Нерекурсивный фильтр

 

1. НЕРЕКУРСИВНЫЙ ФИЛЬТР, содержащий дискретно-аналоговую линию задержки (ДАЛЗ), нечетные отводы которой через соответствующие весовые блоки подключены к входам первого сумматора, а четные отводь через другие соответствующие весовые блоки - к входам второго сумматора, отличающийся тем, что с целью повьппения точности фильтраj ции, в него введены п+2 (п - четное число) дополнительных весовых блоков , при этом п/2 дополнительных весовых блоков включены мезвду нечетными отводами ДАЛЗ и входами второго сумматора, п/2 других дополнительных блоков включены между четными отводами ДАЛЗ и входами первого сумматора, (п+1)-ый,дополнительный весовой блок включен между выходом первого сумматора и одним из его входов, а (п+2)ой дополнительный весовой блок включен между выходом второго сумматора и одним из его.входов. 2. Фильтр по п. 1,отличающ и и с я тем, что каждый весовой блок и каждый дополнительный весовой блок состоит из четырех ключей и коммутируемого конденсатора, первая обкладка которого подключена к вьпсоду первого ключа и информационному вхо (Л ду второго ключа, вторая обкладка к выходу третьего ключа и информационному входу четвертого ключа, информационные входы первого и третьего ключей объединены и являются входом весового блока, выходы второго и четвертого ключей объединены и являются выходом весового блока, а управляющие э входы ключей соединены с соответствующими выходами введенного блока fo ;о управления. э

ССЮЭ СОВЕТСКИХ

ИЛ

РЕСПУБЛИК аю (и) цр Н 03 Н 17/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТИЗЬСТВУ (21) 3472592/18-09 (22) 15.07.82 (46) 07.08.84 Вюл. У 29 (72) В.А.Кешишьян (71) Минский радиотехнический институт (53) 621.396.96(088,8) (56) 1, Современная теория фильтров и их применение. Под ред. Темеша и др. М., "Мнр", 1974, с. 507.

2. Авторское свидетельство СССР

В 841084, кл. Н 03 Н 17/04, 1981 (прототип) . (54) (57) 1. НЕРЕКУРСИВНЫЙ ФИЛЬТР, содержащий дискретно-аналоговую линию задержки (ДАЛЗ), нечетные отводы которой через соответствующие весовые блоки. подключены к входам первого сумматора, а четные отводь1 через другие соответствующие весовые блоки — к входам второго сумматора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности фкпьтраI ции, в него введены п+2 (n — четное число) дополнительных весовых блоков ° при этом n/2 дополнительных весовых блоков включены между нечетнымн отводами ДАЛЗ и входами второго сумматора, и/2 других дополнительных блоков включены между четными отводами ДАЛЗ и входами первого сумматора, (и+1)-ый,дополнительный весовой блок включен между выходом первого сумматора и одним из его входов, а (n+2)ой дополнительный весовой блок включен между выходом второго сумматора и одним иэ его.входов.

2. Фильтр по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что каждый весовой блок и каждый дополнительный весовой блок состоит из четырех ключей и коммутируемого конденсатора, первая обкладка которого подключена к выходу I первого ключа и информационному входу второго ключа, вторая обкладка— к выходу третьего ключа и информационному входу четвертого ключа, информационные входы первого и третьего клю- Я чей объединены и являются входом весового блока, выходы второго и четвертого ключей объединены и являются выходом весового блока, а управляющий входы ключей соединены с соответствующими выходами введенного блока управления.

1107290

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь: зовано в системах управления и pery. лирования, а также в системах обработки и передачи дискретной или аналоговой информации, радио и гидролокации.

Известен нерекурсивный фильтр, содержащий линию задержки, отводы которой через соответствующие весовые блоки подключены к входам сумматора 513.

Наиболее близким по технической сущности к изобреТению является нерекурсивный фильтр, содержащий ДАЛЗ, нечетные отводы которой через соответствующие весовые блоки подключены к входам первого сумматора, а четные отводы через другие соответствующие весовые блоки — к входам второго сумматора 5 21.

