Цифровой фильтр Советский патент 1986 года по МПК H03H17/00 G06F17/17 

Изобретение относится к технике цифровой обработки сигналов и может быть использовано в электросвязи, автоматике, измерительной технике и т.д. для цифровой фильтрации элект рических сигналов. Целью изобретения является повышение точности (взвешивание отсчетов путем увеличения отношения длительностей управляющих сигналов на выходах нуль-органов к периодам тактовых частот соответствующих генераторов импульсов). На фиг. 1 приведена блок-схема устройства (нерекурсивный фильтр пер вого порядка (N 1), а число М пороговых устройств, используемь1х для по вышения точности взвешивания отсчетов, равно трем); на фиг. 2 и 3 временные диаграммы, поясняющие работу устройства. Устройство содержит дискретизатор 1, пороговые блоки 2-4, счетчик управляемый усилитель 6, блок 7 синх ронизации, группу 8 элемент.ов задерж ки, регистр 9 сдвига, нуль-орган 10 генератор 11 тактовых импульсов, эле менты 12-14 задержки, элемент И 15, коммутатор 16, сумматор 11, нуль-орган 18, генератор 19 тактовых импуль icoB, генератор 20 пилообразного напряжения, элемент И 21 и коммутатор 22. Устройство работает следующим образом. Отсчеты входного сигнала U (фиг. 2Ь), снимаемые с выхода дискре тизатора 1, которьй управляемый тактовой последовательностью F (фиг.2с с второго выхода блока 7 синхронизации, оценивается по величине с помощью пороговых блоков 2-4. Опорные на пряжения, определяющие срабатывание пороговых блоков 2-4, равны Uf, U, 2 4 о- где и„ - амплитуда сигнала U о (фиг. 2п) на выходе генератора пило образного напряжения 20, определяющая допустимый динамический диапазон входных сигналов устройства. Для того, чтобы состояние выходо пороговых блоков-2-4 при амплитудах отсчета, близких по величине к поро и« U.1 , 2 и т.д., гам срабатьгоания - не менялось в течение интервала дис кретизации, пороговые устройства 2могут быть выполнены, например, на базе компараторов с характеристикой включения в виде петли гистерезиса, причем уровень срабатывания определяется для каждого порогового .устройства соответственно величинам у у,, г- и т.д., а ширина петли гис-. 2 4 . терезиса устанавливается несколько больше величины возможного уменьшения выходного сигнала дискретизатора 1 в ревиме хранения в течение одного интервала дискретизации. При этом если пороговый блок не сработал в момент появления отсчета на выходе дискретизатора 1, он тем более не сработает и в течение этого интервала дискретизации, так как выходной сигнал дискретизатора в режиме хранения может только незначительно уменьшится (из-за частичного разряда конденсаторов, например), но не увеличиться. Напротив, если поррговый блок сработал в момент появления сигнала на выходе дискретизатора 1, он также не изменит своего состояния в течение этого интервала дискретизации, поскольку выходной сигнал дискретизатора 1 не успеет опуститься ниже величины порога отпускания порогового устройства. Счетчик 5 с целью уменьшения объема памяти регистра 9 сдвига формирует на своем выходе двоичное число, соотдетствующее числу сработавших пороговых блоков . Таким образом на выходе счетчика 5 получается предварительная грубая оценка величины отсчета в соответствии с характеристикой квантования, приведенной на фиг.За, где Uj - выходной сигнал счетчика 5° в виде двоичного числа, U - величина отсчета на выходе дискретизато-. ра 1, и„ - амплитуда сигнала на выходе генератора 20 пилообразного напряжения. При этом, если на выходе c4ef4HKa 5 получаются двоичные числа 00, 01, 10 и 11, то управляемый усилитель 6 пропускает на свой выход входной отсчет, соответственно, с коэффициентами передачи В, 4, 2, 1, т.е. слабые сигналы проходят с большим усилением, чем более сильные, в соответствии с приведенной на фиг . 