Цифровой фильтр Советский патент 1990 года по МПК H03H17/04 

Вход РФ

Фиг.1

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в многозвенных фильтрах для фиксации процессов, задаваемых последовательностью цифровых кодов.

Целью изобретения является упрощение перестройки полосы пропускания (режекции) фильтров.

На фиг. 1 изображена структурная схема цифрового фильтраj на фиг. 2 - граф цифрового фильтра.

Цифровой фильтр содержит первый алгебраический сумматор 1, первый сумматор 2, третий 3, четвертый 4 и второй 5 алгебраические сумматоры, второй сумматор 6, шестой алгебраический сумматор 7, третий 8 и четвертый 9 сумматоры, пятый алгебраический сумматор 10, первую 11, вторую 12, третью 13 и четвертую 14 линии задержки, первый 15, второй 16, пятый 17, третий 18 и четвертый 19 умножители, первый 20 и второй 21 входы, первый 22 и второй 23 выходы.

Цифровой фильтр работает следующим образом.

Если использовать цифровой фильтр в качестве полосового фильтра, то отсчеты входного сигнала поступают с первого входа 20 на первый вход сумматора 8, на второй вход которого поступают отсчеты сигнала, ранее записанные в третью линию 13 задержки и взвешенные на втором умножителе 16 С выхода сумматора 8 полусуммированные отсчеты поступают на второй вход сумматора 9 и на суммирующий вход алгебраического сумматора 4, где они

дважды складываются с проинверти-

ровэнными отсчетами сигнала, поступив шими из четвертой линии 14 задержки. Значение отсчетов сигнала на выходе сумматора 4 поступает на первый вход сумматора 9, а также через сумматор 10 на вычитающий вход алгебраического сумматора 7 и на вход умножителя 17„ После взвешивания на умножителе 17 отсчеты сигнала поступают на первый выход 22 и на первый суммирующий вход алгебраического сумматора 7. Кроме того, они последовательно взвешиваются на умножителях 18 и 19, а затем по .поступают на третий вход сумматора 6 где дважды складываются с отсчетами

пфи ) Hpq.)

+

z-)

А(1 - - - - /

1-2ct(2-2A-ABpZ-t+2()(1-2etl) 2o6t2-3ABy-2A)Z- + (1-2ABJ)Z «

(1-А-АВУ) ( + Z ) ,,}

(2-2А-АВ|Уг- i ;0-ABу -A)tl -2oit- A Z 4- 2о6(2-ЗАВу-2А)(Т-2АВ J )Z n

0

5

0

5

...

У

0

35

45

50

сигнала, поступающими непосредственно с выхода умножителя 17. С выхода умно- жителя 19 отсчеты также поступают на второй суммирующий вход алгебраического сумматора 7 и на первый вычитающий вход алгебраического сумматора 1, где они складываются с проинвертиро- ванными отсчетами, поступающими из линии 14 задержки и затем записываются в линию 11 задержки. Полусуммированные в алгебраическом сумматоре 7 отсчеты через сумматор 5 поступают на вход умножителя 15. Затем отсчеты сигнала, хранящиеся в линии 13 задержки, перезаписываются в линию 14 задержки. Просуммированные отсчеты с выхода сумматора 9 поступают на первый суммирующий вход алгебраического сумматора 3, где складываются с проин- вертированными отсчетами, поступившими с сумматора 6, и отсчетами, пришедшими из линии 12 задержки. Результат сложения записывается в линию 13 задержки. Наконец, отсчеты сигнала, взвешенные на умножителе 15, складываются в суиматоре 2 с отсчетами,поступающими из линии 11 задержки, а результат этого сложения записывается в линию 12 задержки. После этого фильтр готов обрабатывать следующий отсчет входного сигнала. При этом для вычисления следующего отсчета необходимо хранить отсчеты сигнала, записанные в линиях 11-14 задержки (перед приходом первого отсчета сигнала в них должны быть записаны нулевые значения). Если использовать цифровой фильтр в качестве режекторного фильтра, то отсчеты входного сигнала с второго входа 21 поступают на вычитающие входы алгебраических сумматоров 10 и 5, а выходные отсчеты сигнала поступают на второй выход 23 с выхода алгебраического сумматора 7. Все остальные процедуры обработки аналогичны предыдущему случаю. Все изложенные операции суммирования и умножения выполняются в промежутке времени между двумя соседними отсчетами входного сигнала, т.е. в период квантования, равный времени задержки линий 11-14 задержки. j Передаточные функции цифрового фильтра, найденные с помощью графа (фиг. 2), имеют вид

частоте:

и ( М - 0-А-АВШ1-4о 4сЛ2-4 -И) . Р k ;| -A -SetW1) + (1 -ABJ) (4-8oi+4

ABJ) (4-8Ы+4о/г)

515558256

.где oi - коэффициент умножения умножи- (для режекторного фильтра) на нулевой

телей 15 и 16;

А - коэффициент умножения умножителя 18;

В - коэффициент умножения умножителя 19;

X1 - коэффициент умножения умножителя 1 7.

Для оценки частотных свойств предлагаемого цифрового фильтра трансформируют передаточные функции (1) и (2) в частотную область посредством известного преобразования.

.б;

Из выражения (6) видно, что значение масштабирующего множителя, уста10 навливаемого на входе фильтра, не зависит от значений коэффициентов передаточной функции (6) (в отличие от прототипа) и при перестройке фильтра не изменяется.

Z - (1 - jtg)/(1+jtg) (3

где Т - период квантования сигнала.

