Цифровой нерекурсивный фильтр

 

Изобретение относится к радиотехнике . Цель изобретения - повышение точности фильтрации при перестройке АЧХ фильтра. Фильтр содержит умножитель 1, два сумматора 2 и 3, сумнатор-вычитатель 4,накапливающий сумматор 5, ЦАП 6, два блока 7 и 8 памяти отсчетов сигнала, двенадцать I регистров (Р) 9-17 и 28-30, лок 18 памяти весовых коэффициентов, семь коммутаторов (К) 19-21 и 31-35, блок 22 сравнения, два элемента ИЛИ 26 и 27 и семь элементов И 23-25 и 3639 . Фильтр построен по двухкаскадной структуре и при вычислении выходного отсчета дважды выполняет операцию свертки. Первый каскад формирует гребенчатую АЧХ с необходимыми параметрами ее отдельно взятого лепестка. Второй каскад имеет АЧХ, при которой результирующая АЧХ фильтра имеет в рабочем диапазоне частот необходимое количество составляющих ее лепестков. i В предельном случае м.б. выделен один лепесток. Цель достигается введени (Л ем Р 28-30, К 31-35 и элементов И 3639 . 3 ил. anam tj- uuypd

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (gg 4 Н 03 Н 17/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н. АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

„13

БМЛКдЖЫА

39. 3 ил. (+

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3930632/24-09 (22) 12 06 85 (46) 15.11.86. Бюл. 1Ф 42 (71) Рязанский радиотехнический институт (72) В.В. Витязев и С.И. Муравьев (53) 621.372 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Г-" 1197063, кл. Н 03 Н 17/06, 1985. (54) ЦИФРОВОЙ НЕРЕКУРСИВНЦЙ ФИЛЬТР (57) Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения — повышение точности фильтрации при перест.ройке АЧХ фильтра. Фильтр содержит умножитель 1, два сумматора 2 и 3, сумматор-вычитатель 4,накапливающий сумматор 5, ЦАП 6, два блока 7 и 8 памяти отсчетов сигнала, двенадцать

„„SU„„1270876 А 1 регистров (P) 9-17 и 28-30 5лок 18 памяти весовых коэффициентов, семь коммутаторов (K) 19-21 и 31-35; блок

22 сравнения, два элемента ИЛИ 26 и 27 и семь элементов И 23-25 и 3639. Фильтр построен по двухкаскадной структуре и при вычислении выходного отсчета дважды выполняет операцию свертки. Первый каскад формирует гребенчатую АЧХ с необходимыми параметрами ее отдельно взятого лепестка.

Второй каскад имеет АЧХ, при которой результирующая АЧХ фильтра имеет в рабочем диапазоне частот необходимое количество составляющих ее лепестков. с

В предельном случае м.б. выделен один у лепесток. Цель достигается введением P 28-30, K 31-35 и элементов И 361270876

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для фильтрации сигналов в реальном масштабе времени.

Цель изобретения — повышение точности фильтрации при перестройке амплитудно-частотной характеристики.

На фиг.1 представлена электрическая структурная схема цифрового нерекурсивного фильтра, на фиг.2 — амплитудно-частотные характеристики первого каскада (фиг.2o), второго

1 ,;- каскада (фиг.2Ю) и в целом (фиг.26) цифрового нерекурсивного фильтра; на фиг.3 — временные диаграммы управляющих сигналов.

Цифровой нерекурсивный фильтр (фиг.1) содержит умножитель 1, первый и второй сумматоры 2 и 3, сумматор-вычитатель 4, накапливающий сумматор 5, цифро-аналоговый преобразователь 6, первый и второй блоки 7 и 8 памяти отсчетов сигнала, первый, второй, третий, четвертый, пятый, t шестой, седьмой, восьмой, девятый регистры 9-17, блок памяти 18 весовых коэффициентов, первый, второй, третий коммутаторы 19,20 и 21,блок

22 сравнения, первый, второй, третий элементы И 23, 24 и 25, первый и второй элементы ИЛИ 26 и 27, десятый, одиннадцатый и двенадцатый регистры 28, 29 и 30, четвертый,пятый, шестой, седьмой и восьмой коммутаторы 31-35, четвертый, пятый, шестой и седьмой элементы И 36„37, 38 и 39.