35 зависимостью выходного сигнала Ub управляемого усилителя 6 от величины сигнала U на выходе дискретизатора 1 . Управляем1 1Й усилитель 6 может быть выполнен, например, в виде коммутатора, выходы которого соединены с соответствующими входами взвешивающего усилителя, реализующего коэф фициенты передачи 1, 2, 4, 8, а управление коммутатором осуществляется выходным сигналом счетчика. В случае приведенном на фиг. 2, отсчеты Ui входного сигнала 14 попали в интерва Ut. Ut. поэтому сработают только 2 4 два пороговых блока из трех, и на вы ходе счетчика 5 появится двоичное число 10, которое установит коэффици ент передачи управляемого усилителя 6 равным двум, выходной сигнал ко торого и (фиг. 32) считывается элементом 12 в моменты времени t, t и т.д., сдвинутые относительно момен тов дискретизации tj и t первого дис кретизатора. Это обеспечивается тем, что тактовая последовательностьF, (фиг. 2а ), управляющая элементами 1 и 14, сдвинута относительно последо (фиг. 25), управляющий вательности F элементами 1 Благодаря наличию дискретизатора и указанного сдвига между тактовыми последовательностями, переходные про цессы в пороговых блоках 2-4, счетчике 5 и упра вляемом усилителе 6 успек)т завершиться до качала моментов t, t ... считьшания выходного сигнала Uj управляемого усилителя 6 элементом 12. Кроме того использование сдвинутых последовательностей F и FJ для управления элементами 12-14 позволяет получить на выходе элемента 14 сигнал Uj (фиг. Зб), задержанный на величину периода дискретизации относительнр вьгходного сигнала элемента 12. Поскольку тактовая последовательность F. подается также и .на тактовый вход регистра 9 сдвига, сдвиг отсчетов в группе 8 происходит синхронно со сдвигом двоичных чисел, снимаемых с выхода счетчика 5 в регистре 9 сдвига. Таким образом, в течение каждого периода дискретизации ,, , и Т..Д. известны не только сами значе иия отсчетов Uj и Uj на выходах элементов 12 и 14, но и двоичные числа, снимаемые с выходов регистра 9 сдви- га, которые определяют с каким коэффициентом усиления эти отсчеты прошли свое время через управляемый усилитель 6, т.е. несут шгформадию об истинных значениях отсчетов входных сигналов , которые, пройдя управляемьш усилитель 6, превратились в преобразоиаршые последовательности отсчетов Uj , и на выходах элементов 12, 14. Поскольку тактовая последовательность FJ , снимаемая с первого выхода блока синхронизации, управляет также и работой генератора 20 пилообразного напряжения, его выходной сигнал Ъд (фиг. 3q ) совпадает по фазе с моментами t и С, начала считывания сигналов с выходов элементов 12 и 14, которые сравниваются с величиной пилообразного напряжения U в нуль-органах 10 и 18. Пока сигнал на первом входе нуль-органа больше величины пилообразного напряжения, подаваемого на второй вход, выходной сигнал нуль-органа равен 1, а при нарушении этого условия становится равным нулю. Таким образом, в течение каждого интервала дискретизации tj-t,, , , и т.д. на выходах нуль-органов 10 и 18 появляются положительные импульсы, длительности которых пропорциональны амплитудам соответствующих отсчетов. Поскольку, в свою очередь, частоты выходных сигналов генераторов 11 и 19 тактовых импульсов пропорциональны значениям соответствующих весовых коэффициентов фильтра, на выодах элементов И 15 и 21 на каждом нтервале дискретизации будут появяться пачки импульсов, причем число импульсов в каждой пачке будет пропорционально произведению того или иного отсчета на соответствукяций весовой коэффициент. Поскольку в формировании указсшных произведений принимают участие отсчеты выходного сигнала, прошедшие управляемый усилитель 6 (Uj , 1)5), то для того, чтобы на выходе сумматора 17 появилась требуемая сумма произведений отсчетов входного сигнала U на соответствуюпще весовые коэффициенты, необходимр учесть значения коэффициентов передачи, с которыми отсчеты сигнала Uj-, проходили через управляемый усилитель 6 и которым соответствуют двоичные числа, находящиеся в