Нерекурсивный цифровой фильтр нижних частот

 

НЕгеКУРСИВНЫЙ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР НИЖНИХ ЧАСТОТ, содержащий аналого-цифровой преобразователь, вход которого является вхоцом фильтра, умно житель, выход которого подключен к первому входу сумматора, регистр, блок памяти коэффициентов, содержащий N ячеек, блок синхронизации, первый выход KOTOi рого подключен к управляющему входу цифроаналоговогх преобразователя, вькод которого является выходом фильтра, о тличающийся тем, что, с целью повышения бьютродействия, в него вве« дены первый, второй и третий коммутаторы ,т-1 (rt) N|H . TOeyirfrp /5rpj,, грбх грвых - соответственно гра- , ничные входная и выходная частоты) ре« гистров, а блок памяти коэффициентов содержит In узлов памяти по и ячеек в каждом, причем выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым вхо дом умножителя, выход сумматора пооключен к входу первого коммутатора, i -ый

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК у(д) Н ОЗ Н 17/06

ГОСУДАРСТВЕННЬЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

r -,Я» « » р»- @»,, « - > » "» ч., и в . т«!

Т Ф ж

CO

М 3

4ь (21) 3426983/18 24 (22) 14.04.82 (46) 23.08.83. Бюл. 34 31 (72) М. А. Бережковский, А. М. Могильницкий, И. Н. Шумилова и М. LL Шу тов (71) Специальное конструкторское бюро аналитического приборостроения Научнотехнического обьецинения АН СССР (53) 681.32 (088.8) (56) 1. Гольденберг Л. М. и цр. 1»ифровые фильтры. М., Связь", 1974.

2. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов.

М., «Мир", 1978 (прототип). (54) (57) НЕРЕКУРСИВНЫЙ ЦИФРОВОЙ

ФИЛЬТР НИЖНИХ ЧАСТОТ, соцержащий аналого-цифровой преобразователь, вхоц которого является входом фильтра, умножитель, выхоц которого подключен к первому входу сумматора, регистр, блок памяти коэффициентов, содержащий М ячеек, блок синхронизации, первый выход которого поцключен к управляющему входу цифроаналогового преобразователя, выход которого является выходом фильтра, о т личаюшийся тем,что,сцелью

„SU„„1037417 А повышения быстродействия, в него вве дены первый, второй и третий коммутато ры,ю -1 (Ь|=й и, гце и=%грех Игрене

f .pе„ф р е „, ничные вхоцная и выходная частоты) ре гистров, а блок памяти коэффициентов содержит bl узлов памяти по и ячеек в каждом, причем выхоц аналого-цифрового преобразователя соединен с первым вхо ,дом умножителя, выход сумматора подключен к вхоцу первого коммутатора, -ый (1 1,ю) выход которого подключен к входу j «го регистра, выход которого соединен с 1 -ым вхоцом второго комму I таторау выход которого подключен к вхо цу цифроаналогового преобразователя и второму входу сумматора, выхоц » -го (1=3/1) уааа памя ти подключен к sxo» ду (+1) пд д ro узла памяти и 1-му входу третьего коммутатора, выход ко торого соединен с вторым вхоцом умно . жителя, управляющие входы первого, второго и третьего коммутаторов соединены соответственно с вторым, тре» тьим и четвертым выходами блока синхро ниэации, пятый выхоц которого подюпэ чен к управляющим вхоцам m узлов памяти.

1037417

Изобретение относится к вычислитель ной технике, в частности к цифровым фильтрам, и предназначено для цифровой обработки электрических сигналов в различных областях народного хозяйства 5 (геологораэвецке полезных ископаемых электромагнитными или сейсмическими метоцами, радиолокации, гидроакусти», ке и т.п.).

Известны не рекурсивные цифровые фильтры нижних частот с линейной фаэо.вой характеристикой, где эффект фильт рации постигается умножением членов текущей выборки дискретных отсчетов входного сигнала на весовые коэффици- 15 енты, фиксированные для каждого члена выборки и суммированием полученных!. произведений. Длина выборки (М членов) определяет качество фильтрации (крутизну среза, уровень пульсаций частотной 20 характеристики) и частоту среза P 1 ) .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является иерекурсивный цифровой фильтр, который содержит умножитель, выход сумматора подключен к входу накапливающего регистра, а вход послецовательно соединен с вторым входом сумматора и цифроаналоговым преобразователем, два блока памяти для хранения отсчетов вхоцного 30 сигнала (цифровая линии задеркки) и ве совых коэффициентов общим обьемом 2 Й ячеек, блок синхронизации (2) .

Цель изобретения - упрощение фильтра и повышение быстроцействия.

