Цифровой фильтр Советский патент 1980 года по МПК H03H7/10 

(54) ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР

1

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в устройствах цифровой фильтрации узкополосных сигналов на фоне шумов и помех; 5

Известен цифровой фильтр, содержащий инвертор, блок изменения направления счета, реверсивный счетчик, элементы совпадения и триггер 1 .

Однако, фильтр имеет недостаток, |Q т.е. он не реагирует на различную амплитуду входных сигнч1лов, и, кроме того, даже кратковременная помеха вызывает сбои устройства.

Известен также цифровой фильтр, содержащий счетчик, элементы, совпадения, управляемые программным устройством, триггеры, элементы ИЛИ и И, линию .задержки и управляемый клич 2 .

Рещение о характере входного сигнала принимается устройством без учета текущего значения его амплитуды и поэтомупомеха, имеющая даже малую амплитуду, может пропускаться ключом 25 на выход. Кроме того, кратковременные помехи приводят к неправильному функционированию уст)ойства.

Цель изобретения - улучшение фильтрации сигнала при различных значениях

уровня помех и повышение надежности работы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой фильтр, содержащий счетчик, выходы которого подключены ко входам двух элементов И, выходы которых соединены со входами триггера, подключенного выходом к первому входу третьего элемента И, и элемент ИЛИ, введены аналого-цифровой преобразователь, формирователь импульсов, вентили записи кода, дополнительные триг{геры, дополнительные счетчики---, дополнительный элемент |ИЛИ и дополнительные элементы И, при этом выходы аналого-цифрового преобразователя подключены к первым входам вентилей записи кода и ко входам дополнительного элемента ИЛИ, выход которого че20рез формирователь импульсов с R-входом первого дополнительного триггера, с первым входом элемента ИЛИ и со вторым входом третьего элемента И, 1ЫХОД которого подключён к R-входу дополнительного триггера, вторые входы вентилей записи кодасоединены с выходом первого дополнительного элемента И, входы которого подключены к выходам счетчика, счетный вход которо748803го соединен с инверсным выходом первого дополнительного триггера,3 - и С-входы которого подключены к выхо элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, выходы вентилей записи кода подключены к разрядным вхоДам первого дополнительного счетчика, выход котброгс подключен к J - и С-входам вто рого дополнительного триггера, инверйный выход которого подключен к первому входу второго дополнительного элемента И, второй вход которого coёдицeJf c шиной тактовых импульсов, а выход - со счетными входами дополнительных счетчиков, вход сброса вто рого из которых подключен к шине : импульсов сброса, а. выходы - к входам третьего дополнительного элемента И. На чертеже представлена функциона ная схема цифрового фильтра. Цифровой фильтр содержит аналогоцифровой преобразователь (АЦП) 1, элемент 2 ИЛИ, формирователь 3 импульсов по фронту и спаду с подавлением помех, элемент 4 ИЛИ, триггер 5, счетчик 6, элементы 7, 8 и 9 И, вентили 10 записи кода (элементы И), счетчик 11, элемент 12 И, триггер 13 счетчик 14, триггер 15, элементы 16 и 17 И. Выходной сигнал поступает на шину 18, тактовые импульсы - на шину 19, импульсы сброса - на шину 20. Выходной сигнал снимается с шины 21. В исходном состоянии счетчики 6, 11 и 14 и триггер 15 обнулены, а три геры 5 и 13 установлены в единичное состояние (на функциональной схеме соответствующие связи не показаны). На шине 18 - нулевой сигнал, на выходах аналого-цифрового преобразователя 1 - нулевые сигналы (на функциональной схеме показан, например, че тырехразрядный АЦП), на выходах всех элементов И - нулевые сигналы. Цифровой фильтр работает следующи образом. После прихода на шину 18 устройст ва входного сигнала, превышающего уровень квантования АЦП 1, на выходе элемента 2 ИЛИ устанавливается едини ный сигнал до Тех пор, пока хотя бы на одном из выходов АЦП 1 присутству ет сигнал. По фронту сигнала на выхо де элемента 2 ИЛИ формирователем 3 вьщается импульс фронта, который устанавливает триггер 5 в нулевое соетояние, разрешая работу счетчика 6 Счетчик б совместно с элементами 8 и 9 И используется для контроля длительности полупериода входного сигнала. Импульсы с выходов этих элемен тов И осуществляют запуск и сброс со ;ОГвё ± ствённо триггера 15, формирующего стробирующий импульс. Если импульс спада формирователя 3 пояй- ляется в тот момент, когда на выходе триггера 15 имеется стробирующий импульст, то это означает, что ё54олное колебание имеет заданную частоту ь границах, определяемых длительностью стробирующето импульса. Цо окончании импульса на выходе элемента 2 ИЛИ через элемент 4 ИЛИ триггер 5 возвращается в исходное единичное достояние. По окончании стробирующего импульса по импульсу с выхода элемента 2 ИЛИ ёрез элемен„т 4 ИЛИ также осуществляется возврат триггера 5 в исходное единичное состояние. Нулевой потенциал с инверсного выхода триггера 5 запрещает работу счетчика 6 и производит его установку в нулевое состояние. Элемент 7 И совместно со счетчиком 6 служит для того, чтобы оценить амплитуду пришёдмбго колебания и в дальнейшем, в случае, если данное колебание по выбранным критериям считается полезным сигналом, записать в н акопительный счетчик 14 число, пропорциональное амплитуде входного сигнала. Эго производится следующим образом. На выходе элемента 7 И в момент, соответствующий середине первого полупериода колебания (максимальная амплитуд, ожидаемглх синусоидальных колебаний) через вентили 10 записи кода производится запись в счетчик 11 дополнительного кода по отношению к коду, выдаваемому АЦП 1. Импульс на выходе элемента 16 И устанавливает триггер 13 в нулевое состояние, разрешая работу элемента 12 И. . После переполнения счетчика 11 триггер 13 запрещает прохождение тактовых импульсов через элемент 12 И. Число импульсов на выходе соответствует числу, выданному ранее с АЦП 1, и эти импульсы поступают на счетчик 14... При последующих полупериодах вход-. ного сигнала аналогичным образом производится предварительная запись в счетчик 11 числа, характеризующего амплитуду входного сигнала, и, в случае, оказывается полезным (частота сигнала соответствует заданной) , производится дальнейшее накопление информации о входном сигнале в счетчике 14. Элемент 17 И служит для выдачи выходного импульса в случае достижения определенного (порогового) числа, накопленного в счетчике 14. Причем, это число должно быть накоплено за определенный промежуток времени, определяемый периодом импульсов сброса на шине 20. Для того, чтобы максимально приблизить работу предлагаемого устройства к работе аналогового фильтра, следует производить лишь частичное обнуление счетчика 14 по импульсам сброса. Цифровой фильтр осуществляет оценку амплитуды входного с.игнала и многократное Накопление результатов этой оценки, что позволяет правильно оценить энергию полезного сигнала и помехи и позволяет улучшить фильтраци полезного сигнала при различных уровнях помех.

