Цифровой нерекурсивный фильтр Советский патент 1988 года по МПК H03H17/06 

ГчЭ (Г) IsD СО

Изобретение относится к вычислительной технике. Цель изобретения - повьЕпение точности фильтрации без увеличения объема блока постоянно памяти, в котором хранятся частичные произведения. Цифровой нерекурсивный фильтр содержит вход 1, регистр 2.1- 2.L сдвига, блок 3 постоянной памяти, регистры 4,. 5, 7, алгебраический сумматор 6, блок 8 синхронизации, выход 12. Введение формирователя 9 поправки, коммутатора 10, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11 позволяет повысить точность представления.козффициентов, фильтра, а значит повысить и точностьS фильтрации. 4 ил.

0U9. f

2

Изобретение относится к вычисли- т|гльной технике и может быть исполь- зЬвано в аппаратуре цифровой фильт- рйции и спектрального .анализа.

Цель изобретения повышение точности фильтрации без увеличения объе- блока постоянной , в котором х|ранятся частичные произведения. i На фиг, 1 приведена структурная 10 С|хема цифрового нерекурсивного фильтг- pja; на фиг. 2 - структурная схема б|лока синхронизации; на фиг. 3 - фор- 141ровйтель поправки, пример вьшолне- 1|ия; на фиг. 4 - временные AHarpaHMbtjIS Поясняющие работу блока синхрониза- гЫи

I Цифровой нерекурсивный фильтр со- ержит вход 1, регистр 2,1-2.L сдви- ij-a, блок 3 постоянной памяти, пер- 20 фый 4, второй 5 регистры, алгебраический сумматор 6, третий регистр 7, ёлок 8 синхронизации, формирователь 9 поправки, коммутатор 10, элемент ИСКгаОЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11 и выход 12.25

Блок 8 синхронизации содержит генератор 13 тактовых импульсов, счетчик 14, дешифратор 15, элемент И 16, инвертор П

Формирователь 9 поправки содержит 30 онтактные точки 18-205 резистор 2 перемычки 22.

Алгоритм работы цифрового нереку Р сивного фильтра заключается в сле- ующем,35

Выходной сигнал цифрового нерекуривного фильтра описывается выражеием

Уг,

Е a)-x,,.j, j l

(0 40

где у - значение выходного отсчета фильтра в п-й момент времени;

aj - значение j-ro весового коэффициента фильтра; х,, ь - величина (n-j)-ro входного

отсчета; L - длина конечной импульсно й

характеристики фильтра. Для данных, представляемых в до- полнительном коде с фиксированной запятой с точностью В разрядов и масштабируемых так, чтобы д1 aj XI 1,

jt- f вьфажение (1) можно представить в

виде .

Уп -i:)():2-

0 S

0 5

0

5

0

0

5

Выражение в скобках есть двоичное В-разрядное представление входных от счетов . Изменяя порядок суммирования по j и k, получаем

Ь-1 I

У .x„,-y:.aj.x;..(3)

К,1 .J;1 .

Определив функцию F с L двоичньг -га аргументами, как

Fn(xn, Хпх) У aj . (4)

Выражение (3) можно представить ; терминах функции F как

В-1

у 2 F(xn, .,..., Хп-и) - и

V.n-1 J n-ij. n-uJ )

Пусть F F(x.,,x.j,...,Xi:;, (6)

FO F (Xn., x«.i,...,x°-, (7)

в

тогда у„

У F. - F, .

L. -(

(8)

Таким образом, для заданных коэффициентов фильтра {aiKj 1 ,о(.) и, значит, функции F значение у можно вычислить с помощью лишь операций сложения (вычитания для k О) и сдвига. Так как аргументы х функции Fy могут принимать значения (Oj.ll, то F характеризуется конечным числом 2 возможных значений, которые можно хранить в памяти, в частности в постоянном запоминающем устройстве.

Определяем экстремумы функции F, учитывая, что

.с1,

fer

Функция F достигает максимума Mant на таком наборе аргументов

, на котором все положительные, коэффициенты фильтра ajjp умножаются на 1 , а все отрицательшые (ajj - на х 0.

Функция F достигает минимума F,MH на таком наборе аргументов ( на котором наоборот все отрицательные коэффициенты фипьтра aj умножаются на х 1, а все положительные (аИр - на х 0.

