Цифровой рекурсивный фильтр Советский патент 1993 года по МПК H03H17/04 

(Л

С

Использование: в автоматике и вычислительной технике при спектральном анализе с представлением входного сигнала в формате линейной дельта-модуляции. Сущность изобретения: устройство содержит последовательно соединенные первый умножитель и первый сумматор. Вход первого умножителя объединен с входом второго блока задержки, выход которого соединен с входом второго умножителя, а выход первого сумматора соединен с первым входом алгебраического сумматора и входом третьего блока задержки. Выход третьего .блока задержки подключен к второму входу алгебраического сумматора, выход которого подключен к последовательно соединенным умножителю и четвертому блоку задержки. Выходы первого блока задержки, второго умножителя и четвертого блока задержки соединены с соответствующими входами второго сумматора, выход которого подключен к входу первого блока задержки и первому входу первого сумматора. 1 ил.

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано при спектральном анализе с представлением входного сигнала в формате линейной дельта-модуляции (ЛДМ).

Цель изобретения - повышение быстродействия при фильтрации сигналов с линейной дельта-модуляцией.

На чертеже приведена структурная электрическая схема фильтра.

Цифровой рекурсивный фильтр содержит вход фильтра 1, первый, второй и третий умножители 2, 3 и 4, первый и второй сумматоры 5 и 6, алгебраический сумматор 7, первый-четвертый блоки задержки 8-11, первый, второй и третий входы 12, 13 и 14 задания значений коэффициентов фильтра, выход 15 фильтра.

Вход первого умножителя 2 объединен с входом второго блока задержки 9 и является входом 1 фильтра, выход второго блока задержки 9 соединен с входом второго умножителя 3, выход первого сумматора 5 является выходом 15 фильтра и соединен с первым входом алгебраического сумматора 7 и входом третьего блока задержки 10, выход которого соединен с вторым входом алгебраического сумматора 7, выход которого соединен с входом умножителя 4, выход которого соединен со входом четвертого блока задержки 11, выход которого и выходы первого блока задержки 8 и второго умножителя 3 соединены с соответствующими входами второго сумматора 6, выход которого соединен со входом первого блока задержки 8 и первым входом первого сумматора 5, второй вход которого подклю 4 Ю 00 00

ю

чем к выходу первого умножителя 2, вторые входы первого, второго и третьего умножителей 2, 3, 4 являются соответственно первым, вторым и третьим входами 12, 13 и 14 -задания значений коэффициентов фильтра.

Цифровой рекурсивный фильтр работает следующим образом.

Алгоритм работы цифрового рекурсивного фильтра следующий.

Разностное уравнение первого порядка, в котором входной, выходной сигналы и коэффициенты разностного уравнения представлены в формате ИКМ, имеет вид:

Уп а Уп-1 + ЬоХп + bixn-l ,

(1)

где {хп}, {УП}, . п 0 - входная и выходная ИКМ-последовэтельности; а г, bo, bi - коэффициенты разностного уравнения у0 О,

Заменим входной и выходной сигналы последовательностями, характерными для ДМ-формата

(2)

гдеяуп уп - yn-i; ei (x) Ј {-1,1}- входная ЛДМ - последовательность. С учетом (2) уравнение (1) примет вид

Уп а 5 У1 + Ь0 Ј eiM + bin21fei(x)-..

i - 1

i 1

I 1

Откуда имеем уп bo е(х)п

(х).

п - 1

+ X ()eiw + aivyi. 1 1.

Рассмотрим выражение в правой части (3), Перемножение одноразрядных значений е fi на постоянный коэффициент Ь0 эквивалентно умножению знака значения bo на ±1 и вырождается в операцию над знаковым битом bo. Второй член - непрерывное накопление значений (Ь0 + Ь1)еЦ + aivyi, первая часть которого эквивалентна рассмотренной, а вторая является перемножением значений первой разности выходного сигнала {Vyi} на постоянный коэффициент ai, причем последовательность {vyi } имеет разрядность значительно ниже, чем выходная последовательность {yi}.

Приведенный алгоритм реализуется следующим образом.

- .Работа фильтра начинается с обнуления всех блоков задержки (на чертеже цепи сброса и синхронизации не приведены). В

результате этого на выходе 13 фильтра устанавливается нулевое значение.

