Цифровой фильтр

 

Изобретение относится к технике цифровой обработки сигналов и может быть использовано в электросвязи, автоматике,, измерительной технике для цифровой фильтрации злектрИческих сигналов. Целью изобретения является повьшение точности - взвешивание отсчетов путем увеличения отношения длительностей управляющих сигналов на выходах нуль-органов 10 и 18 к периодам тактовых частот соответствующих генераторов 11 и 19 тактовых импульсов. Устройство содержит дискретизатор 1, пороговые блоки 2-4, счетчик 5, управляемый усилитель 6, блок 7 синхронизации, группу 8 элементов 12-14 задержки, регистр 9 сдвига, нуль-орган 10, генератор II тактовых импульсов, элементы И 15 и 21, коммутаторы 16 и 22, сумматор 17, нуль-орган 18, генератор 19 тактовых импульсов, генератор 20 пилообразного напряжения. 3 ил. (Л ю Од ю а со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1262690

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ»

Н АВТОРСХОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ. ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3831906/24-24 (22) 29.12.84 (46) 07.10.86. Бюл. У 37 (72) Ю.О. Охлобыстин (53) 681.32(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 557372, кл. Н 03 Н 17/06, 1977.

Авторское свидетельство СССР

У 830634, кл. Н 03 Н 17/04, 1981.. (54) ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР (51) Изобретение относится к технике цифровой обработки сигналов и может быть использовано в электросвязи, автоматике,. измерительной технике для цифровой фильтрации электричес.ких сигналов. Целью изобретения яв(М11 4 Н 03 Н 17/06 G 06 Р 15 353 ляется повышение точности — взвешивание отсчетов путем увеличения отношения длительностей управляющих сигналов на выходах нуль-органов 10 и 18 к периодам тактовых частот соответствующих генераторов 11 и 19 тактовых импульсов. Устройство содержит дискретизатор 1, пороговые блоки 2-4, счетчик 5, управляемый усилитель 6 ° блок 7 синхронизации, группу 8 элементов 12-14 задержки, регистр 9 сдвига, нуль-орган 10, генератор 11 тактовых импульсов, элементы И 15 и 21 коммутаторы 16 и 22, сумматор 17, нуль-орган 18, генератор 19 тактовых импульсов, генератор 20 пи- лообразного напряжения. 3 ил.

1262690

4 45

Un где Б„ — амплитуда сигнала Б (фиг. 2с1) на выходе генератора пилообразного напряжения 20, определяющая допустимый динамический диапазон входных сигналов устройства.

Для того, чтобы состояние выходов пороговых блоков 2-4 при амплитудах отсчета„ близких по величине к nopoUu гам срабатывания —, - и т.д., 50

55 не менялось в течение интервала дискретизации, пороговые устройства 2-4

Изобретение относится к технике цифровой обработки сигналов и может быть использовано в электросвязи, автоматике, измерительной технике и т.д. для цифровой фильтрации электрических сигналов.

Целью изобретения является повышение точности (взвешивание отсчетов путем увеличения отношения длительностей управляющих сигналов на выхо— дах нуль-органов к периодам тактовых частот соответствующих генераторов импульсов).

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства (нерекурсивный фильтр пер- 15 вого порядка (N= 1), а число M пороговых устройств, используемых для повышения точности взвешивания. отсчетов, равно трем)", на фиг. 2 и 3 временные диаграммы, поясняющие ра- 20 боту устройства.

Устройство содержит дискретизатор 1, пороговые блоки 2-4, счетчик 5, управляемый усилитель 6, блок 7 синхронизации, группу 8 элементов задерж- 25 ки, регистр 9 сдвига, нуль-орган 10, генератор 11 тактовых импульсов, эле— менты 12-14 задержки, элемент И 15, коммутатор 16, сумматор 37, нуль-ор— ган 18, генератор 19 тактовых импуль- 30 ов, генератор 20 пилообразного на вЂ, пряжения, элемент И 21 и коммутатор 22..

