Цифровой нерекурсивный фильтр Советский патент 1986 года по МПК H03H17/06 

Изобретение относится к радиотех нике и может быть использовано для фильтрации сигналов в реальном масштабе времени. Цель изобретения - повышение точ ности фильтрации при перестройке ам плитудно-частотной характеристики. На фиг.1 представлена электричес кая структурная схема цифрового нерекурсивного фильтра; на фиг.2 - ам пйитудно-частотные характеристики первого каскада (фиг.2а), второго каскада (фиг.2сГ) и в целом (фиг.2Ь) цифрового нерекурсивного фильтра; н фйг.З - временные диаграммы управляющих сигналов. Цифровой нерекурсивный фильтр (фиг.1) содержит умножитель 1, первьй и второй сумматоры 2 и 3, сумма тор-вычитатель 4, накапливающий сум матор 5, цифро-аналоговый преобразователь 6, первый и второй блоки 7 и 8 памяти отсчетов сигнала, первый второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый регистры 9-17, блок памяти 18 весовых коэ11|фициентов, первый, второй, третий коммутаторы 19,20 и 21,блок 22 сравнения, первый, второй, третий элементы И 23, 24 и 25, первый и. второй элементы ИЛИ 26 и 27, десятый, одиннадцатый и двенадцатый регистры 28, 29 и 30, четвертый,пятый, шестой, седьмой и восьмой коммутаторы 31-35, четвертьш, пятый, шестой и седьмой элементы И 36,, 37, 38 и 39. Цифровой нерекурсивный фильтр работает следующим образом. При выч:-1Слении выходного отсчета устройство выполняет операцию сверт ки дваж,цы и нерекурсивньш цифровой фильтр построен по двугхкаскадной структуре. Первый каскад формирует гребенчатую АЧХ с необходимыми параметрами ее отдельно взятого лепестка (фиг. 20-), второй каскад имеет АЧХ (фиг. 26), при которой резуль тирующая АЧХ фильтра (фиг.2Ь) имеет в рабочем диапазоне частот необходимое количество составляющих ее лепестков. В предельном случае может быть выделен один лепесток,т.е получена АЧХ полосового фильтра. В первом каскаде выполняется свертка входных отсчетов Xj с соответствующими-весовыми коэффициентами Ь„ по формуле 6 (Млм)/2 1 h.(x,:,y + hoX, + ) °( N - порядок первого каскада фильтра; (Pj-;-1) - коэффициент, определяюш 1Й число периодически повторяющихся лепестков АЧХ в рабочем диапазоне частот первого каскада фильтра. Во втором каскаде выполняется щими весовыми коэффициентами h, по формуле (N,-i)/2 У1 Z h,il(Z;(Ol24l)rn + ) + порядок первого каскада фильтра; (г-И). коэффициент,определяющий число периодически повторяющихся лепестков АЧХ в рабочем диапазоне частот второго каскада фильтра. Форма лепестков, составляющих гребенчатую АЧХ первого каскада, полностью определяется АЧХ базового фильтра с импульсной характеристикой h, но синтез этой импульсной характеристики происходит на одном периоде повторения лепестков АЧХ,что позволяет обойтись малым порядком базового фильтра N. Число лепестков АЧХ первого каскада периодически повторяющихся (|),+1) раз в диапазоне рабочих частот определяется числом нулей ( i), вносимых в импульсную характеристику базового фильтра между двумя значащими отсчетами при вычислении по формуле (1). Поэтому отдельно взятый лепесток имеет в i раз более узкую полоску (в приведенных частотах), чем полоса пропускания базового фильтра, Если необходимо иметь у каждого лепестка АЧХ первого каскада более широкую полосу пропускания, то производится прореживание импульсной характеристики базового фильтра в раз (берется один из весовых коэффициентов) . Границы изменения параметров избирательности получаемых АЧХ можно учесть при расчете импуль ной характеристики базового фильтра При необходимости получения АЧХ нерекурсивного цифрового фатьтра с узкими лепестками, но малым их числом в диапазоне рабочих частот (в пределе один узкий лепесток, что соответствует АЧХ полосового фильтра) отсчеты, полученные по формуле (1), используются в вычислениях по формуле (2), гц,е . Ъ результате такой обработки образуется АЧХ филь ра, имеющая меньшее число лепестков чем в первом каскаде, но для отдель но взятого лепестка параметры частотной избирательности