Цифровой рекурсивный фильтр Советский патент 1987 года по МПК H03H17/04 G06F17/17 

элементы задержки 2, умножители 3, блок постоянной памяти 4, элементы задержки 5,6, сумматоры 7, умножители 8, элемент задержки 9, умножи1

Изобретение относится к цифровой радиоизмерительной технике и может быть использовано при построении циф- рЬвых анализаторов спектра и уст- ройств цифровой фильтрации сигналов, 5 у .которых интервал времени между входными отсчетами меньше, чем интервал времени вычисления одного выходного отсчета в узлах устройства.

Целью изобретения является повыше- 0 ние быстродействия.

На фиг,1 изображена структурная схема цифрового рекурсивного фильтра с N входами и выходами; на фиг.2 - Временное диаграммы работы цифрового 5 рекурсивного фильтра с тремя входами я тремя выходами.

X

Цифровой рекурсивный фильтр содержит сумматор 1, элементы 2 задерж- 20 ки, умножители 3, блок 4 постоянной памяти, элементы 5 и 6 задержки, сумматоры 7, умножители 8, элемент 9 задержки, умножители 10, элемент 11 задержки, умножители 12, элемент 13 25 задержки, умножители 14-16 и элемент 17 задержки.

.Рассмотрим работу цифрового рекур- сивново фильтра при N-кратном распараллеливании входных отсчетов. Пусть в момент времени во всех цифровых элементах 5 задержки (Ш13ДЧ5), Щ13ДЧ2, ЦЛЗДЧ6, 1ЩЗ,Ц9, ЦЛЗДЧ11 записаны нули и на .все N входов устройства поступают коды выборок входной реализации х„,о ; XN,, , N,1 N-1 ® первый индекс означает степень распараллеливания входной реализаций, а второй индекс указывает номер выборки в последовательности входных отсчетов. Одновременно из блока 4 постоянной памяти (ПЗУДЧ4) на вторые входы всех умножителей 10 (ПмДЧЮ) поступает код числа В, равный первому коэффициенту обратной связи цифрового рекурсивного

фильтра . В этот же момент време-

35

40

45

тель 10, элемент задержки 11, умножитель 12, элементы задержки 13, умножители 14, 15, 16 и элемент задержки 17, 2 ил о

ни коды выборок входной реализации XN.O N-, , ....,, поступают на первые входы N-1-го. ПмДЧВ, одновременно код, соответствующий числу Xfiu , поступает на первый вход первого СмДЧ7, а коды выборок х„, , N,2 ,N-i 3 входы соответствующих N-1 ЦЛЗДЧ5, имеюпдах задержки t Т. В момент времени в первом СмДЧ7 происходит суммирование, и в момент времени t Т на выходе первого СмДЧ7 образуется код, соответствующий числу Xf,Q + О + О + О, который поступает на вход ЦЛЗДЧ9, обеспечивающего задержку на выходах N-1-го ПмДЧВ. В момент времени образуются коды чисел, соответствующих числам XN,O-В; х„,.В х.В ,..., N N-1 которые поступают на вторые входы соответствующих N-2-x СмДЧ7 и на второй вход СмДЧ1 после N-2-x ЦПЗДЧ5, на первые входы N-2-x соответствующих СмДЧ7 поступают коды выборок

N-1 N.-2 ,N-1 КОД, соответствующий выборке Xf(j,, , поступает одновременно на первый вход СМДЧ1 и на вход ЦПЗДЧб, который дает задержку на t сГ.

.1 .

В момент времени t в СмДЧ и СмДЧ 1 происходит суммирование действительных чис(Ш, поступающих на их входы, при этом на их выходах, а значит, и на первом, втором, третьем,

четвертом N-M выходах устройства

в момент времени получаются коды, соответствукщйе числам УН,, х„, + Вх,р ,

УМ, ,2 ™N,i

У.Ъ N.3 N,2

Ун,н+1 +H,NM + Вх

N,11 -1

а на выходе Щ13ДЧ9, а значит и на выходе устройства под номером 1 -код соответствующий числу Уц х + 0.

Таким образом, в момент времени на N выходах устройства по- являются коды, соответствующие отклику цифрового рекурсивного фильтра второго порядка в соответствующий момент времени. Одновременно код, соответствующий числу , поступает на вход ЦПЗДЧ11, который дает задержку на t С, и на первый вход ПмДЧЮ. Одновременно из ПЗУДЧ4 поступает код числа Д, Д В2, где В1, В2 - коэффициенты обратной связи цифрово- го рекурсивного фильтра второго порядка . Коды, соответствующие числам Уцл i Ум.г i Ум,м-2 поступают на входы N-2-X ЦЛЗДЧ13, которые дают задержку на t о , код, соответствующий числу у,, „., , поступает на вход ЦПЗДЧ2, который дает задержку на t Т.

