Цифровой фильтр с симметричной импульсной характеристикой Советский патент 1990 года по МПК H03H17/06 

Изобретение относится к вычисли- ;тельной технике и может быть использовано для цифровой фильтрации случайных процессов, представленных в формате линейной дельта-модулящ ш (ЛДМ) ,

Цель H3o6peTeHiiH -- повышение точности фильтрации,

На чертеже приведена электрическа структурная схема цифрового ф1нльтра с симметричной и myльcнoй характернс ТИКОЙо

I Цифровой фильтр с симметричной им рульсной характеристикой содержит

вычислительные блоки 1«0-1. (М/2-1) , Ьервый и второй накапливакщие сумма- |горы 2 и 3, вход 4 логического нуля |Вход 5s тактовый вход 6 вход 7 сбро jtja,, входы 8оО-8, (M/2--t) задания ко- ффициентов импульсной характеристи- |си„

: Вычислитепьньй блок содержит Первыйз второй и третий регистры 9j 10 и 11, -элемент ИСКПЮЧАМЦЕЕ ИЛИ 12, блок 13 управляег-атх инверторов, блок 1(4 элементов И; сумматор 15s первый рбз второй 17э третий 18 и четвертый И ВХОДЫ; тактовый вход 20, вход 21 Сброса., первый 22 и второй 23 выходы h и 23.,

: Цифровой фильтр с сит-жтричной |5|смпзтаьсной характеристикой работает ф.т еду1сяцим образом

; Цифровой фильтр осуществляет фильт фацию входного сигнала, предста шен- його в формате ДДМ испотЕьзуя прсздстав йениа весовой последовательности в формате многоуровневой дельта-модуляти (адм)

Выходной сигнал такого фильтра в формате И1«гульсно-кодовой модуляции (ИКМ) описывается выражением; W (-

УС

(fl

Т У I ,f.

..(

h

(1)

где

. (УЬ

LJ, jj г и - входная ЛДМ последовательность,,

. .,(( - весовая МДМ-после-

довательность,

Длд представляющих большой практический интерес фильтров С линейной фазочастотиой характеристикой вес-рвая последовательность в формате М,да -ие четная относительно середины, т.ё,

(WСЫ

i S м-Н причем длина импульсной характеристики - четная М Omod2,

Учитывая это, дли получения алгоритма функционирования устройств (1) записывается в виде:

to i «/1И ,., , .

y,ZI il.-il:;.(..,

;.l k.f (2)

Для удобства вычисления значений у, ) делят (2) на три последователь- этапа, каждый из которых осуществляется при помощи суммирования с накоплением

ш1

У, vy;; 7у. 7S,;

Рассмотрим выражение под знаком

а- .О:

суммы в (3). Поскольку 1V

то значение произведения Г1 ..„

- lVl..(M-,,rsV eHBi., 0.2 , причем при совпадении значений шаговквантования входного .сигнала указанное произведение равно нулю. Тогда число 2 можно вынести из-под знака cyivjMbi, а значение (3) вычислить при помощи сумматора.

Обозначим 1, ;- lkU-(MHjJ /2 1.;, , efbO.1. Значете О соответствует блокировке сумматора, значение 1 +1 указьюает вид

операции сумматора-сложение значения

или вычитание s

СЬ

ьч Г л r-iJici AJUJT-jri t а гипс о «

если Г у -1. Так как О толькх при разных значениях шагов квантования входного сигнала, то в качестве управляющего сигнала сумматора может бьп-ь использован шаг 1 (или {cj. г-(м-1)) представленный в виде

L; ()/2.

Описанный алгоритм реализуется следу сщим образом,

Работа цифрового фильтра начинает- ,ся с прихода установочного импульса на вход 7, В результате воздействия этого импульса на входы 21 весовых блоков I„т на всех выходах указанных блоков устанавливается нулевое значение сигнала. На первые входы блоков 13 управляемых инверторов с входов 8.0- 8.() подаются значения весовой последовательности, причем в т-м блоке 1,т (, М/2-1) значение коэффициента равно s.j..,. На первый вход элемента 12 блока 1.m с входа 5 пос1589384

тупает последовательность шагов квантования входного сигнала ъ, k:.0, буферный регистр 11 и подается на пе которые сопровождаются тактовыми им- , . следующего -(ш-Ы)-го вы- пульсами по входу 6. По переднему , числительного блока 1.(ш+1), где про- фронту импульса с входа 6 значение вы- ч , i«c ,

ходкого сигнала сумматора 15 записывается в третий регистр 11, а значение

сумматора 15 записывается в третий

изводится его суммирование со значением

Ч.,

Я-г(т+1) мМ--Кг 1 + 0

сигнала из третьего регистра 11 вып „ , lm+11- mi i-t

Дальнейшее функционирование вычисли- , , - тельных блоков 1.0-1.(М/2-1) происхочислительного блока 1.(М/2-1) записы- дит аналогично. На первом вьпсоде 23

вается -в первый накапливакнций сумма- m-m f nnvя п, n,j

m го олока 1 .ш в Ск.-Ип;-м такте вход- тор 2, где суммируется с его нулевым

значением. Одновременно значение вы- ходного сигнала первого накапливающеного сигнала с учетом соответствующего заполнения регистров 9 и 10 и под- ключения первых информационных входов го сумматора 2 записывается во второй ,5 блока 1.0 к входу 4 логического нуля, накапливающий сумматор 3,в результате формируется значение чего на выходе цифрового фильтра подтверждается нулевое состояние.

