Цифровой фильтр Советский патент 1991 года по МПК H03H17/04 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в цифровых фильтрах для фильтрации процессов представленных цифровым кодом, в качестве злектоического режекторного фильтра четвертого порядка.

Целью изобрегечия является упрсще ние перестройки полосы режекции цифрового фильтра.

На фиг 1 представлена структурная схема цифрового фильтра; на фиг 2 - график цифрового фильтр на фиг. 3,- схема каскадного соединения цифрового фильтра, поясняющая процесс настройки

Цифровой фильтр содержит алгебраические сумматоры 1-8, сумматоры 9-11 линии задержки 12 -15 и умножители 16-23.

Цифровой фильтр работает следующим образом.

Отсчеты входного сигнала, последовательно взвешенные в пятом 20 и четвертом 19 умножителях поступают на первый вход первого сумматора 9 где они складываются

с отсчетами, поступившими с выхода первого алгебраического сумматора 1 Просуммированные отсчеты взвешенные в первом умножителе 16, поступают на суммирующий вход второго алгебраического сумматора 2 на вход второго сумматора 10, на входы восьмого алгебраического сумматора 8 на вход тпетьего алгебоаического сумматора 3 и взвешенные последовательно в седьмом 22 и восьмом 23 умножителях - на вход пя.-ого алгебраического сумматора 5, где они складываются с отсчетами, поступившими с выхода первого алгебраического сумматора 1.

Перед началом первого такта обработки в первой 12, второй 13, третьей 14 и четвертой 15 линиях задеожки необходимо запи сать нулевые значения. В первом такте значения отсчетов сигнала из четвертой линии задержки 15 подаются на инвертирующий вход седьмого алгебраического сумматора 7, где они складываются с взвешенными в третьем умножителе 18 отсчета(Л

С

о VJ

ю ел ел ю

ми сигнала из третьей линии задержки 14. Просуммированные отсчеты подаются на входы шестого алгебраического сумматора 6, складываются с проинвертированными отсчетами входного сигнала, а затем поступают на суммирующий вход первого алгебраического сумматора, где они суммируются после инвертирования с отсчетами, взвешенными в шестом умножителе 21. Кроме того, отсчеты сигнала с выхода шестого алгебраического сумматора 6 поступают на инвертирующий вход второго алгебраического сумматора 2, просуммированные отсчеты поступают на выход фильтра,

Далее отсчеты с выхода четвертой линии задержки 15 поступают на входы четвертого алгебраического сумматора 4, на вычитающий вход которого поступают отсчеты сигнала с выхода третьего алгебраического сумматора 3, а затем записываются в третью линию задержки 14. Затем сигнал с выхода восьмого алгебраического сумматора 8, взвешенный во втором 17 умножителе, поступает на один из входов третьего алгебраического сумматора 3, складывается с отсчетами из первой линии задержки 12 и записываются во вторую линию задержки 13, с выхода которой сигнал поступает на один из входов третьего алгебраического сумматора 3. После чего происходит суммирование во втором сумматоре 8 с отсчетами, поступившими из четвертой линии задержки 15 и запись их в первую линию задержки 12. С окончанием записи в линии задержки фильтр готов к обработке следующего отсчета сигнала. Все изложенные операции суммирования и взвешивания выполняются в промежутке времени между двумя соседними отсчетами входного сигнала, т.е. в период его квантования, равный времени задержки первой, второй, третьей и четвертой линий задержки 12 - 15.

Передаточная функция эллиптического режекторного цифрового фильтра Нрф(2 ), найденная с помощью графа (фиг. 2), в Z-об- ласти имеет вид

н„(

-Z1

.. j-J-jctfw 21 i-f«yn-wt -гг -Дк г г- ... . .

2Ab/)(H.J«c j(1 Д-ДЬу) by z -2i/ -J -2ftb/tf-(1 2A)Z

где у- коэффициенты умножения пятого и восьмого умножителей 20, 23;

а- коэффициенты умножения второго и третьего умножителей 17, 18;

b - коэффициенты умножения шестого и седьмого умножителей 21, 22;

A, F - коэффициенты умножения первого 16 и четвертого 19 умножителей соответственно.

Для анализа частотных свойств предлагаемого устройства трансформируют передаточную функцию в частотную область посредством преобразования

г- (1- гд-5Ј-)/(1+Нд-5 1-).

(2) где Т - период квантования сигнала.

