеличение числа длительностей будет меньше и поэтому амплитуда на выходе цифроаналогового преобразователя 5 будет увеличиваться менее чем в. четьфе раза. Это вызвано тем, что при наложении после сдвига на период центральной вьщеляемой частоты и вьшолнения логических операций часть длительностей будет расширена, а xiacTb обужена. В результате часть длительностей, соответствующих крайним сверху и крайним снизу частям сигнала, будет либо тождественно обращаться в ноль, либо в единицу. Поэтому общее число длительностей, отличных от тождественных, будет меньше, чем учетверенное число длительностей на входе.

Таким образом в результате прохождения синусоидальных сигналов происходит их неравномерное усиление, -ко5торое максимально для вьщеляемой частоты, что соответствует увеличению доли вьщеляемой частоты в суммарном входном сигнале.

Упорядоченную форму выходного сиг0нала позволяет получить блок 4 логической обработки, последовательно подсоединенный к второму блоку 3-2-1 или 3-2-2 фильтрации.

Количество входных шин блока 4

5 логической обработки соответствует количеству выходных шин второго блока 3-1-2 фильтрации двух каналов 2-1 и, 2-2 фильтрации. Блок 4 логической обработки работает таким образом,что.

0 все последовательности импульсов вы-страиваются упорядоченно по шинам квантования в соответствии с их длительностью.

Если, например, логическая едини5ца будет на самой верхней входной шине блока 4 логической обработки, а на всех остальных: входных шинах будут в это время нули, то, проходя через элементы ИЛИ, расположенные вдоль

0 правой стороны пирамиды, эта логическая единица переместится на самую нижннно выходную шину.

Пусть теперь логическая единица будет на самой верзгней входной шине

5 блока 4 логической обработки и на всех входных шинах, исключая вторую сверху шину. Тогда логические едини- цы на входных шинах,:начиная с третьей сверху, будут в результате взаимо50 действия проходить на соответствующие им выходные шины. В то же время будет обеспечено перемещение логической единицы на вторую выходную шину, которая пройдет через элемейт И с

55( левой стороны пирамиды.

Согласно логике работы этого блока на самом нижнем уровне располагаются последовательности наибольшей длиS11098886

тельности, на втором уровне - с мень-ленной из-за операцийквантования и шей длительностью и т.д. Тем самымлогической обработки,приводящей к обеспечивается восстановление единойувеличению точностифильтраформы сигнала, разнесенной и раздроб-ции.

gWfftgTgTgTgr

И

i I tft

E3O

Ц

HA

-3

n

LJ4

1. ЩадРОВОЙ ФИЛЬТР, содержащий п -разрядньй квантователь, п каналов фильтрации, каждый из которых включает элемент задержки, и цифроаналоговый преобразователь, о т л ичающийсЯ тем, что, с целью повышения точности фильтрации, введены блок логической обработки, включенный между соответствующими выходами п. каналов фильтрации и соответстВ5ПОЩИМИ входами цифроаналогового преобразователя, а в i-й (где t 1, .. . ,П) канал фильтрации введены дополнительный элемент задержки и М блоков фильтрации, причем в i-ом канале фильтрации первьй блок фильтрации выполнен на элементах ИЛИ-НЕ и И-НЕ, первые входы ксэторых непосредственно, а вторые .входы соответственно через элемент задержки и дополнительньй элемент задержки объединены и подключены к 1-му выходу квантователя, выход элемента ИЛИ-НЕ является первым выходом первого блока фильтрации, вторым выходом которого является выход элемента И-НЕ, 1-и (где g 2,...,m) блок фильтраций состоит из 2Г селекторов по длительности, каждый из которых выполнен на элементах РШИ-НЕ и И-НЕ, первые входы которых непосредственно, а вторые входь через соответствующий элемент задержки объединены и являются входом селектора по длительности, первым выходом которого является выход элемента И-НЕ, а вторым выходом - выхоД элемента ИЛИ-НЕ, при этом первый и второй выходы первого блока фильтрации подключены к входам соответственно первого и второго селекторов по длительности второго блока фильтрации , первый выход к-го (где К 1, .. i, 23 ) ® селектора по длительности блока (/) фильтрации подключен к входу