ячейках памяти регистра 9 сдвига. С этой целью выходные сигналы элементов И 15 51 и 21 подаются на коммутаторы 16 и 22, управляющие входы которых соединены с выходами регистра 9 сдвига. В зависимости от того на какой из входов сумматора 17 коммутируется выходкой сигнал элемента И (15 или 21), пачка из Р импульсов на выходе этого элемента И может увеличить число на Р Р выходе сумматора 17 на IP, о 7 или 3 о Например, если какой-либо отсчет входного сигнала Ui прошел через управляемый усилитель 6 с коэффициентом передачи 8, то при последующей обработке этого отсчёта выходы элементов И будут коммутироваться на те входы сумматора 17, по которым суммирование осуществляется с весом 1/8 Сумматор 17 при этом может быть пост роен, например, на базе двух счетчиков, причем вькоды каждого коммутатора 16 и 22 соединены с входами первого, второго и т.д. разрядов соответствующего счетчика, а выходные сигналы счетчиков складываются с помощью дополнительного блока суммирования. Формула изобретения Цифровой фильтр, содержащий первый, второй и третий элементы задерж ки, блок синхронизахщи, первый выход которого подключен к тактовым входам первого и третьего элементов задержки и входу запуска генератора пилооб разного напряжения, выход которого подключен к первым входам первого и второго нуль-органов, выходы которых подключены к первым входам соответственно первого и второго элементов И, вторые входы которых подключе ны к выходам соответственно первого и второго генератора тактовых импуль 90 сов, сумматор, выход которого является информационным выходом фильтра, выход первого элемента задержки подключен к второму входу первого нульоргана и информационному входу второго элемента задержки, выход последнего подключен к информационному входу третьего элемента задержки, выход которого подключен к второму входу второго нуль-органа, а второй выход блока синхронизации подключен к тактовому входу второго элемента задержки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены дискретизатор, управля- ,емьй усилитель, счетчик, три пороговых блока, регистр сдвига и первьй и второй коммутаторы, причем второй выход блока синхронизации подключен к тактовому.входу дискретизатора, выход которого подключен к информационному входу управляемого усилителя и входам первого, второго и третьего пороговых блоков, выходы которых подключены к счетным входам счетчика, информационньш выход которого подключен к управляющему входу управляемого усилителя и информационному входу регистра сдвига, выходы разрядов первой и второй групп которого подключены к управляющим входам соответственно первого и второго комм таторов, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, а информационные входы первого и второго коммутаторов подключены к выходам соответственно первого и второго элементов И, первьй выход блока синхронизации подключен к тактовому входу регистра сдвига, выход управляемого усилителя подключен к информационному входу первого элемента задержки, а информационный вход дискретизатора является информационным входом фильтра.

Изобретение относится к технике цифровой обработки сигналов и может быть использовано в электросвязи, автоматике,, измерительной технике для цифровой фильтрации злектрИческих сигналов. Целью изобретения является повьшение точности - взвешивание отсчетов путем увеличения отношения длительностей управляющих сигналов на выходах нуль-органов 10 и 18 к периодам тактовых частот соответствующих генераторов 11 и 19 тактовых импульсов. Устройство содержит дискретизатор 1, пороговые блоки 2-4, счетчик 5, управляемый усилитель 6, блок 7 синхронизации, группу 8 элементов 12-14 задержки, регистр 9 сдвига, нуль-орган 10, генератор II тактовых импульсов, элементы И 15 и 21, коммутаторы 16 и 22, сумматор 17, нуль-орган 18, генератор 19 тактовых импульсов, генератор 20 пилообразного напряжения. 3 ил. (Л ю Од ю а со