Программируемый трансверсальный фильтр Советский патент 1981 года по МПК H03H15/02 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к устройствам частот ной и временной обработки электрических сигналов, и может быть использовано в различной прнемо-передающей аппаратуре, системах автоматического регупирования, устройствах распознавания и синтеза образов и т.д. Известны программируемые трансверсальные аналоговые фильтры, перепрограммирование которых производится с помощью двоичных коэффициентов. Харакг терной особенностью таких устройств является возможность электрического программирования фильтра и получения желаемой частотной характеристики после этапа его изготовления, причем срав нительно простым способом. Один из таких фильтров выполнен на приборах с зарядовой связью (ПЗС) и содержит аналоговый регистр сдвига, в который с помощью специального устройства осузцествляется запись дискретизированного входного сигнала, представляющего собой последовательность зарядовых пакетов, имеющую закон возрастания амплитуды, пропорциональный 2 , i ,2,...,m, где m - число разрядов регистра ПЗС, равное количеству разрядов управляющих двоичных коэффициентов . Фильтр содержит также m аналоговых регистров сдвига (дискретноаналоговых линий задержки) на ПЗС, имеющих п-разрядой каждый. Взвешенные входные сигналы записываются в эти регистры, а их считьшание и суммирование осуществляется с помощью цифровых сигналов +1 .и О на сумматоре;, причем знак весового коэффициента реализуется за счет подачи считываемых сигналов на инвертирующий или неинве4)тирующий входы сумматора. Таким образом, в фильтре осуществляется программирование необходимой АЧХ с помощью логических сигналов, т.е. фильтр представт ляет собой аналоговое устройство с цифровым управлением . 3 Недостатком этого устройства является наличие большого числа аналоговых регистров сдвига N m + 1 . Наиболее близким по своей техничес кой сущности к предлагаемому является программируемый трансверсальный фильт который состоит из m более простых фильтров, входы которых объединены, а выходы подключены к устройствам взвешивания и суммирования. Каждый из т фильтров представляет собой аналоговый трансверсальный фильтр с цифровым .управлением, в котором весовые ко эффициенты съема могут принимать лишь три значения: 1,0 и +1. Этот фильтр родержит две идентичных аналоговых Иинии задержки с отводами, два регистра для хранения двоичных коэффици ентов (один регистр для хранения коэф фициентов, реализующих положительный знак весовых коэффициентов съема, дру ,гой для коэффициентов, реализующих от рицательный знак) , а также управляемы цифровым кодом аналоговые ключи, которые подключают отводы ЛЗ к устройст ву суммирования 2 . Недостатком известного программиру емого фильтра является наличие большо го числа аналоговых и цифровых регист ров, суммарное число которых равно учетверенному числу разрядов весовых двоичных коэффициентов, что, в свою очередь, приводит к громоздкости и сложности конструкции фильтра и как следствие этого - к уменьшению надежности. Это весьма существенно при уве личении количества разрядов весовых коэффициентов с целью повышения их то ности и увеличения избирательности (| 1пьтра. Увеличение числа регистров, приводящее к возрастанию габаритов и снижению надежности, особенно нежелательно при реализации фильтра в интегральном исполнении, поскольку не позволяет выполнять фильтр в виде одного кристалла (чипа) . Цель изобретения - повышение надеж ности фильтра. Для этого в программируемый трансверсальный фильтр, содержащий аналого вые линии задержки с отводами, и анаЛОГОИ11Х ключей, каждый из которых состоит из m ключевых элементов, m блоков взвешивания и суммирования и сумматор, причем управляющие входы i-ых ключевых элементов (i 1,..., п) объ единены и подключены к выходу К-ого разряда цифрового регистра (,..., т), введены фазоинвертор, включенный 5 между входами аналоговых линии задержки, и П переключателей, входы каждого из которых подключены соответственно к i-ым отводам аналоговых линий задержки, управляющие входы переключателей объединены и соединены с выходом знакового разряда цифрового регистра, а выход (.-ого переключателя соединен со входом i-ого аналогового ключа, при этом выходы k-ых ключевых элементов объединены и подключены ко входу К-ого блока взвешивания и .суммирования, выход которого подключен ко входу сумматора. На чертеже представлена структурная электрическая схема программируемого трансверсального фильтра. Программируемый трансверсальный фильтр содержит две аналоговые линии задержки 1 и 2, каждая из которых имеет п отводов. Кроме того, фильтр содержит фазоинвертор 3, вход которо- го соединен со входом линии задержки 1 , а выход со входом линии задерж Фильтр имеет также переключатели А-1 - 4-п. Один из входов каждого переключателя 4-i подключен к i-ому отводу линии задержки 1, а другой вход - i-ому отводу линии задержки 2. Выход каждого из переключателей 4-1 4-п соединен со входами соответствующих аналоговых ключей 5-1 - 5-п. Каждый ключ 5-i состоит из m ключевых элементов 6-1 - l-6-m, где m - число значащих разрядов весовых коэффициентов, представленных в двоичном коде, входы которых объединены, а выходы каждого ключевого элемента 6-К объединены с выходами других ключевых элементов 6-1 аналоговых ключей 5-i и подключены к k-ому блоку взвешивания и суммирования 7-1 - 7-т. Выходы блоков взвешивания и суммирования 7-1 - 7-т подключены ко входам сумматора 8, выход которого является аналоговым выходом всего фильтра. К цифровому регистру 9, в котором хранятся знаковые разряды 10 всех весовых коэффициентов, подсоединены управляющие входы переключателей 4-1 - 4-п. Выход k-ro Ключевого .