Цифровой фильтр с линейной дельта-модуляцией Советский патент 1992 года по МПК H03M3/02 H03H17/06 

//

ее

о

V

ND СО

ND

Изобретение относится к цифровой обработке сигналов и может быть использовано для цифровой фильтрации случайных процессов, в частности вспектроанализато- рах параллельного действия с использова- нием формата линейной дельта-модуляции (ЛДМ) для представления входного сигнала, и является усовершенствованием изобретения по авт.св. Ms 1601749,

Цель изобретения - повышение быстро- действия и расширение области применения путем обеспечения возможности оперативной перестройки фильтра.

На чертеже приведена электрическая структурная схема цифрового фильтра с ли- нейной дельта-модуляцией.

Цифровой фильтр с линейной дельта- модуляцией содержит регистр 1 сдвига, буферный регистр 2, счетчик 3, -р- блоков 41

-«№

весового суммирования, где М длина импульсной характеристики фильтра; Р - коэффициент прореживания, первый 5 и второй 6 накапливающие сумматоры, вход 7 логического нуля, информационный вход 8, тактовый вход 9, вход 10 сброса и выход 11 цифрового фильтра с линейной дельта-модуляцией.

Блоки 4.1 - 4. (-р содержат преобразователь 12 кодов, сумматор 13 и регистр 14. Преобразователь 12 кодов содержит группу 15 из Р двухвходовых элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, группу 16 из -j двухвходовых элементов ИЛИ-НЕ, группу 17 из

р

у двухвходовых элементов И, первый 18 и

второй 19 сумматоры, вычитатель 20, входы 21 задания значений весовых коэффициентов фильтра.

В блоке 4,i

первым информационным входом является первый вход сумматора 13, второй вход которого соединен с выходом преобразователя 12 кодов. Выход сумматора 13 соединен с информационным входом регистра 14, тактовый выход, и вход сброса которого являются тактовым выходом и входом сброса блока 4.i весового суммирования.

Первый вход преобразователя 12 кодов является вторым информационным входом блока 4.i, второй вход преобразователя 12 кодов является входом 21 задания весовых коэффициентов блока 4.i фильтра. В преобразователе 12 кодов первые входы группы 15 из Р двухвходовых элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ являются первым входом

преобразователя 12 кодов, вторые входы группы 15 являются вторыми входами блока

12, выходы группы 15 соединены с входами

р группы 16 из -х- двухвходовых элементов

р

ИЛИ-НЕ и входами группы 17 из двухвходовых элементов И, выходы которых соединены с входами первого 18 и второго 19 сумматоров, являющихся сумматорами одноразрядных чисел, выходы которых соединены с первым и вторым входами вычитателя 20, выход которого является выходом преобразователя 12 кодов.

Первый информационный вход блока 4.1 соединен с входом 7 логического нуля.

выход блока 4,i, I 1, -рпервым информационным

М

- 1 соединен с входом блока

4,(i+1), выход блока 4 соединен с последовательно включенными первым 5 и вторым б накапливающими сумматорами, выход последнего является выходом 11 фильтра. Вторые информационные входы

блоков 4.i,

объединены и подклю0

5

0

5

0

5

чены к выходу буферного регистра 2, такто- вый вход которого объединен с одноименными входами всех блоков 4, сумматоров 5, 6 и подключен к выходу счетчика 3, вход сброса которого объединен с одноименными входами блоков 1, 2, 4, 5, 6 и является входом сброса 10 фильтра, информационным входом 8 которого является информационный вход регистра 1 сдвига, тактовый вход которого объединен с тактовым входом счетчика 3 и является тактовым входом 9 фильтра. Выход регистра 1 сдвига соединен с информационным входом буферного регистра 2.

Цифровой фильтр с линейной дельта- модуляцией работает следующим образом.

Работа фильтра начинается с прихода установочного импульса на вход 10 сброса. В результате воздействия этого импульса на входы сброса счетчика 3, регистров 14 и накапливающих сумматоров 5 и 6 на всех выходах указанных блоков и на выходе 11 фильтра устанавливается нулевое значение сигнала. В регистры 1 и 2 при этом необходимо занести последовательность из чередующихся нулей и единиц: (0,1).

На информационый вход 8 фильтра поступает входной сигнал в формате ЛДМ, обладающий спектром, ограниченным частотой Т , в виде

(x)j,, Ln(x) (ln(x) +1)/2, Lx(0Јlp,1/,ln(x)6i-1,lJ,

который сопровождается импульсами с частотой дискретизации Т1Д на тактовом входе 9, . Сигнал по этим импульсам записывается и передвигается в регистре 1 сдвига.

Одновременно тактовые импульсы поступают на счетный вход счетчика 3 с коэффициентом пересчета, равным коэффициенту прореживания Р. Импульс переполнения с выхода счетчика 3 поступает на тактовые входы блоков 4.1-4. - первого 5 и второго 6 накапливающих сумматоров, а также буферного регистра 2. В регистре 2 фиксируется Р-разрядное слово, образованное последовательными значениями входного сигнала {lJxVp+r}, г 1, р. В