В момент времени t t на первый вход ПмДЧ1б с выхода ЦПЗДЧб поступа- ет код, соответствующий числу х одновременно из ПЗУДЧА поступает код соответствующий числу В, В В1, где В1 - коэффициент обратной свя- зи цифрового рекурсивного фильтра в момент времени на выходе ПмДЧ16 а следовательно, на втором входе первого СмДЧ7 - код, соответствующий числу ,,,-В. Одновременно на входы цифрового рекурсивного фильтра поступает вторая группа выборок входных

чисел х, ; х„„„ -,

N,2 N-1 °

торые поступают на первые входы N-1-го ПмДЧЗ. Код, соответствующий числу X „ц , поступает на первый вход первого СмДЧ7, одновременно коды, соответствующие числам х,,., х , ..., ., , поступают на соответствующие входы N-1 Щ13ДЧ5, в этот же момент времени на выходе ПмДЧЮ появится код, соответствующий числу У„р-Д (х,+ ).Д,. который одновременно появляется и на четвертом входе первого СмДЧ7, в момент време- ни происходит суммирование кодов, поступающих на входы первого СмДЧ7. В этот же момент времени на первом входе ПмДЧ12 появится код,-соответствующий числу Х|,, + , одновременно из ПЗУДЧ4 на второй вход ПмДЧ12 поступает код, соответствующий числу Е В1 В2. На первом входе ПмДЧ14 и одновременно на первых входах ПмДЧ15 в момент времени Г появятся коды, соответствующие числам у„, J y,j i.,., , а на первом входе ПмДЧЗ и на входе второй Щ13ДЧ2 - код, соответствующий числу

У.

N,N-1

. Одновременно из ПЗУДУ4 на вторые входы всех ПмДЧ15 поступает код числа Е, а на вторые входы всех

ПмДЧ14, второго ПМДЧЗ - к од числа Д. В момент времени 1: на выходе первого СмДЧ7 после операции сложения появится код, соответствующий числу XN,N+ B-XN.N, + Д Уи,о х.щ + В-х.., + + Д(хц,, + В. XN,O ) х„ + В-Хц.,+ + + В Д-Х)цо , который одновременно поступит на вход ЦЛЗДЧ9. В момент времени на выходах ПмДЧ11 и ПмДЧ13 появятся коды, соответствующие числам

УМ.О-Е (N,0 0)-Ei Ум,, Е (XN,, + B-XK,O ) Е;

N.2

(XN + В-х, ).Е-,

N,N-2 (N,N-2 + В-Х,„.з

) Е,

которые одновременно поступают на третьи входы N-2-x СмДЧ7 с номерами i+1, где ,2,3,...,6,...,N-2, код,

соответствующий числу Уц,м--2.

N,N-2. + B-x,,N-i ) Е, поступает на третий вход СмДЧ1. В этот же момент времени происходит суммирование в этих СмДЧ7 и СмДЧ1 кодов, поступивших на их входы, при этом на их выходах, а значит и на соответствующих выходах устройства, в момент времени t 5 пoявятcя коды, соответствующие числам

N,N.1 (х,,, +в-х + УМ.О-Е)

XN.NH + + ,

N,N41 (XN.N+I 2 Х,(1+ У)ч,1 Е)

X

N,N44 B.XK.N., + Е(хц,, + B-XN.O )

N,N + 3 (Хм, B-X. + УМ,2 Е)

HiNt-s N,K + 2 Е(.х + B Xf(, ;j,

УМ,Н,М (N,2N-1+ XN,7N-2+ E.yN,N-i)

В-х,.+ E)x,,. + B-x,.,)

X

Ha первом выходе устройства в этот же момент времени появится код, соответствующий числу Vfg fj У-,п + B-Xf,f,.,+ + Я-Уя.о XN,N., + B.X,.,+ Д(х., + + В,-х,,о ) XN.N + B-XN,N., + Д Х N,, +

+ В-Д Х |р , т.е. в момент времени , после появления первой группы кодов УМ,, yN.N-l

