Синхронный фильтр

 

Изобретение относится к радиртехнике. Цель изобретения -сокращение времени переходных процессов. Фильтр содержит коммутируемые накопители 1 и 2, г-р 3 импульсов, счетчик 4, селекторы 5 и 6, ЦАП 7, управляемый аттенюатор 8, вычитатель 9, усилительограничитель. Накопители содержат реверсивный счетчик, два D-триггера, эл-т ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ, эл-т И, RS- триггер. 5 ил. N) фиг. 7

А2

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (S1) 4 Н 03 Н 17/00 19/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К д BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1246343 (21) 3966136/24-09 (22) 18. 10.85 (46) 15. 06.87. Вюл. ¹ 22 (71) Кировский политехнический институт (72) А.О. Цороев, Ю.В. Зыков, В.К. Косолапов и В.В. Чуркин (53) 621.372 ° 543(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1246343, кл. Н 03 Н 17/00, 19/00, 1986. (54) СИНХРОННЫЙ ФИЛЬТР (57) Изобретение относится к радиртехнике. Цель изобретения — сокращение времени переходных процессов. Фильтр содержит коммутируемые накопители 1 и 2, r-p 3 импульсов, счетчик 4, селекторы 5и 6, ЦАП 7, управляемый аттенюатор 8, вычитатель 9, усилительограничитель. Накопители содержат реверсивный счетчик, два D-триггера, эл-т ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, эл-т И, RSтриггер. 5 ил.

1 13176

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для фильтрации импульсных сигналов с преобразованием в цифровой код.

Цель изобретения -. сокращение вре- 5 мени переходных процессов.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема синхронного фильтра; на фиг. 2 — структурная электрическая схема коммутируемого накопите- ® ля; на фиг. 3 — временные диаграммы, поясняющие работу синхронного фильтра; на фиг. 4 и 5 — временные диаграммы, поясняющие работу коммутируемых накопителей в начале переходного процесса включения синхронного фильтра,.

Синхронный фильтр содержит коммутируемые накопители 1 и 2, генератор

3 импульсов„ счетчик 4, первый 5 и 2Î второй 6 селекторы, цифроачалоговый преобразователь (ЦАП) 7, управляемый аттенюатор 8, вычитатель 9 и усилитель-ограничитель 10.

Коммутируемый накопитель образуют реверсивный счетчик 11, комбинационный логический блок 12, дешифратор

13, D-триггер 14, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ 15, элемент И 16,, дополнительный

D-триггер 17 и RS-триггер 18.

Синхронный фильтр работает следующим образам.

Входной сигнал синхронного фильтра (фиг. За) представляет собой когерентную последовательность импульсов, следующих с периодом Т, Синхронный фильтр вьделяет L (по числу коммутируемых накопителей) значений входного импульса (на фиг, 3 L = 2, соответственно количество коммутируемых нако- 1п пителей также равно двум). Вьделение значений входного сигнала во всех точках происходит параллельно. из которых следует, что напряжение на аналоговом выходе синхронного фильтра в моменты t + iT пропорционально произведению кодов М„ и Бк на управляющих входах соответственна ЦАП 7 и управляемого аттенюатора 8.

Принцип работы синхронного фильтра основан на компенсации вьделяемых значений входного напряжения U,„„(t„ +

+ iT) напряжением U„,„(t„+ iT), действующим на вычитающем входе вычитателя 9. Компенсация наступает по истечении j периодов Т после включения синхронного фильтра, когда U (t + ьы»

+ iT) достигает (фиг. Зд) соответствующих значений U „(+ iT), т,е. становится равным j. С приходом каждого входного импульса в каждый из двух моментов выделения значений входного напряжения к управляющим входам ЦАП 7 и управляемого аттенюатора 8 подключаются выходы соответствующего коммутируемого накопителя 1 или 2. Допустим, если с выхода счетчика 4 на управляющие входы селекто-ров 5 и 6 поступает код нуля, с приходом тактирующего импульса (фиг.Зг) первый и второй выходы коммутируемого накопителя соответственно через первый 5 и второй б селекторы подклюКаждый из коммутируемых накопителей 1 и 2 имеет два выхода. Первый выход образуется из (m-1) младших разрядов реверсивного счетчика 11, выхода D-триггера 14 и старшего разряда реверсивного счетчика 11.

Первые выходы коммутируемых накопителей 1 и 2 представляют собой mразрядную мантиссу И и знак цифрового эквивалента входного сигнала, рассматриваемого в моменты + iT (i — число периодов, прошедших после включения синхронного фильтра). Остальные q разрядов реверсивного счетчика 11, преобразованные при по49 2 мощи комбинационного логического блока 12 и дешифратора 13 в характеристику N образуют вторые выходы коммутируемых накопителей 1 и 2.

Первый селектор 5 обеспечивает поочередное подключение первых выходов коммутируемых накопителей 1 и 2 к управляющим входам ЦАП 7, а второй селектор 6 поочередно подключает вторые выходы коммутируемых накопителеч

1 и 2 к управляющим входам управляемого аттенюатора 8. Порядок подключения определяется кодом на выходе счетчика 4, а моменты подключения и отключения задаются сигналами (фиг. 3r) с дополнительного выхода генератора 3. При наличии двух коммутируемых накопителей счетчик 4 представлен одним двоичным разрядом.