При непрерывном накоплении информации о входном сигнале, имеющем заданную частоту, в счётчике 14 и при частичном обнулении счетчика 14 через заданные интервалы времени происходИт усреднение информации, накопленной в счетчике, что позволяет устройству не реагировать даже на несколько пе-, риодов помехи.

Для повышения надежности работы предлагаемого устройства в качестве формирователя 3 используется, формирователь импульсов по фронту и спаду, не вьадающий на кратковременные единичные и нулевые помехи выходные импульсы фронта и спада на своих выходах. При этом от кратковременных единичных и нулевых помех в формирователе 3 может происходить запуск предварительных триггеров и после контроля длительности входного сигнала принимается решение выдать или не выдать на выходы импульсы.

Таким образом, формирователь 3 с некоторой задержкой выдает выходные импульсы, причем все импульсы, . длительность которых меньше этой задержки, считаются помехами и формирователь 3 не выдает на нн выходные импульсы.

Применяя такой формирователь в устройстве Hq происходит ложный запуск, а также сброс триггера 5, разрешающего работу счетчика 6.

Кроме того, в случае, если бы формирователь 3 не обладал помехозащищенностью от кратковременных помех, ложный импульс спада с одного из выхо дов мог при определенных условиях (при наличии строба на выходе триггер 15) производить ложное накопление в счетчике 14. Таким образом, повышена помехозагдищенность устройства от крат ковременных помех, нарушающих его правильное функционирование, и повышена надежность его работы.

Кроме того, возвращение триггер в 5 и 13 в исходное единичное состояние производится ito спаду импульса, .поступающего на i - и С-входы, причем .на К-вход подан низкий потенциал. Такое построение схемы устройства является надежным, так как Переключение

1триггеров происходит после выдачи имг

пульса на выходе элемента 9 И, либо после переключения в нулевое состояни старшего разряда счетчика 11. В слу- чае использования RS-триггеров в момент переключения триггеров 5 и 13 в единичное состояние пр9исходило. бь ускорение выходного импульса и тогда необходимо было бы рассматривать ряд моментов, связанных с переходными

процессами, которые нарушают правйльное функционирование устройства в целом. Поэтому применение в качестве триггеров 5 и 13 RS-триггеров нежелательно.

Формула изобретения

Цифровой фильтр, содержащий счетчик, выходы которого подключены ко входам двух элементов И, выходы которых соединены со входами триггера, подключенного выходом к первому входу третьего элемента И, и элемент ИЛИ, отличающийся тем, что, с целью улучшения фильтрации сигнала при различныхзначениях уровня помех и повышения надежности работы устройства, в него введены аналого-цифровой преобразователь, формирователь импульсов,,вентили записи кода, дополнительные триггеры, дополнительные счетчики, дополнительный элемент ИЛИ и дополнительные элементы И, при. этом выходы аналого-цифрового преобразователя подключены к первым входам вентилей записи кода и ко входам дополнительного элемента ИЛИ, выход которого через формирователь импульсов соединен с R-входом первого дополнительного триггера, с йервым входом элемента ИЛИ и со вторым входом третьего элемента И, выход которого подключен к R-входу второго пополнительного- триггера, вторые входы вентилей записи код соединены с выходом первого дополнительного элемента И, входы которого подключены к выходам счетчика, счетный вход которого соединен с инверсным выходом перчого дополнительного триггера,3 и С-входы которого подключены к выходу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, выходы вентилей записи кода подключены к разрядным входам первого пополнительного счетчика, выход которого подключен к 3-й С-входам второго дополнительного триггера, инверсный выход которого подключен к . первому входу второго дополнительного элемента И, второй вход которого соеднен с шиной тактовых импульсов, а выход - со счетными входами .дополнительных счетчиков, вход сброса второго из .которых подключен к шине импуль:;ов сброса, а выходы - ко входам третьего дополнительного .элемента И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

365799, кл. Н 03 Н 7/02, 1971 (про-отип) . /..