Цифровой нерекурсивный фильтр работает следующим образом.

При вычислении выходного отсчета устройство выполняет операцию свертки дважды и нерекурсивный цифровой фильтр построен по двухкаскадной структуре. Первый каскад формирует гребенчатую АЧХ с необходимыми параметрами ее отдельно взятого лепестка (фиг.2©), второй каскад имеет АЧХ (фиг.2о), при которой результирующая АЧХ фильтра (фиг.26) имеет в рабочем диапазоне частот необходимое количество составляющих ее лепестков. В предельном случае может бьггь выделен один лепесток,т.е. получена АЧХ полосового фильтра.

В первом каскаде выполняется свертка входных отсчетов х, с соответствующими .весовыми коэффициентами Ь„ по формуле

+ х,(,() т, ) + hоz (2) где N — порядок первого каскада фильтра; () +1) — коэффициент, определяющий число периодически повторяющихся лепестков АЧХ в рабочем

30 диапазоне частот второго каскада фильтра.

Форма лепестков, составляющих гребенчатую АЧХ первого каскада, полностью определяется АЧХ базового фильтра с импульсной характеристиЗ5 кой h„, но синтез этой импульсной характеристики происходит на одном . периоде повторения лепестков АЧХ,что позволяет обойтись малым порядком базового фильтра N . Число лепестков

40 АЧХ первого каскада периодически повторяющихся (3,+1) раз в диапазоне рабочих частот сд=-%,Г определяется числом нулей (,), вносимых в импульсную характеристику базового

45 фильтра между двумя значащими отсчетами при вычислении по формуле (i). Поэтому отдельно взятый лепесток имеет в 1 раз более узкую полоску (в приведенных частотах), чем

50 полоса пропускания базового фильтра.

Если необходимо иметь у каждого лепестка АЧХ первого каскада более широкую полосу пропускания, то производится прореживание импульсной ха55 рактеристики базового фильтра в, раз (берется один из весовых коэффициентов). Границь изменения параметров избирательности получаемых

Ь, х

5 где И вЂ” порядок первого каскада фильтра, (, -:.1) — коэффициент, определяющий число периодически повторяющихся лепестков АЧХ в рабочем диапазоне частот первого каскада фиуьтра.

Во втором каскаде выполняется свертка отсчетов z; с соответствующими весовыми коэффициентами Ь,„ по формуле

1270876

АЧХ можно учесть при расчете импульсной характеристики базового фильтра.

При необходимости получения АЧХ нерекурсивного цифрового фильтра с узкими лепестками, но малым их числом в диапазоне рабочих частот (в пределе один узкий лепесток, что соответствует АЧХ полосового фйльтра) отсчеты, полученные по формуле (1), используются в вычислениях по

10 формуле (2), где ),<0,. В результате такой обработки образуется АЧХ фильтра, имеющая меньшее число лепестков, чем в первом каскаде, но для отдель15 но взятого лепестка параметры частотной избирательности сохраняются.

Nþ — 1

Коэффициенты Ь при 0<п, соответствующие полупериоду весовой функции базового фильтра, хранятся в блоке памяти весовых коэффициентов 18. Текущий отсчет выходного сигнала х; + (N; — 1) /2 через третий коммутатор 21 (управляющие импульсы