Одновременно входная последовательность (, k О поступает на М-раз-...-20 рядный регистр сдвига, образованный

, СЯ

-2r

(К)

M i-1-r

одноразрядными регистрами 9, 10 блоков l.m. Поэтому в k-M интервале дискретизации на выходе элемента 12 бло/ .

. е

ГгО

На первом выходе вычислительного блока 1.(М/2-1) в (k+M/2-1)-M такте число слагаемых этой суммы равно М/2, а ее значение соответствует 25 величине

м/г-f - Т Г т Т

Г L4,j-i ..JE

vV

k м/2hiO

,W

/i-trТаким образом, на первом выходе

ка l.ra формируется значение ® L 2., где @ - знак суммирования по модулю два, нулевое значение которого соответствует нулевому значению

сигнала , а единичное значение со- .ким образом, на первом выходе ответствует сигналу ±1. Поэто- зо 22 вычислительного блока 1.(М-/2-1) МУ при нулевом значении сигнала с вы- формируется последовательность значе- ,хода элемента 12 сигналы на первом и ний , k 0, которые поступают

вторых выходах блока 14 отсутствуют, -

в результате чего вьпсодной сигнал сумматора 15 равен сигналу на первом вхо35

на последовательно включенные накапливающие сумматоры 2 и 3.

Рассмотрим формирование из последе 16 блока l.m. При несовпадении зна- довательности значений У1 1

чений шагов квантования входного сигнала на входах элемента 12 на его выходе формируется сигнал 1, разрешающий прохождение через блок 14 шага квантования входного сигнала L Я и выходного сигнала блока 13 на вход переноса и вторые входы комбинационного

г - к J выходного сигнала У цифрового

фильтра с момента времени, когда на первом выходе 22 вычислительного бло- 40 ка 1.(М/2-1) формируется значение .V у,.

По переднему фронту сигнала на входе 6 значение записьшается

сумматора 15 соответственно. Если прив первый накапливакяций сумматор 2,

этом значение L О,то выходной сиг- 45где суммируется с его предьщущим знанал блока 13 равен значению шага кван-чением, формируя сигнал у . По петования весовой последовательностиреднему фронту следующего синхроим /и/1-l-m представленного всегда в дополнительном коде, что с учетом значе- -ния L соответствует суммированию значения сигналов на первых и вторых вгсодах сумматора 15. Если значение L 1, то производится инвертирование всех разрядов блока 13, что с учетом значения , поступающего на 55 вход переноса сумматора 15, соответ-. ствует вычитанию значения шага s из сигнала на первом входе сумма-го ра . 15. В следующем такте выходной сигйал

пульса производится суммирование выходного сигнала ру первого накап- 50 ливающего сумматора 2 с предыдущим значением выходного сигнала устройства во втором накапливающем сумматоре

:3 У

УО 1

работает аналогично.

Дальше фильтр

При случайных .сбоях (например, по питанию) нормальная работа фильтра восстанавливается подачей установочного сигнала на вход 7.

1589384

анбуферный регистр 11 и подается на п , . следующего -(ш-Ы)-го вы числительного блока 1.(ш+1), где пр ч , i«c ,1

сумматора 15 записывается в третий

буферный регистр 11 и подается на пе , . следующего -(ш-Ы)-го вы- числительного блока 1.(ш+1), где про- ч , i«c ,

изводится его суммирование со значением

Ч.,

Я-г(т+1) мМ--Кг 1 + 0

п „ , lm+11- mi i-t

Дальнейшее функционирование вычислиного сигнала с учетом соответствующего заполнения регистров 9 и 10 и под- ключения первых информационных входов 5 блока 1.0 к входу 4 логического нуля, формируется значение

0

, СЯ

-2r

(К)

M i-1-r

ГгО

На первом выходе вычислительного блока 1.(М/2-1) в (k+M/2-1)-M такте число слагаемых этой суммы равно М/2, а ее значение соответствует 5 величине

м/г-f - Т Г т Т

Г L4,j-i ..JE

vV

k м/2hiO

,W

/i-tr.ким образом, на первом выходе о 22 вычислительного блока 1.(М-/2-1) формируется последовательность значе- ний , k 0, которые поступают

Таким образом, на первом выходе

.ким образом, на первом выходе вычислительного блока 1.(М-/2-1) мируется последовательность знач , k 0, которые поступаю

-

35

на последовательно включенные накапливающие сумматоры 2 и 3.

Рассмотрим формирование из после довательности значений У1 1

довательности значений У1 1

г - к J выходного сигнала У цифрового

фильтра с момента времени, когда на первом выходе 22 вычислительного бло- 40 ка 1.(М/2-1) формируется значение .V у,.