Поставленная пель цостигается тем, что в нерекурсивный цифровой фильтр нижних частот, соцержащий аналогоцифровой преобразователь, вход которого является вхоцом фильтра, умножителя, выход которого подключен к первому входу сумматора, регистр, блок памяти коэффициентов, содержащий М ячеек, блок синхронизации, первый выход которого подключен к управляющему входу цифроаналогового преобразователя, выход которого является выхоцом фильтра, введены первый, второй и третий коммутато гпе }т ьх грьь}х> грех ц> вь}Х - соответствен 50 но граничные входная и выходная частоты) регистров, а блок памяти коэффициентов содержит }и узлов памяти по И ячеек в каждом, причем выхоц аналого цифрового преобразователя соединен с 55 первым вхопом умножителя, выхоц сумматора подключен к входу первого комму» татора, } -ый (=1,ю) выход которого подключен к вхоцу .} -ro регистра, выхоп которого соединен с j -ым входом второго коммутатора, выход которого подключен к входу цифроаналогового преобразователя и второму входу сумматора, выход i-го (1»1 } ) узла памяти подключен к входу (}+1) oqN -го узла памяти и } «му вхопу третьего коммутатора, выход которого соецинен с вторым входом умножителя, управляющие входы первого, . второго и третьего коммутаторов соединены соответственно с вторым, третьим и четвертым выходами блока синхронизации, пятый выход которого подключен к управляющим входам И} узлов памяти

Ширина спектра выходного сигнала фильтра нижних частот всегца меньше, чем ширина спектра входного сигнала.

Это и позволяет получить выигрыш, пропорциональный отношению верхних граничных частот спектров входного и sbnoqного сигналов. р х

И= q ЬЫН., На фиг. 1 представлена функционал}ная схема прецлагаемого фильтра; на фиг. 2 - временные диаграммы работ фильтра. фильтр содержит аналого-цифровой преобразователь 1, умножитель 2, сумматор 3, }И регистров 4, первый ком-! мутатор 5, второй коммутатор 6, блок памяти коэффициентов, разбитый на И} узлов 7 памяти по и ячеек в каждом, цифроаналоговый преобразователь 8, третий 9 коммутатор, блок 10 синхронизации.

Фильтр работает следующим образом.

Каждый отсчет g входного сигнала, поступающий с выхода аналого-цифрового преобразователя 1, умножается в умножителе 2 раз на весовые коэффициенты, подаваемые поочередн о через к оммутатор 9 с выходов узла 7 памяти. Синхронно с коммутатором 9 переключается коммутатор 5 и коммутатор 6, обеспечивая сложение произведений с содержимым соответствующих регистров 4 в сумматоре 3. Бикл заканчивается циклическим сцвигом весовых коэффициентов вправо на одну ячейку. При этом коэффициенты из послецней ячейки каждого узла 7 поступают в первую ячейку сосецнего узла справа, а иэ послецнего узла — в первый. Прием информации в цифроаналоговый преобразователь 8 произвоцится только тогда, когда на выходе какоголибо узла 7 оказывается коэффициент С}}, 3 1037 причем передача информации производит ся из соответствуюшего этому узлу регистра 4, после чего этот регистр обнуляется.

Работа цифрового фильтра поясняет» ся временной диаграммой, приведенной на фиг. 2. В качестве примера взят фильтр с количеством «оэффициентов Й =100 в блоке памяти коэффициен» 1О тов, разделенном на два узла памяти по 50 коэффициентов в каждом (т.е. a=2;

И=60).

Ось а показывает отсчеты Х„ на пер- 15 вом входе умножителя; ось 6 - весовые коэффициенты первого узла на втором входе умножителя; ось в - весовые коэффициенты второго узла на втором входе умножителя; ось г - прием результата рр ! сложения в первый регистр 4; ось дприем результата сложения во второй

417 4 регистр 4; ось е - прием информации в цифроаналоговый преобразователь.

Технико-экономический эффект от использования предлагаемого устрой ства выражается в том, что в фильт ре в течение каждого интервала времени

Т должно быть выпрлнено Е= + операций

Я умножения, сложения и обращения в блок памяти и один сдвиг. Следовательно

С 7 М(сч+7С) что и обеспечивает выигрыш по быстро действию по крайней мере s И раз.

При больших значениях М сушественаым оказывается и выигрыш в общем обьеме блока памяти, число ячеек которых с учетом регистров составляет (.НФЮ) вместо 2N в извеетном фильтре. Кроме того, сокращается количество используе мого оборудования и потребляемая мощность, 1037417

Составитель А. Баранов

Редактор А. Козориэ . Техрец М.Тепер Корректор Л. Бокшан Заказ 6035/58 Тираж 936 Подписное

ВНИИПИ Государственного комната СССР по делам изобрежний и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушскаи наб., а. 4/5

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4