У9,У10) проходит на восьмой регистр

16 и записывается импульсом У4. Одновременно происходит считывание с первого 7 и второго 8 блоков памяТИ ВХОДНЫХ ОТСЧЕТОВ Х; И Х;-(„,,)/г соответственно в седьмой 15,(У7) и девятый 17(У8,У4) регистры. Параллельно происходит считывание весового коэффициента Ь „ „ с блока памяти весовых коэффициентов 18 во второй регистр 10 (У1). В умножите- 35 ле 1 этот весовой коэффициент и результат суммы входных отсчетов умножаются и поступают в накапливающий сумматор 5 (У4), который перед этим обнуляется (У!1). В момент ум- 40 ножения на весовой коэффициент

h<Ä „ происходит запись текуще - >/г го входного отсчета х: „ иэ

+ (Н„- Ц/г восьмого регистра 16 в первыи блок памяти отсчетов сигнала 7(У5).по ад- 45 ресу, по которому был считая х;, а хранимый в седьмом регистре 15 (У7) х; отсчет записывается во второй блок памяти отсчетов сигнала 8 по адресу х„ <,„ „> отсчета, который не

L потребуется для вычисления последующих результатов. После записи в накапливающий сумматор 5 первого результата умножения отсчет х, с седьмого регистра 15 (У7) через коммута- 55 тор 21 поступает на восьмой регистр

16, девятый регистр 17 обнуляется (У8)..Результат умножения h,х; поступает в накапливающий сумматор 5.

Из первого и второго блоков памяти

7 и 8 отсчетов сигнала поступает следующая пара входных отсчетов, их сумма умножается на соответствующий весовой коэффициент и результат из умножителя 1 поступает в накапливающий сумматор 5. Далее операции повторяются до полного вычисления по формуле (1) и результат этого вычисления z; может быть записан в десятый регистр 28 (соответствующий управляющий импульс У21 изображен прерывистой линией), как выходное значение отсчета цифрового нерекурсивного фильтра. При необходимости z; через третий коммутатор 21 (У9, У10) поступает в восьмой регистр 16 и будет использован как входной отсчет для вычисления по формуле (2).

Адресация первого и второго блоков памяти 7 и 8 отсчетов сигнала обеспечивает выборку входных Отсчетов в зависимости от заданных коэффициеНТоВ (д, +1) HJIH (д, +1) H коэффиN +1 N2+1 циентов (†— + ) или (+ 1 )

2 1 2 в зависимости от того, какой из каскадов фильтра реализуется. Рассмотрим порядок вычисления адреса для первого и второго блоков памяти 7 и 8 отсчетов сигнала при вычислении по формуле (1). Адрес для первого блока памяти 7 отсчетов сигнала вырабатывается путем суммирования текущего адреса с коэффициентом (0, +1)

Порядок N, определяется как () ", (+ 1)(1,+1) +

Ng где ) (— целая часть от поряд, -1 ка базового фильтра, деленная на коэффициент (:,;1). Число умножений, производимых по формуле (1), равно

Ид-+1 а значение максимального кода адреса с учетом того, что есть и нулевой адрес, определяется как

N +1

+,, поэтому при достижении адреса первого блока памяти 7 отсчетов

N +1 сигнала Величины M = (2 + g ) аД рес должен перейти к значению M—

N1+1 (+ 3 ) . При таком переходе в

12708 конце цикла вычисления к адрес при( ходит к его начальному значению. Для выработки начального адреса следующего цикла, по которому считываются отсчеты х„ и х„-(N -1)/2, необходимо к полученному числу прибавить единицу, чем достигается единичный сдвиг всей весовой функции относительно входных отсчетов. Выработка адреса для второго блока памяти от- 10 счетов сигнала 8 должна начинаться с того же начального адреса, но последующие адреса вырабатываются путем вычитания из текущего значения коэффициента (0,+1). При достижении ад- 15 реса величины m=0 адрес вычисляется как M + (N +1)/2 + ),.

Текущий адрес второго блока памяти отсчетов сигнала 8 из третьего регистра 11 через седьмой 34 и второй 20 коммутаторы (У20, У17) проходит сумматор-вычитатель 4, который в данный момент времени работает на вычитание. Таким образом, из приходящего на его первый вход числа вычитается число (1, +1), которое поступает через пятый 32 (У20) и первый 19 коммутаторы. Результат вычитания управляющим импульсом У12,проходящим через второй элемент ИЛИ 27 (У12) и шестой элемент И 38 (У19), записывается в третий регистр 11.