Записываем значение выходного отсчета , прибавив в выражении (8) величину FHI I РИНН 1 ° всем F. и F,

.у 2-4F, + F) - (F« + F) -1 « - E2. F, - F, - F

1K

y, + F(g ).(9)

3

fc-1

,-

Обозначив Ff, ( I, 2 - 1) -2 F, - A, переписываем выражение (9)

для у„

у„ у; + л .(10)

Таким образом, прибавление величины FM ко всем F и FO приводит к тому, что все значения F становятся положительными, а хранение в блоке постоянной памяти одинакового знака не имеет смысла.

Следует учитывать, что диапазон значений функции Г (F, 4 F мпкс несимметричен.

Для того, чтобы избежать переполнения на выходе цифрового нерекурсивного фильтра, весовые коэффициенты aj нормируются так, чтобы

lajl 4 1.(П)

сом (Хп. J X „.,,., ,,Хп. ) записывается в первый регистр 4. В последукщих В-1 тактах работы, начиная с первого, на выходе коммутатора 10 появляются 10 значения сдвинутых на один разряд

вправо результатов (что необходимо для осуществления умножения F на 1/2) сложения формируемых алгебраическим сумматором 6. Так, в первом такте ра- ) 15 боты цифрового нерекурсивного фильтра складывается значение {F( ,

) +,FM

с значением

6-и

n-j. конце первого

20

Уменьшение коэффициентов a:

.. ,...u...eJ

поправки Л 5 |F(x l ,х

п-1 + FH S такта сдвинутый на один разряд вправо результат сложения S /t, равный в этом случае 2 S, , записывается во второй регистр 5. Одновременно очеaj сверх

необходимого.для соблюдения неравен- редное слово из блока 3 постоянной ства (11) приводит к потере точности, 25 памяти с адресом (х„ ,х.„.2 ,... ,Хп.л. )

записывается в первьй регистр 4. Во

втором такте работы слово, равное f-, ь-г va в-г л т- ) {F(x., , ,...,х„) + FV,J склады-вается с содержимым второго регист-иин

при данном числе разрядов

Поскольку Vjajl F«Q - F,,

JH

получаем ограничение | . маис U Предположим, что 1 (М

тогда .

Следовательно, для представления f в дополнительном коде необходим диапазон |-f 1 , ij длиной 2, в то вре- 35 Р

-

30 ра 5, равным 2 S

с Y - 4.

Й - ri.Xn, fl-4 « M-rf

+ F« + 2- S,

Такая операция повторяется В-1

мя, как длина диапазона Fццц ,F,,j равна 1 .

Смещая в.се значения функции F на FM в область положительных чисел, можно сократить длину слова на один разряд, либо при той же длине слова повысить точность представления Fj, а значит и точность фильтрации.

Цифровой нерекурсивный фильтр работает следующим образом.

Последовательность данньж , поступающих на вход 1 поочередно сдвигается в регистрах 2.1-2.L сдвига по тактам блока 8 синхронизации.

В тактах работы с 0-го по (В-1)-й i на первьш вход элемента 11 поступает I уровень логического нуля, а на второй j вход элемента 11 - инверсия переноса 40, (Р) из старшего разряда алгебраичес- ; кого сумматора 6. Тадим образом, в этих тактах работы цифрового нерекурсивного фильтра элемент 11 осуществляет дублирование знакового разряда. 45 В последнем В-м такте слово

(F(X°. ,) + . вычитав ется из содержимого второго регистра 5, а элемент 11, инвертируя перенос, формирует знаковый разряд ре50 зультата у. В конце В-го такта

сформированный таким образом результат у записывается в третий регистр 7 и присутствует на выходе 12 цифрового нерекурсивного фильтра весь пофункций (F + F) и (FO + F), Пред- 55 следующий цикл.

варительно в нулевом такте работы , Блок 8 синхронизации работает слепервый регистр 4 обнуляется,а на вы- дующим образом.