Однако известным нерекурсивным фильтрам свойственна недостаточно высокая точность фильтрации.

Целью изобретения является повышение точности фильтрации.

Поставленная цель достигается тем, что в нерекурсивный фильтр, содержащий ДАЛЗ, нечетные отводы которой через соответствующие весовые блоки подключены к входам первого сумматора а четные отводы через другие соответствующие весовые блоки — к входам второго сумматора, введены n+2 (n — четное число) дополнительных Ç5 весовых блоков, при этом n/2 дополнительных весовых блоков включены между нечетными отводами ДАЛЗ и входами второго сумматора, п/2 других дополнительных блоков включены между чет- 40 ными отводами ДАЛЗ и входами первого сумматора, (n+1)-ый дополнительный весовой блок включен между выходом первого сумматора и. одним из его входов, а (п+2)-ой дополнительный весо- 4> вой блок включен между выходом второго сумматора и одним из его входов, а каждый весовой блок и каждый дополнительный весовой блок состоит из четырех ключей и коммутируемого конден-50 сатора, первая обкладка которого подключена к выходу первого ключа и информационному входу второго ключа, вторая обкладка - к выходу третьего ключа и информационному входу четвер-55 того ключа, информационные входы первого и третьего ключей объединены и являются входом весового блока, выходы второго и четвертого ключей объединены и являются выходом весового блока, а управляющие входы ключей соединены с соответствующими выходами введенного блока управления.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема нерекурсивного фильтра; на фиг. 2 — временные диаграммы работы блока управления, Нерекурсивный фильтр содержит

ДАЛЗ 1. весовые блоки 1-8. сумматоры 9 и 10, дополнительные весовые блоки 11 — 18, 19 и 20, блок 21 уп— равления, весовые блоки 1-8 содержат ключи 22-25 и коммутируемые конденсаторы 26-33, п дополнительных весовых. блоков 11 — 18 содержат ключи 34 — 37 и коммутируемые конденса" торы 38 — 45, (п+1)-ый и (n+2)-ой дополнительные блоки 19 и 20 содержат ключи 46 — 49 и коммутируемые конденсаторы 50 и 51. Блок 21 управления имеет выходы 52 — 57.

Нерекурсивный фильтр работает следующим образом.

Входной сигнал представляет собой чередующуюся последовательность отсчетов аналоговых сигналов U u LI

Входные сигнал U u U чередуются во времени таким образом, что на вход нерекурсивного фильтра поступает последовательность

0 L+),L5, (1+Т), U„(<+27), u„(<+37), L5, (+47), 5, (<+57), и, (t +67), О (t+77) и т.д., где Т вЂ” период дискретизации входного сигнала, определяемый теоремой

Котельникова.

В качестве примера ДАЛЗ 1 содержит семь запоминающих ячеек.

В общем случае ДАЛЗ 1 может содержать запоминающие ячейки с и+1 отводами, а сам нерекурсивный фильтр иметь каналов.

Рассмотрим принцип работы фильтра для момента времени 6 +7Т, т.е. для момента времени, когда сигнал, появившийся на входе в момент, пройдя ДАЛЗ 1, оКажется в момент г +77 на ее выходе. При этом на всех отводах ДАЛЗ 1 появятся напряжения, т,е. на четных отводах ДАЛЗ 1 будет последовательность напряжений

Ug(4+0) U2 (5+27), 0„(Е+47), ц(+67) . а на нечетных отводах ДАЛЗ 1 будет последовательность напряжений

О (1+Т), Ll,($+37) О, (t+5T) (5 ([phone]

В момент времени +7Т, в соответствии с временной диаграммой (фиг.2) работы блока 21 управления, на выходе 52 будут импульсы, которые поступают на управляющие входы ключей 5

35-36 дополнительных весовых блоков

11 - 18, в результате чего ключи

35-36 откроются, В этот же момент

6+7Т существуют импульсы на выходе

56 блока 21 управления, в результате 10 чего откроются ключи 47 и 48 дополнительных весовых блоков 19 и 20, Для этого момента времени коммутируемые конденсаторы 45, 4 41 и 39 получат соответствующие заряды нечет- 15 ных отводов ДАЛЗ 1, т.е. заряды на конденсаторах 45, 43, 4 1 и 39 соответственно бя>ут

0„„5 =С„, и.(<+7T); а„, =С 3 О„(+5Т);

Э ., =С ug(4*+3T);

©с =C 0 (1+Т) .