Если этот результат отрицательный, то единичное значение знакового разряда разрешает прохождение через З5 первый коммутатор 19 сигнала с шестого коммУтатоРа 33 (У20) 1(Ил .1)/2+

+ .,),который суммируется (У16) с отрицательным числом, хранящимся в третьем регистре 11. Окончательный 40 результат записывается в него управляюп им импульсом У13, проходящим через третий элемент И 25 (управляется единичным значением знакового разряда) и шестой элемент И 38 (У19).45

Далее через восьмой 35 и второй 20 коммутаторы (У20,У17) в сумматор— вычитатель 4 поступает текущий адрес ,первого блока памяти 7 и к его значению прибавляется коэффициент (0,+1) 50

Результат суммы записывается в четвертый регистр 12 управляющим импульсом Ó14, проходящим через первый элемент ИЛИ 26 (У14) и пятый элемент

И 37 (У 19). В случае равенства или превышения значения текущего адреса величины (N2+1) /2+ 1 IIocT D1ей коммутатора 33 в блок сравнения 22, 76 Ь из полученной суммы эта величина вычитается. Выход блока сравнения 22 управляет прохождением величины (11, +1)/2+, через первый коммутатор

19 и прохождением управляющего импульса У15 через первый элемент И 23.

Этот импульс, проходя через первый элемент ИЛИ 26 (У14) и пятый элемент И 37 (У19), записывает окончательный результат в четвертый регистр 12. При вычислении адреса, по которому записаны отсчеты х, и х;

N1-1 вырабатываются управляющий импульс У18, который поступает на вход переноса сумматора-вычитателя

4, что увеличивает получаемый результат на единицу,и во второй элемент И 24 (У18),что позволяет записать резуль— тат суммы как в третий 11, так и в четвертый 12 регистры. После вычисления очередного адреса входных отсчетов управ— ляющим импульсом У6 идет их перезапись в шестой 14 и пятый 13 регистры и цикл выработки адреса повторяется.

Вычисление адреса для блока памяти весовых коэффициентов 18 происходит в первом сумматоре 2 и первом регистре 9 (У2, УЗ). Управляющий импульс У2 устанавливает нулевой адрес.

На первом сумматоре 2 к результату, хранимому в первом регистре 9 (У2, УЗ), добавляется коэффициент „ поступаюший с четвертого коммутатора

31 (У20). Следующий адрес записывается в первый регистр 9 управляющим импульсом УЗ. Управляющие импульсы

У19 и У20 определяют, какая из формул (1) или (2) реализуется устройством. Эти импульсь коммутируют соответствующие элементы и коммутаторы. Кроме того,У20 поступает на вход старшего разряда пятого 13 (У6) и шестого 14 (У6) регистров, чем обеспечивает запись входных отсчетов х; и отсчетов результатов вычисления z; в разные ячейки первого и второго блоков памяти 7 и 8 отсчетов сигнала. При этом на управляющий вход третьего элемента И 25 подается управляющий сигнал У13, а на входы сумматора-вычитателя 4 подаются управляющие сигналы У16 и У18.

Формула изобретения

Цифровой нерекурсивный фильтр,со-, держащий последовательно соединенные входов цифрового нерекурсивного