ходах цифрового рекурсивного фильтра появится вторая группа кодов у„ „ ,

VN.NM N,N+2 N.iN-i в з го же момент времени код, соответствующий числу у, , поступает на вход ЦПЗДЧ11 и. .на первый вход ПмДЧ 10, одновременно на его второй вход из 113УДЧ4 поступает код, соответствующи

коэффициенту Д. Коды Ун,л.1 i УМ.М ..., У|(-г одновременно поступают на входы соответствующих ЦЛЗДЧ5, код Уц,2Н-1 - на вход ЦПЗДЧ2. В этот же момент времени ка входы цифрового рекурсивного фильтра поступает третья группа выборок входных чисел х,, N.N+i N.N-1 которые подаютс на первые входы N-1-го ПнЦЧ8. Код

числа X

м,гм

поступает на первый вход

первого СмДЧ7, одновременно коды

.гм-и .-iN+aJ ,9N-i поступа- иуг на соответствующие входы N-1 ЦПЗДЧЗ, в этот же момент времени на выходе появится код, соответствующий- числу УНЦ-Д (х„„+В.х, ,, + , В Д х„.о) Д к„, Д + 4ВД.х,м., + ,, + ,,о, ко- торый одновременно появится на чет- вертом входе первого СмДЧ7, в этот же момент времени на выходе ПмДЧ16 появится код, соответствующий числу XK,., .В, который одновременно появится на втором входе первого СмДЧ7, а на его третьем входе появится код числа, полученный в результа- те перемножения во втором Пм,ЦЧЗ и равный y.N./E (xK,fj.,+ B Xf,,,)-E Е.., + B-E-XN,N-Z

Б момент времени Г происходит суммирование кодов, поступивших на входы первого СмДЧ7. Одновременно на первом входе ПмДЧ12 появится код, соответствующий числу уf, Х| + В Х.,+ Д Х;,, + В.д.х , , одновременно из ПЗУДЧ4 на второй вход ПмДЧ 12 поступает код,соответствующий числу . В2.

На первых входах ПмДЧ14 и одновременно на первых входах ПмДЧ15 появятся коды, соответствующие числам

N,NH Ук. yn, 3 пер- вом входе первого ПмДЧЗ и на входе второй ЦЛЗДЧ2 - код, соответствующий числу У N., , одновременно из ПЗУДЧ4 на вторые входы ПмДЧ14, первый ПмДЧЗ

поступает код числа Д, а на вторые входы ПмДЧ13 - код числа Е.

В момент времени на выходе первого СмДЧ7 после операции сложения появится код, соответствующий числу XM,, В Х„,ц,,+ ., + Д.Уи„ Хц,2.+ B.XH,N,.I+ Е (XN..N., ) + + Д(хн,1+ B.X., + Д-х„, -I- В-Д-х„ д) В.Хм,2ц.,+, Е.Хц,ц-1+ E-B.XN ,N.J + + Д-х„,+ Д В Ху,,,+ ,, + В-дЯх д, который одновременно поступает на вход Щ13ДЧ9. В этот же момент времени на выходе ПмДЧ12 появится код, соответствующий числу (х + + , + Д Х,, + В-Д.х„,о)Е, который одновременно появится на третьем входе второго СмДЧ7. На выходах ПмДЧ14 после перемножения кодов появятся коды, соответствующие числам y«W (XN,N..+ Б-х„,+ Е.)Д х„,ц4,Д + ВДХм,м+ ЕДх,,о , ,,+ Е(х,,+ Вх„,о)Д;

Ук,2Н-1Д (N,2 N-2- Вх„,.2„.з+Ем., )Д

N.N-I+BK -J,, +E(XN,M.J .4) Д, которые одновременно появятся на четвертых входах СмДч7 с номерами i+1,

где ,2,3N-2, а на четвертом

входе СмДЧ1 - код, полученный после перемножения кодов в первом ПмДЧЗ Ум,2и-,Д х„ 2Н-1+ В-Хц,гм-2,+Е Ун,г N,N-1+ BN.N-I +E(Xf,,2+ Вх,.5)Д. В этот же момент времени на вьгходах ПмДЧ12, всех ПмДЧ15, втором ПмДчЗ появятся коды, соответствующие числам У.,и XN,N+BXN, +Д(х„, +Вх,о)Е; Ун, ,NM+SX,, )Е;

yN,N.,,KM ,, +Вх )Е;

VN-I N.,N-a+B N,, которые одновременно поступают на третьи входы соответствующих СмДч7, на третий вход СмЦч,

В момент времени на выходах цифрового рекурсивного фильтра появится третья группа кодов, соответствующая числам + Вх.гн.., +ДУн,м +Еуц,(,,, ;

УИЛНЧ N,2N+1 N.SN ДУN, NM

УN,,зN-,Bxн,,N.,г,-Ey2N ., .