сохраняются. Коэффициенты h При ответствующие полупериоду весовой функции базового фильтра, хранятся в блоке памяти весовых коэффициентов 18. Текущий отсчет выходного сигнала x + ()/2 через третий ком мутатор 21 (управляющие импульсы У9,У10) проходит на восьмой регистр 16 и записывается импульсом У4. Одновременно происходит считывание с первого 7 и второго 8 блоков памяти входных отсчетов Х и .,,)/ соответственно в седьмой 15,(У7) и девятый 17(У8,У4) регистры. Параллельно происходит считывание весового коэффициента h( ,у с блока памяти весовых коэффициентов 18 во второй регистр 10 (У1). В умножителе 1 этот весовой коэффициент и результат суммы входных отсчетов умножа.ются и поступают в накапливающий сумматор 5 (У4), который перед этим обнуляется (У II). В момент умножения на весовой коэффициент h(N6--iV происходит запись текуще го входного отсчета х. ..„ ,, изi + tNi--l)/g ВОСЬМОГО регистра 16 в первый блок памяти отсчетов сигнала 7(У5)-по ад ресу, по которому был считан х; , а хранимый в седьмом регистре 15 (У7) х отсчет записывается во второй бл памяти отсчетов сигнала 8 по адресу x(.4.j отсчета, который не потребуется для вычисления последую щих результатов. После записи в накапливающий сумматор 5 первого результата умножения отсчет х с седь мого регистра 15 (У7) через коммута тор 21 поступает на восьмой регистр 16, девятый регистр 17 обнуляется (У8)..Результат умножения пос1упает в накапливающий 5. Из первого и второго блоков памяти 7 и В отсчетов сигнала поступает следующая пара входных отсчетов, их сумма умножается на соответствующий весовой коэффициент и результат из умножителя 1 поступает в накапливающий сумматор 5. Далее операции повторяются до полного вычисления по формуле (1) и результат этого вычисления z. может быть записан в десятый регистр 28 (соответствующий управляющий импульс У21 изображен прерывисто й линией), как выходное значение отсчета цифрового нерекурсивного фильтра. При необходимости z- через третий коммутатор 21 (У9, У10) поступает в восьмой регистр 16 и будет использован как входной отсчет для вычисления по формуле (2). Адресация первого и второго блоков памяти 7 и 8 отсчетов сигнала обеспечивает выборку входных отсчетов в зависимости от заданных коэффициентов (i)t+1) или (Oj + D и коэффи.N.+1 , . ,Np + 1 циентов ( „ + д ) или (--- + 2 ) в зависимости от того, какой из каскадов фильтра реализуется. Рассмотрим порядок вычисления адреса для первого и второго блоков памяти 7 и 8 отсчетов сигнала при вычислении по формуле (1). Адрес для первого блока памяти 7 отсчетов сигнала вырабатывается путем суммирования текущего адреса с коэффициентом (О,+1) Порядок NJ определяется как пА - 1)(.+1) 1, 1 INiT р где J . j - целая часть от порядка базового фильтра, деленная на оэффициент (). Число умножений, роизводимых по формуле (1), равно J-, а значение максимального кода дреса с учетом того, что есть и улевой адрес, определяется как i+1 + v , поэтому при достижении адеса первого блока памяти 7 отсчетов игнала величины М ( + i ) ЭД ее должен перейти -к значению М ( + ). При таком переходе в конце цикла вычисления z- адрес приходит к его начальному значению. Для выработки начального адреса следующего цикла, цо которому считываются отсчеты Х; и ()/2, необходимо к полученному числу прибавить единицу, чем достигается единичный сдвиг всей весовой функции относительно входных отсчетов.. Выработка адреса для второго блока памяти отсчетов сигнала 8 должна начинаться с того же начального адреса, но последующие адреса вырабатываются путем вычитания из текущего значения коэффициента (i)j + 1). При достижении адреса величины адрес вычисляется как М + ()72 +i)j. Текущий адрес второго блока памяти отсчетов сигнала 8 из третьего регистра 11 через седьмой 34 и второй 20 коммутаторы (У20, У17) проходит сумматор-вычитатель 4, который в данный момент времени работает на вычитание. Таким образом, из приходящего на его первый вход числа вычитается число (|),), которое поступает через пятый 32 (У20) и пер вый 19 коммутаторы. Результат вычитания управляющим импульсом У12,проходящим через второй элемент ИЛИ 27 .