Элемента (k l,2,...,Ti) i-oro аналогового ключа соединен с выходами k-ых ключевых элементов 6-1-1 - 6-n-m и подключен к k-ому блоку взвешивания и суммировадця 7-1 - 7-т, При этом входы управления k-ьгх ключевых элементов 6-1 - 6-т подключены к цифровому регистру 9, в котором хранятся k-ые разряды всех 5 весовых коэффициентов, т.е. к одному из разрядов 11-1 - 1-т. Фильтр работает следующим образом Входной аналоговый сигнал подаетс на линии задержки 1 и 2, причем на л нию задержки 1 он подается непосредс венно, а на линию задержки 2 - через фазоинвертор 3. Этим обеспечивается противофазность сигналов, снимаемых с одноименных отводов обеих линий за держки, необходимая для реализации п ложительных и отрицательных весовых коэффициентов. Сигналы с одноименных отводов линии задержки подаются на у равляемые переключатели 4-1 - 4-П. П этом если логический сигнал управления переключателем 4-1, снимаемый с цифрового регистра 9, равен О, т.е. h;o О, то на выход i-го переключател подается сигнал с i -ого отвода линии задержки 1 и реализуется положительны знак i-oro весового коэффициента. Ес ли же hjo 1, то. сигнал подается на выход этого переключателя с i-го от:вода линии задержки 2 и таким образог реализуется отрицательный знак коэффициента. Далее сигналы с выходов переключателей подаются на аналоговые ключи 5-1 - 5-п, которые управляются цифровыми сигналами разрядов 11-1 11-т. При этом, если сигнал управления k-bM ключевым элементом 6-1-К равен О, т.е. Ь;ц О, то этот ключевой элемент закрыт, если же Н;ц 1, ,то он открыт, и сигнал с i-ro отвода линии задержки 1 или линии задержки 2 подается на k-ый блок взвешивания и суммирования и 7-К с весом (k l,2,...,m). Взвешенш 1е, т.е. умноженные на 2, сигналы суммируются далее в сумматоре 8, с выхода которого снимается выходной аналоговый сигнал фильтра. При действии на входе фильтра гармонического сигнала UBX Uee- где и® - амплитуда входного сигнала; t - время. Тогда задержанный сигнал, снимаемый с 1-го отвода линии задержки 1 или 2, имеет вид II Н ) UBW, -l-U Uoe , гдеи 2jli - круговая частота; Т - время задержки между соседними отводами; h; - весовые коэффициенты, снимаемых с отводов линии задержки сигналов; 9856 h - число отводов в линии задержки. (при hjg О сигнал снимается с линии задержки 1, при hjo 1-е линии задержки 2). Сигнал на входе k-ro блока взвешивания и суммирования 7-k записы вается U«. I(-lf4h,( После перемножения на 2 (К 1,2,...,т) и суммирования имеем на выходе (-l)°h-,Ke Умножая каждое слагаемое второй суммы на 2, а затем меняя пор}здок суммирования, для коэффициента пере- дачи получим: K(a.)4l (-1). что соответствует коэффициенту передачи любого трансверсального фильтра. Таким образом, предложенноеустройство представляет собой аналоговый трансверсальный фильтр с цифровым управлением, в котором имеется возможность установки произвольных весовых коэффициентов съема с помощью двоичных коэффициентов, хранящихся в цифрр1ВЫХ регистрах. Запись же цифровой информации в эти регистры осуществляется любым из известных способов, например из постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), либо от микропроцессора, в последовательном, параллельном или последовательно-параллельном коде. Изменяя должным образом цифровую информацию в регистрах, можно изменять , (программировать) частотную характеристику фильтра в зависимости от нужд потребителя. Формула изобретения Программируемый трансверсальный фильтр, содержащий аналоговые линии задержки с отводами, П аналоговых ключей, каждый из которых состоит из m ключевых элементов, m блоков взвешивания и суммирования и сумматор, причем управляющие входал 1-ых ключевых элементов (1 ,...,п) объединены и подключены к выходу k-oro разряда цифрового регистра (к l,...,ni), отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него

введены фазоинзертор, включенный меж ду входами аналоговых линий задержки и П переключателей, входа каждого из которых подключены соответственно к i-ым отводам аналоговых линий задерж ки управляющие входы переключателей объединены и соединены с выходом зна нового разряда цифрового регистра, а выход i-oro переключателя соединен со входом i-oro аналогового ключа, при этом выходы k-ых ключевых элемен

19858

тон объединены и подключены ко входу

k-oro блока взвешивания и суммирования, выход которого подключен ковходу сумматора.

5

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Заявка Франции № 2348606, кл. Н 03 К X, 1977.

10 2. Патент США № 4100513, кл.333-70, 1978 (прототип).