Коммутируемые конденсаторы 38, 40, 42 и 44 дополнительных весовых блоков 11, 13, 15 и 17 получат соответствующие заряды с четных отводов

ДАЛЗ 1 и будут равны (сзк =С э U (+Т)

@см =С о uz(t+2T);

g z =С„1 Q (t+4T); 30

Qc44 =С ч ц, (1-+6Т)

Так как все четные весовые блоки

2, 4, 6, 8, 12, 14, 16 и 18 своими выходами включены на соответствующие входы сумматоров 9 и 1О, в цепях об" ратных связей которых включены соответственно дополнительные весовые блоки 19 и 20, то при открытых клю чах 47 и 48 в соответствующих весовых блоках 19 и 20 заряды на их кон- 40 денсаторах 50 и 51 равны

На выходе сумматора 10 будет сигнал, С44 С42 Ñ40 СЯ

Сф1 С51 81 J

Обозначим отношение емкостей в выражениях (2) и (3) через соответствую щие коэффициенты как

Оеар Смь Се С Я (2a) С L

С 5о бо ьо

С« ъо Сзе > (3 ) ,С Сб СЧ„С51

Тогда выражения (2) и (3), описывающие сигналы на выходе 69 и 70 фильтра в соответствии с обозначениями (2а) и (3a), примут вид

Рассмотрим следующий момент времени +8Т. Согласно временной диаграм. ме (фиг. 2) в этот момент импульсы будут на первом и третьем выходах соответственно 57 и 55 блока 21 управления, в результате чего импульсы поступают на управляющие входы ключей 22 и 25 весовых блоков 1-8 и на ключи 46 и 49 дополнительных весовых блоков 50 и 51 . В этот момент времеt ни на четных отводах ДАЛЗ будет последовательность соответствующихнапряжений

О,,(+О), Озй+2Т), Uz(++4T),0„(++6Т} а на нечетных отводах ДАЛЗ 1 будет последовательность соответствующих напряжений

U3(t+T), Ug(t+3T), U,(+5Т) Ц Н.+7Т) .

Пля этого момента времени коммутируемые конденсаторы 26, 28, 30 и

32 весовых блоков 1, 3, 5 и 7 полу" чают соответствующие заряды с четных отводов ДАЛЗ 1, т.е. заряды на коммутируемых конденсаторах 26, 28, 30 и 32 соответственно будут

2а2а =С ь 0„(Ь+О);

> za =ив u>(+2T); й- о =C о (.Ь+4Т); сзз =Сы 0,(+6Т);

Коммутируемые конденсаторы 33,. 31, 29, 27 дополнительных весовых блоков 11, 13, 15 и 17 получают соответствующие заряды с нечетных отводов

ДАЛЗ 1 съЗ =C33u, (<+7T); сЗ1 .=С31 й1 (+-+5Т) czq =Czar uр(1+ЗТ);

@ezq =Cpu (+Т) .

480= С оОьых Q С Б(3о& 77) -С 0 Й

+57) -C„<0<{4+6 )+Cq>0>{< V) > (1)

Яс5 = C„u„|х4о - L„Oо{+ 67) С«0„(+ T) + C u {a+2Ò1 -4аб4{ + О) .

Из выражений (1) могут быть записаны выходные напряжения, существующие к моменту времени +7Т на выходах сумматоров 9 и 1О, которые являются выходами фильтра. Так, на выходе сумматора 9 будет сигнал (для простоты записи опускаем указания времени)

U,= =(). + u„- — Ц + Оз (2)

С 45 0оз м Сз ъ

50 50 90 250

Uq=a,0, a,΄à U,à,Î3 ., (4)

Оа-с40.à,o„àß -ОА, 1 1107

Так как все нечетные весовые блоки f,, 3, 5, 7, 11, 13, 15 и 17 своими выходами также подключены к входам сумматоров 9 и 10, в цепях обратных связей которых включены соответственно дополнительные весовые блоки 19 и 20, то при открытых ключах