(У12) и шестой элемент И 38 (У19), записывается в третий регистр 11. Если этот результат отрицательный, то единичное значение знакового разряда разрешает прохождение через первый коммутатор 19 сигнала с шестого коммутатора 33 (У20) ()/2+ + i который суммируется (У16) с от рицательным числом, хранящимся в третьем регистре 11. Окончательный результат записывается в него управляющим импульсом У13, проходящим через третий элемент И 25 (управляется единичным значением знакового разряда) и шестой элемент И 38 (У19 Далее через восьмой 35 и второй 20 коммутаторы () в с т маторвычитатель 4 поступает текущий адре ,первого блока памяти 7 и к его значению прибавляется коэффи1щент ()j + 1 Результат суммы записывается в четвертый регистр 12 управляющим импул сом У14, проходящим через первый эл мент ИЛИ 26 (У14) и пятый элемент И 37 (У19). В случае равенства или превышения значения текущего адреса величины (N2 + 1)/2+ поступающей с jcoMMyTaTopa 33 в блок сравнения 22, з полученной суммы эта величина выитается. Выход блока сравнения 22 правляет прохождением величины ()/2+i)i через первый коммутатор 19 и прохождением управляющего импульса У15 через первый элемент И 23. Этот импульс, проходя через первый элемент ИЛИ 26 (У 14) и пятый элемент И 37 (У19), записывает окончательный результат в четвертый регистр 12. При вычислении адреса, по которому записаны отсчеты х- и х N-I-1- вырабатываются управляющий импульс У18, который поступает на вход переноса сумматора-вычитателя 4., что увелич 1вает получаемый результат на единицу,и во второй элемент И 24 (У18),что позволяет записать результат суммы как в третий 1 1,так и в четвертый 1 2 регистры. После вычисления очередного адреса входных отсчетов управляющим шчшульсомУб идет их перезапись в шестой 14 и пятый 13 регистры и цикл выработки адреса повторяется. Вычисление адреса для блока памяти весовых коэффициентов 18 происходит в первом сумматоре 2 и первом регистре 9 (У2, УЗ). Управляющий импульс У2 устанавливает нулевой адрес. На первом сумматоре 2 к результату, хранимому в первом регистре 9 (У2, УЗ), добавляется коэффициент | поступающий с четвертого коммутатора 31 (У20). Следующий адрес записывается в первый регистр 9 управляющим импульсом УЗ. Управляюш ге импульсы У19 и У20 определяют, какая из формул (1) или (2) реализуется устройством. Эти импульсы коммутируют соответствуюшие элементы и коммутаторы. Кроме поступает на вход старшего разряда пятого 13 (Уб) и шестого 14 (У6) регистров, чем обеспечивает запись входных отсчетов X и отсчетов результатов вычисления в разные ячейки первого и второго блоков памяти 7 и 8 отсчетов сигнала. При этом на управляющий вход третьего элемента И 25 подается управляющийсигнал У13, а на входы сумматора-вычитателя 4 подаются управляющие сигналы У16 и У18. Формула изобретения Цифровой нерекурсивный фильтр,содержащий последовательно соединенные первый сумматор, первый регистр,бло памяти весовых коэффициентов, второ регистр, умножитель и накапливающий сумматор, при этом выход первого ре гистра соединен с первым входом пер вого сумматора, а второй вход умножителя соединен с выходом второго сумматора, последовательно соединен ные первый коммутатор и сумматор-вы читатель, вход которого соединен с информационными входами третьего и четвертого, регистров, второй коммутатор, выход которого соединен с вт рым входом сумматора-вычитателя,пос ледовательно соединенные блок сравнения, первый элемент И, первый эле мент ИЛИ, второй элемент И и второй элемент ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента И, выход блока сравнения соединен с управляющим входом первого коммутатора, последовательно соединенные пятый регистр, первый блок памяти отсчетов сигнала и третий ко мутатор, последовательно соединенные шестой регистр и второй блок памяти отсчетов сигнала, информационный вход которого соединен с вторым входом третьего