Далее, решая уравнения вида |HB9(jca)|4 1 и ln№(jO)|2 0, можно получить выражение для центральных частот ( полосового и режекторного фильтров. Как и у известного фильтра, коэффициент d однозначно определяет центральную частоту всего фильтра в целом:

QO -sr arccosoi .

(4)

Коэффициентом регулируется полоса всего фильтра в соответствии с выражением

ДСО - arcctgjf

(5)

Поэтому независимо от числа каска- -,г дов в многозвенном фильтре, построенном на основе предлагаемого фильтра, значения J1 одинаковы для всех звень30 ки полосы пропускания (режекции) и обеспечивает автоматическое масштабирование сигнала, что в свою очередь, позволяет значительно сократить объем ПЗУ, отводимого для хранения коэффициентов, и упростить реализацию фильтра.

Формула изобретения

ев, что позволяет упростить процесс

Цифровой фильтр, содержащий по- перестройки полосы, а также сократить 40 следовательно соединенные первый ал- объем ПЗУ, отводимого под хранение гебраический сумматор, первую линию коэффициентов.задержки, первый сумматор, к второму

Коэффициент А определяется значени- входу которого подключен выход второ- ями коэффициента J , параметром ана- го алгебраического сумматора через

изменяется по 45 пеРвый умножитель, вторую линию задержки, третий алгебраический сумматор, третью линию задержки, выход ко- . торой подключен к входу второго умнологового прототипа b и закону А 1/(уг+уЬ + 1). Так как параметр аналогового фильтра-прототипа в общем случае неодинаков для различных звеньев, то и значение коэффициента А для каждого звена свое. Коэффициент В в предлагаемом фильтре целиком определяется параметром аналогового фильтра-прототипа и поэтому при перестройке как полосы, так и

жителя, и четвертую линию задержки,

50 выход которой подключен к первому вычитающему входу первого алгебраического сумматора, к первому и второму вычитающим входам четвертого алгебраического сумматора, последовательно центральной частоты значение коэффици- соединенные третий умножитель и чет- ента для каждого звена постоянно. вертый умножитель, выход которого

Применяя метод предельной оценки, подключен к второму вычитающему входу получают значение модуля амплитудно- первого алгебраического сумматора, частотной характеристики устройства пятый алгебраический сумматор, вычичастоте:

и ( М - 0-А-АВШ1-4о 4сЛ2-4 -И) . Р k ;| -A -SetW1) + (1 -ABJ) (4-8oi+4

ABJ) (4-8Ы+4о/г)

.б;

Из выражения (6) видно, что значение масштабирующего множителя, устанавливаемого на входе фильтра, не зависит от значений коэффициентов передаточной функции (6) (в отличие от прототипа) и при перестройке фильтра не изменяется.

Так, если требуется многозвенный перестраиваемый по полосе пропускания (режекции) фильтр, состояций из М звеньев с N дискретными значениями полос, то для предлагаемого технического решения потребуется хранить в ПЗУ (M+1)N значений коэффициентов, в то время как для прототипа потребуется хранить 3MN значений коэффициентов При М.1 предлагаемый фильтр

обеспечивает выигрыш в объеме ПЗУ коэффициентов в три раза по сравнению с известным,,

Таким образом, предлагаемый фильтр позволяет упростить процесс перестройки полосы пропускания (режекции) и обеспечивает автоматическое масштабирование сигнала, что в свою очередь, позволяет значительно сократить объем ПЗУ, отводимого для хранения коэффициентов, и упростить реализацию фильтра.

Формула изобретения

жителя, и четвертую линию задержки,

тающий вход которого является вторым входом цифрового фильтра, шестой алгебраический сумматор, выход которого является вторым выходом цифрового /фильтра, отличают И и ся тем что, с целью упрощения перестройки полосы пропускания, введены пятый умножитель, к входу которого подключен выход пятого алгебраического сумматора, к вычитающему входу которого подключен вычитающий вход второго алгебраического сумматора, и вычитающий вход шестого алгебраического сумматора, выход которого подключен к суммирующему входу второго алгебраического сумматора, второй сумматор, выход которого подключен к вычитающему входу третьего алгебраического сумматора, к первому и второму входам второго сумматора подключен выход пятого умножителя, который является первым выходом цифрового фильтра, вход третьего умножителя и первый суммирующий вход шестого алгебраического сумматора, к второму суммирующему входу которого подключен третий вход второго сумматора, последовательно соединенные третий сумматор, первый вход которого является первым входом цифрового фильтра, и четвертый сумматор, выход которого подключен к второму суммирующему входу третьего алгебраического сумматора, первый вход - к суммирующему входу четвертого алгебраического сумматора, выход которого подключен к суммирующему входу пятого алгебраического сумматора и к второму входу четвертого сумматора, а второй вход третьего сумматора подключен к выходу второго умножителя.

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - упрощение перестройки полосы пропускания фильтра. Цифровой фильтр содержит алгебраические сумматоры 1, 3, 4, 5, 7 и 10, сумматоры 2, 6, 8 и 9, линии 11 - 14 задержки, умножители 15 - 19. Данное выполнение фильтра обеспечивает его работу в режимах как полосового фильтра, так и режекторного фильтра. При этом все операции суммирования и умножения выполняются в промежутке времени между двумя соседними отсчетами входного сигнала, т.е. в период его квантования, равный времени задержки линий задержки. Цель достигается за счет обеспечения тройного выигрыша в объеме ПЗУ коэффициентов. 2 ил.

вкодПФ о

1

о х дхадРФ

1 Выход ПФ s

-1

ъо

1 1 Выход ДР

20-

Фиг. 2