-м блоке 4.1-4. это слово поступает на

первые входы преобразователя 12 кодов, на вторые входы которого подано Р-разрядное слово из значений весовых коэффициентов (i-i)p-r}, г Т, р в формате ЛДМ со входов 21 блока 4.I. В преобразователе 12 кодов из указанных значений на r-ом выходе группы 15 формируется значение p+r + (H)p-r. Нулевое значение соответствует приращению частичной свертки на величину -1, единичная - на величину +1. Значения , сгруппированные попар- но (г О mod 2 и г 1 mod 2), анализируются группами 16 и 17 элементов ИЛИ-НЕ и И. Если |JS 2K 0, на к-ом выходе группы 16 формируется единичное значение, соответствующее приращению частичной свертки на величину -2, если 0, на к-ом выходе группы 17 формируется единичное значение, соответствующее приращению частичной свертки на величину+2. В случае, если 8 2к L s 2K+ii на к-ых выходах групп 16 и 17 сохраняется нулевое значение сигнала. Сумматоры 15 и 16 суммируют единичные значения на выходах групп 16 и 17 соответственно, а в блоке 20 производится вычитание значения сумматора 18 из значения сумматора 19, т.е. на выходе вычитателя 20 формируется значение частичной свертки

, Р m

V (f-1)p

,fxl .fh) I kp Ifft ,

где {еН}, , , т О, М-1 - соответственно входная и весовая ЛДМ-последова- тельности, поступающее на выход преобразователя 12 кодов.

Значение б Y 4 - - 1 складывается в сумматоре 13 с значением

вычислен0

s (,-i) 1

ным в блоке 4.(i-1) в (к-1)-м такте времени .

С учетом того, что на первый информационный вход блока 4.1 подается сигнал логического нуля с входа 7, на выходе блока 4.i формируется сигнал

SW(|-1) t vtl(m-l) + (M

m 1

М

Для i -5- - го блока 4 числа слагаемых

15

М

этой суммы равно -р- а значение

Sk(

где

М р

I

i 1

V2Yk 2 ЗУ(Дц-1 - вторая раз

ность, формируемая на выходе блока 4.

М

-р- из последовательности значений

, .

Таким образом, на выходе блока 4 . формируется последовательность значений

{72Ук}, , которая поступает последовательно в первый 5 и второй 6 накапливающий сумматоры, формируя на выходе последнего выходной сигнал цифрового фильтра с линейной дельта-модуляцией в формате ИКМ с частотой дискретизации

- 1

Т

- 1

Yn i i V iih)

r 0 k 1 m 0

При случайных сбоях, например по питанию, нормальная работа цифрового фильтра с линейной дельта-модуляцией восстанавливается подачей сигнала на вход 10 сброса.

Затраты времени на вычисление одного значения второй разности V2 УК оцениваются из выражения t ti + t2 + ts + t4, где ti - время выполнения логических операций в группах 15-17; t2, ta, t4 - время выполнения арифметических операций в блоках 18(19), 13 и 20 соответствнно. Период частоты дискретизации входного сигнала соответствует

периоду Тд -- - что позволяет обрабатывать входной сигнал с соответствующим спектром.

Значение р, ограниченное в устройстве- прототипе числом входов преобразования

кода (ПЗУ), в предлагаемом устройстве ограничено числом входов группы 15 из р двух- входовых элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛ И, т.е. практически полностью сняты всякие ограничения на величину коэффициента р входного сигнала, что позволило увеличить быстродействие фильтра путем соответствующего увеличения частоты дискретизации. Например, в предлагаемом фильтре легко реализуется значение р 32,..64, в то время как в фильтре-прототипе такие значения р практически нереализуемы вследствие невозможности реализации преобразователя кода с таким числом входов на ПЗУ. Весовая последовательность в формате ЛДМ позволяет получить любую наперед заданную разрешающую способность предлагаемого фильтра путем изменения его длины, а также использовать фильтр для сжатия широкополосных ЛДМ- сигналов.

Наличие в каждом блоке 4 весового суммирования входов 21 задания значений весовых коэффициентов позволяет использовать предлагаемое устройство в системах с быстрой перестройкой передаточной характеристики, например, при адаптивной фильтрации, в то время как в устройстве-прототипе для перестройки фильтра необходимо полностью заменить

записанную в преобразователях кода информацию, что требует значительно большего времени.

Формула изобретения Цифровой фильтр с линейной дельта- модуляцией по авт.св. № 1601749, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения области применения путем обеспечения возможности оперативной перестройки фильтра, преобразователь кодов в i-м блоке весового суммирования выполнен на группе из Р/2 двухвходовых элементов ИЛИ-НЕ, группе из Р/2 двухвходовых элементов И, первом и втором сумматорах, вычитателе и группе из Р элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первые входы которых являются первыми входами преобразователя кодов, выходы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ группы соединены с соответствующими входами элементов ИЛИ-НЕ группы и элементов И группы, выходы которых через соответственно первый и второй сумматрры подключены к первым и вторым входам вычитателя, выходы которого являются выходами преобразователя кодов, вторые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ группы являются i- ми входами задания весовых коэффициентов фильтра.

Изобретение относится к цифровой обработке сигналов. Использование изобретения для фильтрации случайных процессов позволяет повысить быстродействие и расширить область применения за счет обеспечения возможности оперативной перестройки фильтра. Это достигается благодаря тому, что в фильтре, содержащем регистр 1 сдвига, буферный регистр 2, счетчик 3, накапливающие сумматоры 6,5 и блоки 4 весового суммирования, включающие преобразователь 12 кодов, сумматор 13 и регистр 14, преобразователь 12 выполнен на группе 15 двухвходовых элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, группе 16 двухвходовых элементов ИЛИ-НЕ, группе 17 двухвходовых элементов И, сумматорах 18, 19 и вычитателе 20. 1 ил,