Устройство работает следующим образомм. 35

Отсчеты входного сигнала U, (фиг. 26), снимаемые с выхода дискретизатора 1, который управляемый так— товой последовательностью Р (фиг.2Е) с второго выхода блока 7 сипхрониза- 40 ции, оценивается по величине с помощью пороговых блоков 2-4. Опорные напряжения, определяющие срабатывание пороговых блоков 2-4, равны U U могут быть выполнены, например, на базе комнараторов с характеристикой включения в виде петли гистерезиса, причем уровень срабатывания определяется для каждого порогового .устройства соответственно величинам и т.д., а ширина петли гистерезиса устанавливается несколько больше величины возможного уменьшения выходного сигнала дискретизатора 1 в режиме хранения в течение одного интервала дискретизации. При этом если пороговый блок не сработал в момент появления отсчета на выходе дискретизатора 1, он тем более не сработает и в течение этого интервала дискретизации, так как выходной сигнал дискретизатора в режиме хранения может только незначительно уменьшится (из-за частичного разряда конденсаторов, например), но не увеличиться. Напротив, если пороговый блок сработал в момент появления сигнала на выходе дискретизатора 1, он также не изменит своего состояния в течение этого интервала дискретизации, поскольку выходной сигнал дискретизатора 1 не успеет опуститься ниже величины порога отпускания порогового устройства.

Счетчик 5 с целью уменьшения объема памяти регистра 9 сдвига формирует на своем выходе двоичное число, соответствующее числу сработавших пороговых блоков. Таким образом на вы— ходе счетчика 5 получается предварительная грубая оценка величины отсчета в соответствии с характеристикой квантования, приведенной на фиг.3Q, где U — выходной сигнал счетчика 5

5 в виде двоичного числа, U — величина отсчета на выходе дискретизато-. ра 1, U„амплитуда сигнала на выходе генератора 20 пилообразного напряжения. При этом, если на выходе счетчика 5 получаются двоичные числа

00, 01, 10 и 11, то управляемый усилитель 6 пропускает на свой выход входной отсчет, соответственно, с коэффициентами передачи 8, 4, 2, 1, т.е. слабые сигналы проходят с большим усилением, чем более сильные, в соответствии с приведенной на фиг.33 зависимостью выходного сигнала U управляемого усилителя 6 от величины сигнала U на выходе дискретизатора 1.

1262690

Управляемый усилитель 6 может быть выполнен, например, в виде коммутатора, выходы которого соединены с соответствующими входами взвешивающего усилителя, реализующего коэф — 5 фициенты передачи 1, 2, 4, 8, а управление коммутатором осуществляется выходным сигналом счетчика. В случае, приведенном на фиг. 2, отсчеты U, входного сигнала U, попали в интервал10

U U поэтому сработают только

2 4 два пороговых блока из трех, ч на выходе счетчика 5 появится двоичное число 10, которое установит коэффици- 5 ент передачи управляемого усилителя 6 равным двум, выходной сигнал которого U (фиг. 32) считывается элементом !2 в моменты времени и т.д., сдвинутые относительно момен-2О тов дискретизации t, и tz первогодискретизатора. Это обеспечивается тем, что тактовая последовательность F, (фиг. 2a. ), управляющая элементами 12 и 14, сдвинута относительно последовательности F (фиг. 2о), управляющий элементами l и 13.

Благодаря наличию дискретизатора 1 и указанного сдвига между тактовыми последовательностями, переходные про-30 цессы в пороговых блоках 2-4, счетчике 5 и управляемом усилителе 6 успеют завершиться до начала моментов считывания выходного сигнала П управляемого усилителя 6 эле-З5 ментом 12. Кроме того использование сдвинутых последовательностей F u

F для управления элементами 12-14 позволяет получить на выходе элемента 14 сигнал U (фиг. 3Q), задержан- 4g ный на величину периода дискретизации относительна выходного сигнала элемента 12. Поскольку тактовая последовательность F подается также и на тактовый вход регистра 9 сдвига, 45 сдвиг отсчетов в группе 8 происходит синхрОИИО сО сдВиГОм дВОичных чисел снимаемых с выхода счетчика 5 в регистре 9 сдвига.

Таким образом, в течение каждого периода дискретизации tg Г4 у t4 и т.д. известны не толька сами значения отсчетов U u U на выходах элементов 12 и 14, но и двоичные числа, снимаемые с выходов регистра 9 сдви- га, которые определяют с каким коэффициентом усиления эти отсчеты провли свое время через управляемый усилитель 6, т.е. несут информацию об

HcTHHHbK значениях отсчетов входных сигналов U которые, пройдя управляемм усилитель 6, превратились в преобразованные последовательности отсчетов U U4 на выходах элементов 12, 14.