46 и 49 (в этот момент времени управляющие.импульсы с первого выхода 57 блока 21 управления включают ключи

f0

46 и 49) заряды на соответствующих коммутируемых конденсаторах 50 и 53 соответственно будут

n„,=àè,„,„,-С„О.С+.-Кт) ЬО,Й.- 1З

- М) +Сд0,(Е»2 ) V„uц(e o)1

Qcsq = су Овм ло-ЪО Й"Tг) ь 0»(6Ф

+ 5 р)». C„u,(+ уу »- Q U, (4»-"Р) (5)

Из выражения (5) могут быть записаны выходные напряжения, существующие в момент времени +8Т на выходах сумматоров 9 и 1О, которые являются и выходами фильтра. На выходе 25 сумматора,9 фильтра будет сигнал

= »U Зо <» 28 < „ Zs (1 (6) 5О

На выходе 70 фильтра (т.е. второго канала 20) будет сигнал . 6» 0р Оэ - р Цо — э 0» " 0 = — U (7) 51 05» QQ<

Обозначим отношение емкостей в выражениях (6) и (7) через соответству-д ющие коэффициенты как

СЯ . 030 СЯ Я . (ба)

СВО 050 С150 С50 °

- (» 1 = > — = 5

См Сз» 010 ам

Ñ51 . 05» СР СВЧ l

=а. i =а1; =а„— ñ . (7а) 1О

Выражения (6) и (7), описывающие сигналы на выходе фильтра с учетом обозначений (6а) и (7а), соответственно примут вид 45

Ц " 0, 0»».Фь0 5Ц ©4() Ф м (8)

U„o.а.u„а,и< а иу аРь ii

Для момента-/+9Т принцип действия аналогичен рассмотренному в момент времениЧ +7Т, но с учетом того, что

s момент времени Й+9Т будут импульсы яа четвертом выходе 54 блока 21,управления, которые поступают яа управляющие входы ключей 34 и 37 дополнительных весовых блоков 11 " 18 а в момент +7Т существовали импульсы яа шестом выходе 52 блока 21 управления, в результате чего были открыты, как указывалось ранее, ключи 35 и 36 дополнительных весовых блоков 11 - 18

Подобная коммутация коммутируемых конденсаторов 38 — 45 позволяет с высокой скоростью перезаряжаться, что исключает необходимость предвари. тельного разряда кондеясаторов для обеспечения точностного режима работы устройства, так как для каждого момента времени переключения изменяется полярность пластин конденсаторов относительно входного напряжения, за счет соответствующего включения ключей, однако полярность напряжения яа входе и выходе блока комМутИруемых конденсаторов остается посто-. янной. Поэтому для момента времени

j +9Т процесс аналогичен рассмотреяяому в момент t+7T учитывая факт, что сигнал подвинулся по лини задержки на два такта вправо (фиг. 2). При этом напряжения на выходе сумматора

9 и выходе сумматора 10 соответственно будут

g,-д,о, Ь т)-а,0,8 ) О U (+ Ю )» О Ц (4 ");

u„, =au.Й(+.- },О((>>)- (1>>(<<

+УГ) а,Р„(«О), (9)

Далее процесс повторяется.

Из полученных соотношений видно, что предлагаемый яерекурсивный фильтр обеспечивает многоканальную работу, причем с высоким быстродействием, присущим аналоговым схемам.

Из выражений (2), (3) и (6), (7) также видно, что основным показателем точности фильтра является отношение яоминалов емкостей, определяющих коэффициенты а а,, а, а>, а у У а, а, а, которые при воздействии различных дестабилизирующих факторов изменяют свои характеристики в одну и ту же сторону, что приводит к практической независимости коэффициентов а<> ау, а» а, а, а от влияния внешних воздействий.

1107290

2 14

Составитель Т.Афанасьева

Редактор Й Пушненкова Техред Т.Иаточка

Корректор А.Ференц

Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

Заказ В7И/42 Тираж В62

BI HHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

3 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5