ходе коммутатора 10 появляется двоич- Генератор 13 вырабатывает последоный код поправки , генерируемый вательность тактовых импульсов, поначиная с мпадшего значащего разряда . Разряды х„ на выходе каж- ,дого регистра 2 используются в качестве адресов блока 3 постоянной памяти, в которой хранится 2 значений

1429294

формирователем 9 поправки, который в конце нулевого такта записывается во второй регистр 5. Одновременно слово

.. из блока 3 постоянной памяти с апре- 5 f (.-л &-1 в-1 ,

сом (Хп. J X „.,,., ,,Хп. ) записывается в первый регистр 4. В последукщих В-1 тактах работы, начиная с первого, на выходе коммутатора 10 появляются 10 значения сдвинутых на один разряд

вправо результатов (что необходимо для осуществления умножения F на 1/2) сложения формируемых алгебраическим сумматором 6. Так, в первом такте ра- 15 боты цифрового нерекурсивного фильтра складывается значение {F( ,

) +,FM

с значением

6-и

n-j. конце первого

20

.. ,...u...eJ

поправки Л 5 |F(x l ,х

п-1 + FH S такта сдвинутый на один разряд вправо результат сложения S /t, равный в этом случае 2 S, , записывается во второй регистр 5. Одновременно оче-иин

,,

вается с содержимы

-

30 ра 5, равным 2 S

Р

с Y - 4.

Й - ri.Xn, fl-4 « M-rf

+ F« + 2- S,

Такая операция повторяется В-1

35 Р

В тактах работы с 0-го по (В-1)-й i на первьш вход элемента 11 поступает I уровень логического нуля, а на второй j вход элемента 11 - инверсия переноса 40, (Р) из старшего разряда алгебраичес- ; кого сумматора 6. Тадим образом, в этих тактах работы цифрового нерекурсивного фильтра элемент 11 осуществляет дублирование знакового разряда. 45 В последнем В-м такте слово

(F(X°. ,) + . вычитав ется из содержимого второго регистра 5, а элемент 11, инвертируя перенос, формирует знаковый разряд ре51429294

на второй выход 8.2 блока 8 ый вход счетчика 14, кото- коэффициент пересчета

счетчика 14 подключены к 5 ифратора 15, на первом выого формируется сигнал низя во время нулевого такта на втором выходе - сигнал ровня во время В-го такта 0

не ги ги хо бл то во си вх хо та и вы уп су ре ра не ро

Р|аботы,

I Сигнал с первого выхода дешифратора 15 поступает на первый выход 8.1 б|пока 8, а также используется для з|апрета прохождения тактовых импуль- cJDB генератора 13 через элемент И 16 на третий выход 8.3 блока 8 во время нулевого такта работы.

Сигнал с второго выхода дешифрато25

ртор 17 поступает на 20 ра 8,4 блока 8.

л задается формироки за счет установки образом перемычек 22.

чт тр поп КЛЮ сое Син с сум ЩЕЕ раз вхо чес вхо рог 35 ля тат ка сое

Формула изобретения

Цифровой нереку| сивный фильтр, содержащий L последовательно соеди- ненных регистров сдвига, где L - порядок цифрового нерекурсивного фильтра, блок постоянной памяти, L адресных входов которого соединены с выхо дами L регистров сдвига, первый регистр, вход которого соединен с выходом блока постоянной памяти, второй регистр, алгебраический сумматор, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго регистров соответственно, третий регистр, вход которого соединен с выходом алгебраического сумматора, и блок синхронизации, первьй выход которого соединен с входом сброса первого регистра, второй выход блока синхронизации соединен с тактовым входом второго регистра, третий выход блока синхронизации соединен с тактовыми входами первого регистра и L регистров сдвига, а четвертый выход блока синхронизации соединен с управляющим входом алгебраического сумматора и тактовым входом третьего регистра, причем вход первого регьст- ра сдвига является входом цифрового нерекурсивного фильтра} выходом которого является выход третьего регистотличающийся тем,

ра

что, с целью повьшения точности фильтрации, в него введены формирователь поправки, коммутатор и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый вход которого соединен с четвертым выходом блока Синхронизации, второй вход соединен с выходом переноса алгебраического сумматора, выход элемента ИСКЛОЧА10- ЩЕЕ ИЛИ соединен с входом знакового разряда треть-то регистра и первым входом коммутатора, а выход алгебраического С5 мматора соединен с вторым входом коммутатора, третий вход которого подключен к выходу формировате- ля поправки, управляющий вход коммутатора соединен с первым выходом блока синхронизации, а выход коммутатора соединен с входом второго регистра.

О . . .

Pwa3