коммутатора и выходом седьмого регистра, вход которог соединен с выходом первого блока памяти отсчетов сигнала, выход третьего коммутатора соединен с входом восьмого регистра, выход которого подключен к информационному входу первого блока памяти отсчетов сигна-ла и к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом девятого регистра, а вход - с выходом второго блока памяти отсчетов сигнала, при этом третий вход третьего коммутатора являет ся входом отсчетов входного сигнала а также цифроаналоговый преобразователь, выход которого является выхо дом цифрового нерекурсивного фильтра, при этом управляющие входы первого и второго блоков памяти отсчетов сигнала, вторые входы первого, второго и третьего элементов И, второй вход первого элемента ИЛИ, третий вход второго элемента ИЛИ, управляющие входы второго и третьего коммутаторов, сумматора-вычитателя, накапливающего сумматора, первого, второго, пятого, шестого, седьмого, восьмого и девятого регистров являются первой группой управляющих 768 входов цифрового нерекурсивного фильтра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности фильтрации при перестройке амплитудно-частотной характеристики, в него введены десятый, одиннадцатый и двенадцатый регистры, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой коммутаторы, четвертый, пятый,шестой и седьмой элементы И, при этом выход накапливающего сумматора соединен с четвертым входом третьего коммутатора и с входом десятого регистра,выход которого соединен с входом цифроанайогового преобраэователя и является цифровым выходом цифрового нерекурсивного фильтра, первый и второй входы четвертого коммутатора являются соответственно входами коэффициента прямоугольности соответствующих амплитудно-частотных характеристик цифрового нерекурсивного фильтра, а выход соединен с вторым входом первого сумматора, первый и второй входы питого коммутатора являются соответственно входами коэффициентов, определяющих число лепестков соответствующих амплитудночастотных характеристик цифрового нерекурсивного фильтра, а выход соединен с первым входом первого коммутатора, первый, второй входы шестого коммутатора являются соответственно входами коэффициентов, определяющих порядок соответствующих передаточных функций цифрового нерекурсивного фильтра, а выход соединен с вторым входом первого коммутатора и с первым входом блока сравнения, второй вход которого объединен с входом пятого регистра, первым входом второго коммутатора и соединен с выходом восьмого коммутатора, выход первого элемента ИЖ соединен с входом четвертого элемента И, выход которого соединен с управляющим входом одиннадцатого регистра и с входом пятого элемента И, выход которого соединен с управляющим входом четвертого регистра, выход которого соединен с первым входом восьмого коммутатора, второй вход которого соединен с выходом одиннадцатого регистра, выход второго элемента ШШ соединен с входом шестого элемента И, выход которого соединен с управляющим входом двенадцатого регистра и входом седьмого элемен

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - повышение точности фильтрации при перестройке АЧХ фильтра. Фильтр содержит умножитель 1, два сумматора 2 и 3, сумнатор-вычитатель 4,накапливающий сумматор 5, ЦАП 6, два блока 7 и 8 памяти отсчетов сигнала, двенадцать I регистров (Р) 9-17 и 28-30, лок 18 памяти весовых коэффициентов, семь коммутаторов (К) 19-21 и 31-35, блок 22 сравнения, два элемента ИЛИ 26 и 27 и семь элементов И 23-25 и 3639. Фильтр построен по двухкаскадной структуре и при вычислении выходного отсчета дважды выполняет операцию свертки. Первый каскад формирует гребенчатую АЧХ с необходимыми параметрами ее отдельно взятого лепестка. Второй каскад имеет АЧХ, при которой результирующая АЧХ фильтра имеет в рабочем диапазоне частот необходимое количество составляющих ее лепестков. i В предельном случае м.б. выделен один лепесток. Цель достигается введени(Л ем Р 28-30, К 31-35 и элементов И 3639. 3 ил. anam tj- uuypd