По переднему фронту сигнала на входе 6 значение записьшается

в первый накапливакяций сумматор 2,

пульса производится суммирование выходного сигнала ру первого накап- ливающего сумматора 2 с предыдущим значением выходного сигнала устройства во втором накапливающем сумматоре

3 У

УО 1

работает аналогично.

Дальше фильтр

При случайных .сбоях (например, по питанию) нормальная работа фильтра восстанавливается подачей установочного сигнала на вход 7.

Затраты времени на получение одно .го отсчета выходного сигнала

- Ч- t..

пде tj- задержка времени распространения сигнала в блоке 14; t - задержка времени распространения сигнала в блоке 15; tj время выполнения операции суммирования сумматором 15. Сравнение времерш предложенного фильтра и аналогичного фильтра с ИРСМ в котором применяется многоразрядный :умножитель, показьшает, что затраты времени в данном фильтре существенно ;ниже,а значит, применение его для фильтрации сигналов с ЛДМ обеспечивает большее быстродействие,, которое примерно равно быстродейств 1ю фильтра - прототипа,

Таким образом, за счет введения в вычислительньй блок 1 блока 13, блока 14 и сумматора 15 в пре.цлагаемом циф- ровом фильтре реализуется цифровая фильтрация входного-сигнала с ЛДМ, Используя весовую последовательность fe формате ВДМ, что позволяет реа-пизоfeaTb значительно большую, чем в про- iroTHne, разрешающую способность, при toM же числе коэффициентов, что повышает точность фильтрации.Одновремеи- ио сокращается число тактовых шин, что упрощает управление фильтром, который также легко может быть вылол- нен в интегральном исполнении. Увеличение длины их приводит только к увеличению числа последовательно енных вычислительных блоков 1 и не изменяет структуры фи.пьтра в целом.,

Формула изобретения

Цифровой фильтр с симметричной импульсной характеристикой, содержащем последовательно соединенные М/2 вычислительных блоков, где М - число отсчетов импульсной характерис тики, первый и второй накапливающие сумматоры, тактовые входы и входы сброса которых угвляются тактовым входом и входом сброса 1;ифрового фильтра с симметричной импульсной характеристикой соответственно и соединены с тактовыми входами и входами сброса вычислительных блоков,второй ВЫХОД i-ro из которых, где ,..,,М/2-1, соединен с вторым входом (i+1)-ro вычислительног блока, а выход второго накапливающего сумматора является выходом цифрового фильтра с симметричной импульсной характеристикой, входом которого являются третьи . входы вычислителышх блоков, которые соединены с вторым входом первого вычислительного блока, первый вход которого является входом логического нуля цифрового фильтра с симметричной импульсной характеристикой, входами задания коэффициентов импульсной характеристики которого являются четвертые входы вычислительных блоков, а каждый вычислительный блок содержит элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ первый вход которого является третьим входом вычислительного блока, первый регистр, вход которого является вторым входом вычислительного блока, второй регистр, вход которого соединен с выходом первого регистра и вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, а выход второго регистра является вторым выходом вычислительного блока, и третий регистр, выход которого является первым выходом вычислительного блока, тактовым входом и входом сброса которого являются тактовые входы и входы сброса первого, второго и третьего регистров соответственно, отличающийся тем, что, с целью повышения точности фильтрации,в каждый вычислительный блок введены последовательно соединенные блок управляемых инверторов, блок элементов И,второй вход которого соединен с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮиШЕ ИЛИ, и сумматор, выход которого соединен с входом третьего регистра, а второй вход сумматора является первым входом вычислительного блока, вторым входом которого является первый вход блока управляемых инверторов, второй вход которого соединен с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ШШ и вторым входом блока элементов И, второй выход которого подключен к входу переноса сумматора.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для цифровой фильтрации случайных процессов. Цель изобретения - повышение точности фильтрации. Цифровой фильтр с симметричной импульсной характеристикой содержит вычислительные блоки 1.0-1.(M/2-1), где M - длина импульсной характеристики, первый и второй накапливающие сумматоры 2, 3 и вход 4 логического "0", вход 5, тактовый вход 6, вход 7 сброса, входы 8 задания коэффициентов импульсной характеристики. Вычислительный блок 1 содержит первый, второй и третий регистры 9 - 11, элемент 12 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, блок 13 управляемых инверторов, блок 14 элементов И, сумматор 15, первый - четвертый входы 16 - 19, тактовый вход 20, вход 21 сброса, первый и второй выходы 22, 23. За счет введения в каждый вычислительный блок 1 блока 13, блока 14, сумматора 15 с соответствующими связями в фильтре реализуется значительно большая разрешающая способность при осуществлении цифровой фильтрации сигналов с линейной дельта-модуляцией и при неизменной длине весовой последовательности благодаря использованию весовой последовательности в формате многоуровневой дельта-модуляции, которая позволяет реализовать значительно больший диапазон изменения выходного сигнала фильтра. 1 ил.