На вход 1 фильтра поступает дельта-кодовая последовательность входного сигна5 ла{В(х)п},п 0,В(х)п€{0,1), B(x)n (1+eMri)/2.. с частотой дискретизации Т . характерной для этого представления. На выходе умно-,

.0 жителя .2 с помощью ErxV Формируется последовательность значений {eHi Ь0}. COOT- . ветствующая умножению знака коэффициента bo на входе 13 на значение eHv Одновременно входная последователь5 ность{ Егх п}через одноразрядный блок задержки 9 поступает на второй умножитель 3, на выходе которого из значения bo - bi на входе 14 и входной, задержанной на один . такт (равный периоду частоты дискретиза0 ции) последовательности, формируется в п- м такте значение сигнала { (bo + bi)}. Указанные операции наиболее просто выполняются при помощи элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

5 Таким образом в n-м такте на входы второго б и первого 5 сумматоров поступают значения сигналов e xVi (Ь0 + bi) и bo соответственно, а на выходе последнего формируется значение выходного сигнала

0 уп в формате ИКМ, которое, поступая на входы алгебраического сумматора 7.непосредственно и через третий блок задержки 10 (с задержкой на один такт), формирует на выходе блока 7 первую раз5 ность выходного сигнала vyn УП - Уп-1. В ум.ножителе4 значение первой разности7уп . умножается на коэффициент ai, поступающий на входы 12, в результате чего на выходе четвертого блока задержки 11, с учетом

0 задержки на один такт, формируется .значение сигнала ai.

Этот сигнал совместно с выходным сигналом с умножителя 3 поступает на входы второго сумматора 6, где суммируется с ра- 5 нее накопленным значением выходного сигнала сумматора 6 на выходе первого блока задержки 8. G учетом нулевых начальных значений это приводит к формированию на выходе сумматора 6 значения сигнала

0

Vyn-1 ai + (bo + bi) e(x)n-i + 2 4

n -2

i 1

n - 1

55 +(b0 + b i)e( - g yyi a i + (b0 + b i)eMi.

i 1

Выходной сигнал сумматора 6 совместно с выходным сигналом умножителя 2 формирует на выходе первого сумматора 5

выходной сигнал фильтра уп в формате ИКМ согласно (3).

Таким образом, за счет введения в известное устройство блоков 7, 10 и 11 с соответствующими связями в предлагаемом устройстве выполняется рекурсивная цифровая фильтрация входного сигнала с линейной дельта-модуляцией при сокращении затрат времени в каждом такте благодаря низкой разрядности обрабатываемых величин (входного сигнала в х п и первой разности выходного сигнала 7уп),при высокой точности фильтрации, обеспечиваемой высокой разрядностью ИКМ-коэффициентов фильтра.

Операция умножения знака в блоках 2 и 3 выполняется следующим образом. Обозначим знаковый бит коэффициента bo через В0 6 {0,1}, тогда результат умножения может быть записан в виде 2(B ji, ФВ0)-1 -1Ьо1- где ф- операция суммирования по модулю два, выполняемая при помощи элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, Ibol.- модуль коэффициента Ьо.

Формула изобретения Цифровой рекурсивный фильтр, содержащий последовательно соединенные первый умножитель, вход которого является

входом цифрового рекурсивного фильтра, и первый сумматор, выход которого является выходом цифрового рекурсивного фильтра, последовательно соединенные первый блок

задержки и второй сумматор, второй блок задержки, второй и третий умножители, о т- личающийся тем, что. с целью повышения быстродействия при фильтрации сигналов с линейной дельта-модуляцией,

введены последовательно соединенные третий блок задержки и алгебраический сумматор, второй вход которого соединен с входом третьего блока задержки и выходом первого сумматора, а выход - с входом

третьего умножителя, а также четвертый блок задержки, вход которого соединен-с выходом третьего умножителя, а выход - со вторым входом второго сумматора, выход которого соединен со вторым входом перво-.

го сумматора и входом первого блока задержки, при этом вход второго блока задержки соединен с входом первого умножителя, выход - через второй умножитель соединен с третьим входом второго сумматора, а входы

задания коэффициентов первого, второго и тре/ьего умножителей являются соответственно первым, вторым и третьим входами задания коэффициентов цифрового рекурсивного фильтра.