Запишем выражение для квадрата мо- дуля передаточной функции

Нрфаа01 - еА У+С| А , U (ReAf+OmA)2

где Re A (Pi + Ni + Mi + Si) + (-2Pi + 6Ni + + Mi -4Di)tg2 + (Pi -N1 + Si + Mi) X

4 WT

X tg -действительная часть числителя передаточной функции;

Im Л (Pi - 4Ni - 4Qi - Ki+ Vi+ Di)tg

wT

40

+ (Vi + Di + 4Ni - Pi + 4Qi - Ki)tg3 - 25 мнимая часть числителя;

Re Л (-S + К + Q) + (S - 6K + 2Q)tg2 +

+ (S+K + Q)tg -действительная часть

30 знаменателя;

Im A- -Ntg --- + Ntg3--- - мнимая

часть знаменателя передаточной функции, причем 35 N 8А а

К -2А + 2 2(1 - А)

S 2a(4-4A-4Aby)

Q 2(1 + -A-Aby)- Aby Ni 2A + 2Aby М1 8а Pl 4

Si 4a2 D 4FAy

45Vi 8a(1 - A-Aby)-4FAy

Ki 8a(1 - А- АЬУ)

Решим уравнение вида | Нрф(| а)) I2 ) 0,7. получим выражение, определяющее полосу режекции цифрового фильтра. 50

Полоса режекции Лш предлагаемого эллиптического фильтра будет определяться лишь значением коэффициента у по закону

55.1

Aa - arctgy

Значение коэффициента А первого умножителя 16 будет определяться следующим образом:

А

1

У2 +by +С где b и с - коэффициенты известного аналогового фильтра, которые рассчитываются один раз и при перестройке как полосы, так и частоты резонанса не изменяются.

Коэффициент умножения четвертого умножителя 19 равен F а/с и также не зависит от у, а значит, и от полосы фильтра (в прототипе коэффициент F зависел от полосы режекции:

а

F

у2 +by + C

и поэтому при перестройке полосы требовалось его изменение).

Таким образом, предлагаемый цифровой (эллиптический режекторный) фильтр позволяет упростить процесс перестройки полосы режекции, а также значительно сократить объем памяти, отводимой под хранение коэффициентов. Так, например, для реализации перестраиваемого по полосе фильтра, состоящего из М звеньев с N дискретными значениями полос потребуется хранение в ПЗУ(М+1)Н значений коэффициентов. Выигрыш составит ЗМ(М+1). При большем количестве звеньев () величина выигрыша будет стремиться к трем.

Формула изобретения Цифровой фильтр, содержащий последовательно соединенные первый алгебраический сумматор, первый сумматор, первый умножитель, второй алгебраический сумматор, последовательно соединенные второй сумматор, первую линию задержки, третий сумматор, к второму входу которого подключен выход второго умножителя, вторую линию задержки, третий алгебраический сумматор, четвертый алгебраический сумматор, третью линию задержки, выход которой подключен ко входу третьего умножителя и к четвертой линии задержки, а также четвертый и пятый умножители, пятый алгебраический сумматор, отличающийся тем, что, с целью упрощения перестройки полосы режекции, введены шестой умножитель, шестой алгебраиче- 5 ский сумматор, выход которого подключен к вычитающему входу второго алгебраического сумматора, выход которого является выходом цифрового фильтра, к суммирующему входу первого алгебраического сумматора,

0 к вычитающему входу которого через шестой умножитель подключен выход пятого умножителя, который через четвертый умножитель подключен к суммирующему входу первого сумматора, седьмой алгебра5 ический сумматор, выход которого подключен к первому и второму суммирующим входам шестого алгебраического сумматора, к вычитающему входу которого подключен вход пятого умножителя, являющийся

0 входом цифрового фильтра, а к суммирующему входу седьмого алгебраического сумматора подключен выход третьего умножителя, к вычитающему входу - выход четвертой линии задержки, первый и второй

5 суммирующие входы четвертого алгебраического сумматора, первый суммирующий вход второго сумматора, а также восьмой алгебраический сумматор, выход которого подключен к входу второго умножителя, по0 следовательно соединенные седьмой умножитель, к входу которого подключен второй суммирующий вход второго сумматора, первый и второй вычитающие входы восьмого алгебраического сумматора, к пер5 вому и второму суммирующим входам которого и первым и вторым вычитающим входам третьего алгебраического сумматора подключен выход пятого алгебраического сумматора, второй суммирующий вход

0 третьего алгебраического сумматора, выход первого умножителя и восьмой умножитель, выход которого подключен к вычитающему входу пятого алгебраического сумматора, к суммирующему входу которого подключен

5 выход первого алгебраического сумматора.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в цифровых фильтрах для фильтрации процессов, представленных цифровым кодом, в качестве электрического режекторного фильтра четвертого порядка. Цель изобретения - упрощение перестройки полосы режекции цифрового фильтра. Цифровой фильтр содержит алгебраические сумматоры 1 - 5, сумматоры 9 - 11, линии задержки 12 - 15, умножители 16 - 20. Цель достигается введением алгебраических сумматоров 6 - 8 и умножителей 21 - 23. 3 ил.

л

- /Я

t.f-8 Л

Г

Вход

Фиг. 2

Вь)ход