Таким образом, на выходах цифрового рекурсивного фильтра через , после окончания переходного процесса, появляются группы кодов, число которых в группе равно степени распараллеливания входного процесса, и значения которых на каждом выходе представляют собой отклик цифрового рекурсивного фильтра в каждый момент

пы, второй вход которого подключен к выходу j-ro коэффициента второй группы блока постоянной памяти, выход j-ro коэффициента третьей группы которого подключен к первому входу j-ro умножителя второй группы, выход i-ro умножителя второй группы подключен к третьему входу (i+1)-ro сумматора, четвертый вход которого

времени на входное воздействие, опре-fO подключен к выходу (i+1)-ro умножителя первой группы, выход К-го (К-2, N- l) элемента задержки первой группы подключен к второму входу К-го умножителя второй группы, выход пер- f5

деляемой выражением

у. у. + В1 у. + В2 у,ч, .

Последнее обстоятельство позволяет обрабатьгоать входные процессы, частота дискретизации которых превышает частоту работы узлов СмДЧ1, СмДЧ7, 1ЩЗДЧ2, ПмДЧЗ в.число раз, равное степени распараллеливания входного потока отсчетов.

Формула изобретения

вого и N-ro элемента задержки первой группы подключены к входам соответственно первого и второго элементов задержки, выходы которых подключены к вторым входам соответствен20 но первого и второго умножителей второй группы, выход первого элемента задержки первой группы является пер- вьв информационным выходом фильтра, (i+1)-M информационным выходом кото- Цифровой рекурсивный фильтр, со- 25 рого является выход (i+1)-ro сумматора, второй вход К-го умножителя третьей группы соединен с входом (К-1)-го элемента задержки второй группы и является К-м информационным входом

30 фильтра, N-M информационным входом которого является вход (N-l)-ro элемента задержки второй группы, выход которого, подключен к входу третьего элемента задержки, выход которого

35 подключен к первому входу умножнтедержащий блок постоянной памяти, первую группу из N умножителей .(М-коли- чество каналов), первую группу из N элементов задержки, первый сумматор, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены вторая группа из N умножителей, (N-1) сумматоров, вторая группа из (N-1) элементов задержки, третья группа из (N-1) умножителей, четыре элемента задержки и умножитель, причем выход i-ro (i-1, N-1) элемента задержки второй группы подключен к первому входу (i+l)-ro сумматора, второй вход которого подключен к выходу i-ro умножителя третьей группы, первый вход которого подключен к выходу i-ro коэффициента первой группы блока по- стоянной памяти, выход j-ro (j-1, N) сумматора подключен к входу j-ro элемента задержки первой группы, выход которого подключен к первому входу j-ro умножителя первой груп-

ля, второй вход которого подключен к выходу блока постоянной памяти, первым информационным входом фильтра являются соединенные между собой вто40 рой вход первого умножителя третьей группы и первый вход первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу умножителя, выход N-ro умножителя второй группы подключен к

45 входу четвертого элемента задержки, выход которого подключен к третьему входу первого сумматора, четвертый вход которого подключен к выходу первого умножителя первой группы.

пы, второй вход которого подключен к выходу j-ro коэффициента второй группы блока постоянной памяти, выход j-ro коэффициента третьей группы которого подключен к первому входу j-ro умножителя второй группы, выход i-ro умножителя второй группы подключен к третьему входу (i+1)-ro сумматора, четвертый вход которого

ля, второй вход которого подключен к выходу блока постоянной памяти, первым информационным входом фильтра являются соединенные между собой второй вход первого умножителя третьей группы и первый вход первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу умножителя, выход N-ro умножителя второй группы подключен к

входу четвертого элемента задержки, выход которого подключен к третьему входу первого сумматора, четвертый вход которого подключен к выходу первого умножителя первой группы.

Изобретение относится к дифровой радиоизмерительной технике и может быть использовано при построении цифровых анализаторов спектра и устройств цифровой фильтрации сигналов, у которых интервал времени между входными отсчетами меньше, чем интервал времени вычисления одного выходного отсчета в узлах устройства. Цель изобретения - повышение быстродействия. Поставленная цель достигается за счет того, что цифровой рекурсивный фильтр содержит сумматор 1,