Поскольку тактовая последовательность F,, снимаемая с первого выхода блока синхронизации, управляет также и работой генератора 20 пилообразного напряжения, его выходной сигнал U, (фиг. 3 g ) совпадает по фазе с моментами и t4 начала считывания сигналов с выходов элементов 12 и 14, которые сравниваются с величиной пилообразного напряжения U в нуль †орган 1О и 18. Пока сигнал на первом входе нуль-органа больше величины пилообразного напряжения, подаваемого на второй вход, выходной сигнал нуль †орга равен "l а при нарушении этого условия становится равным нулю.

Таким образом, в течение каждого интервала дискретизации и т.д. на выходах нуль-органов 10 и 18 появляются положительные импульсы, длительности которых пропорциональны амплитудам соответствующих отсчетов.

Поскольку, в свою очередь, частоты выходных сигналов генераторов 11 и 19 тактовых импульсов пропорциональны значениям соответствующих весовых коэффициентов фильтра, на выходах элементов И 15 и 21 на каждом интервале дискретизации будут появляться пачки импульсов, причем число импульсов в каждой пачке будет пропорционально произведению того или иного отсчета на соответствующий весоЪ вой коэффициент. Поскольку в формировании указанных произведений принимают участие отсчеты выходного сигнала, прошедшие управляемый усилитель 6 (Б, U ), то для того, чтобы на выходе сумматора 17 появилась требуемая сумма произведений отсчетов входного сигнала U на соответствующие весовые коэффициенты, необходимо учесть значения коэффициентов передачи, с которыми отсчеты сигнала U проходили через управляемый усилитель 6 и которым соответствуют двоичные числа, находящиеся в ячейках памяти регистра 9 сдвига. С этой целью выходные сигналы элементов И 15

12626

Формула изобретенияЗО цифровой фильтр, содержащий первый, второй и третий элементы задержки, блок синхронизации, первый выход которого подключен к тактовым входам З первого и третьего элементов задержки и входу запуска генератора пилообразного напряжения, выход которого подключен к первым входам первого и второго нуль-органов, выходы кото- 4О рых подключены к первым входам соответственно первого и второго элементов И, вторые входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго генератора тактовых импуль.45

3 и 21 подаются на коммутаторы 16 и

22, управляющие входы которых соединены с выходами регистра 9 сдвига.

В зависимости от того на какой из входов сумматора 17 коммутируется выS ходкой сигнал элемента И (15 или 21), пачка из P импульсов на выходе этого элемента И может увеличить число на

Р Р выходе сумматора 17 на 1Р, Р 10

Например, если какой-либо отсчет входного сигнала Б, прошел через управляемый усилитель 6 с коэффициентом передачи 8, то при последующей обработке этого отсчета выходы элементов И будут коммутироваться на те входы сумматора 17, по которым суммирование осуществляется с весом 1/8.

Сумматор 17 при этом может быть пост- 20 роен, например, на базе двух счетчиков, причем выходы каждого коммутатора 16 и 22 соединены с входами первого, второго и т.д. разрядов соответствующего счетчика, а выходные сигналы счетчиков складываются с помощью дополнительного блока суммирования.

90 Ь сов, сумматор, выход которого является информационным выходом фильтра, выход первого элемента задержки подключен к второму входу первого нульоргана и информационному входу второго элемента задержки, выход последнего подключен к информационному входу третьего элемента задержки, выход которого подключен к второму входу второго нуль-органа, а второй выход блока синхронизации подключен к так-. товому входу второго элемента задержки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены дискретизатор, управля— .емый усилитель, счетчик, три пороговых блока регистр сдвига и первый и второй коммутаторы, причем второй выход блока синхронизации подключен к тактовому. входу дискретизатсра, выход которого подключен к информационному входу управляемого усилителя и входам первого, второго и третьего пороговых блоков, выходы которых подключены к счетным входам счетчика, информационный выход которого подключен к управляющему входу управляемого усилителя и информационному. входу регистра сдвига, выходы разрядов первой и второй групп которого подключены к управляющим входам соответственно первого и второго ком-. м;таторов, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, а информационные входы первого и второго коммутаторов подключены к выходам соответственно первого и второго элементов И, первый выход блока синхронизации подключен к тактовому входу регистра сдвига, выход управляемого усилителя подключен к информационному входу первого элемента задержки, а информационный вход дискретизатора является Информационным входом фильтра.

1262690 и ui

8 ии

r и ui с с

Составитель А. Баранов . Фюю. д

Редактор А. Шандор Техред И.Попович Корректор Л. Патай

Заказ 5444/56 Тираж 816 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Paymcxas наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. р д, Ужго о ул. Проектная, 4