Фильтра, о т л и ч а ю щ и и тем, что, с целью повышения точности фильтрации при перестройке амплитудно-частотной характеристики, в него введены десятый, одиннадцатый и двенадцатый регистры, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой коммутаторы, четвертый, пятый,шестой и седьмой элементы И, при этом выход накапливающего сумматора соединен с четвертым входом третьего коммутатора и с входом десятого регистра,выход которого соединен с входом цифроаналогового преобразователя и является цифровым выходом цифрового нерекурсивного фильтра, первый и второй входы четвертого коммутатора являются соответственно входами коэффициента прямоугольности соответствующих амплитудно-частотных характеристик цифрового нерекурсивного фильтра, а выход соединен с вторым входом первого сумматора, первый и второй входы пятого коммутатора являются соответственно входами коэффициентов, определяющих число лепестков соответствующих амплитудночастотных характеристик цифрового нерекурсивного фильтра, а выход соединен с первым входом первого ком" мутатора, первый, второй входы шестого коммутатора являются соответственно входами коэффициентов, определяющих порядок соответствующих передаточных функций цифрового нерекурсивного фильтра, а выход соединен с вторым входом первого коммутатора и с первым входом блока сравнения, второй вход которого объединен с входом пятого регистра, первым входом второго коммутатора и соединен с выходом восьмого коммутатора, выход первого элемента ИЛИ соединен с входом четвертого элемента И, выход которого соединен с управляющим входом одиннадцатого регистра и с входом пятого элемента И, выход которого соединен с управляющим входом четвертого регистра, выход которого соединен с первым входом восьмого коммутатора, второй вход которого соединен с выходом одиннадцатого регистра, выход второго элемента ИЛИ соединен с входом шестого элемента И, выход которого соединен с управляющим входом двенадцатого регистра и входом седьмого элемен7 127Ñ876 первый сумматор, первый регистр, блок памяти весовых коэффициентов, второйрегистр, умножитель и накапливающий сумматор, при этом выход первого регистра соединен с первым входом первого сумматора, а второй вход умножителя соединен с выходом второго сумматора, последовательно соединенные первый коммутатор и сумматор-вычитатель, вход которого соединен с информационными входами третьего и четвертого, регистров, второй коммутатор, выход которого соединен с вторым входом сумматора-вычитателя,последовательно соединенные блок сравнения, первый элемент И, первый элемент ИЛИ, второй элемент И и второй элемент ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента И, выход блока сравнения соединен с управляющим входом первого коммутатора, последовательно соединенные пятый регистр, первый блок памяти отсчетов сигнала и третий коммутатор, последовательно соединенные шестой регистр и второй блок памяти отсчетов сигнала, информационный вход которого соединен с вторым входом третьего коммутатора и выходом седьмого регистра, вход которого соединен с выходом первого блока памяти отсчетов сигнала, выход третьего коммутатора соединен с входом восьмого регистра, выход которого подключен к информационному входу 35 первого блока памяти отсчетов сигна--ла и к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом девятого регистра, а вход — с выходом второго блока памя- iO ти отсчетов сигнала, при этом третий вход третьего коммутатора являет\ ся входом отсчетов входного сигнала, а также цифроаналоговый преобразователь, выход которого является выхо "45 дом цифрового нерекурсивного фильтра, при этом управляющие входы первого и второго блоков памяти отсчетов сигнала, вторые входы первого, второго и третьего элементов И, вто- 50 рой вход первого элемента ИЛИ, третий вход второго элемента ИЛИ, óïравляющие входы второго и третьего коммутаторов, сумматора-вычитателя, накапливающего сумматора, первого, Я второго, пятого, шестого, седьмого, восьмого и девятого регистров являются первой группой управляющих

1ПО876 та И, выход которого соединен с управляющим входом третьего регистра, выход которого соединен с первым входом седьмого коммутатора, второй вход которого соединен с выходом двенадцатого регистра, первый выход соединен с вторым управляющим входом первого коммутатора и входом третьего элемента И, а второй выход соединен с вторым входом второго комСоставитель 3. Борисов

Редактор А. Гулько Техред Я.Xоданич Корректор В.Синицкая

Заказ 6253/57

Тираж 816 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная,4

g5

Уб

У7

УР

У9

У10

Ц

112

У13

У1

Яб

У1

И8

У13

Ю2

М мутатора и вхоцом шестого регистр-, входы одиннадцатого и двенадцатого регистров соединены с выходом сумма тора-вычитателя, а управляющие входы десятого регистра, четвертого, пятого, шестого, седьмого и восьмого коммутаторов и вторые входы элементов И составляют вторую группу,управляющих входов цифрового нерекурсивного фильтра.