Напряжение на выходе управляемого аттенюатора 8 (на алаговом выходе синхронного фильтра), определяется выражениями: оп (v„ )и„п и 0„,„ о; 1ьых(к Г)

Мкйк пРи U „хО, макс

1317649 4

Таким образом, включение синхронного фильтра вызывает переходный ж- процесс ввода его в режим сложения, при достижении которого напряжение о 5 на аналоговом выходе синхронного фильтра, наблюдаемое в моменты tK + о- + iT колеблется относительно соота- ветствующего значения входного напряжения Uex (г.„ + 1Т) синхронного фильти 10 ра с дискретом

3 чаются к управляющим входам ЦАП 7 и управляемого аттенюатора 8. Длитель ность Г„ стробирующего импульса дол на быть достаточной для того, чтобы к моменту t, + iT сравнения входног и выходного сигналов переходный про цесс формирования последнего на вых де управляемого аттенюатора 8 был з вершен. Если разность U» (t + iT)

U,„,K (t + iT) > О, то с выхода ус лителя-ограничителя 10 на управляющие входы коммутируемых накопителей 1 и

2 поступает код "1". По заднему фронту импульса на втором входе коммутируемого накопителя 1 (на счетном входе реверсивного счетчика 11) в моI мент t, + iT (фиг. Зб) к содержимому реверсивного счетчика 11 добавляется единица младшего разряда. Если вх (й, +iT) — U „(t„+ iT) i 0, то на . выходе усилителя-ограничителя 10 устанавливается код "0 1 и в момент t + (. + iT из содержимого реверсивного счетчика 11 коммутируемого накопителя 1 вычитается единица младшего разряда. По заднему фронту импульса с дополнительного выхода генератора 3 импульсов (фиг. Зг) в момент t, +iT счетчик 4 переходит из нулевого сос- 30 тояния в единичное, вследствие чего к приходу второго в данном периоде стробирующего импульса (фиг. 3 r) в момент t +iT - селекторы 5 и 6 подключают к ЦАП 7 и управляемому аттенюатору 8 соответственно первые и вторые выходы коммутируемого накопителя 2 и на аналоговом выходе синхронного фильтра (вычитающем входе вычитателя 9) к моменту г. + iT ус- 4п танавливается сигнал, пропорциональный произведению М на И выходах коммутируемого накопителя 2. Добавление единицы к содержимому реверсивного счетчика 11 коммутируемого нако-45 пителя 2 или ее вычитание, происходящее в моменты t +iT no заднему фронту импульса на его счетном входе (фиг. 3 в), зависит от кода на выходе усилителя-ограничителя 10, т.е. от50 знака разности Uex(t +iT)-U„,„(t +iT).

В момент t +iT по заднему фронту импульса на его входе (фиг. 3г) счетчик 4 возвращается в нулевое состояние с тем, чтобы в следующем периоде 55

Т сохранился порядок подключения выходов коммутируемых накопителей 1 и

2 через селекторы 5 и 6 к ЦАП 7 и управляемому аттенюатору 8. а "0 (t +iT) = — — — N 2

Поп — IT) выем к у к мокс где U„ — опорное напряжение JAII 7;

N „; максимально возможное значение цифрового кода на управляющем входе управляемого аттенюатора 8 (постоянная величина);

N„ — текушее значение кода на управляющем входе управляемого аттенюатора 8 в моменты t +

+ iT определяемое кодом порядка Q к накопителей 1 и 2.

Переходный процесс включения синхронного фильтра характеризуется увеличением абсолютных значений мантисс М, на единицу младшего разряда с приходом каждого входного импульса и увеличением значений характеристик

Ик в два раза после каждого заполнения мантисс М„ с одновременным уменьшением в два раза значений последних.

Указанный процесс продолжается в каждом коммутируемом накопителе 1 и

2 до того периода следования входных импульсов, начиная с которого установится режим слежения за соответствующим значением входного напряжения

Uьх (tк+1Т)

Для сокращения времени входа в оежим слежения используется принудительная установка единицы в середину разрядной сетки кода характеристики NK °

Рассмотрим указанную установку кодов более подробно. В исходном состоянии счетчик 4, реверсивные счетчики

11 коммутируемых накопителей 1 и 2, дополнительный D-òðèããåð 17 и К8-триггер 18 установлены в нулевое, à Dтриггер 14 — в единичное состояния.

На гервом и втором выходах коммутируемых накопителей и 2 в исходном состоянии установятся коды:

1317649

1-й выход

2-й выход

0 0000

М

oooo

0 (+) к

Мк

0 000 0001 (+) Я< М, а на выходах коммутируемого накопите" ля 1 устанавливаются коды: 50

2-й выход

1-й выход

00001 м

ioooi м (+) 55 м, Таким образом, в коммутируемом накопителе 1 после прохождения первого

Код мантиссы М„ на цифровом выходе синхронного фильтра и его инверсное значение M, непосредственно пос- 10 тупающее на управляющие входы.ЦАП 7, формируется следующим образом.(m-1) младших разрядов мантиссы М „ образованы прямыми выходами соответствую- . щих разрядов реверсивного счетчика

11, а старший m-й разряд образован инверсным выходом 1-го D-триггера 14.

Так как в исходном состоянии на инверсном выходе Р-триггера 14 (фиг.4в) и на выходе знакового (старшего) раз- 20 ряда реверсивного счетчика 11 (фиг. 4б) присутствуют нули, то на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15 (фиг. 4г), а значит, и на выходе элемента И 16 (фиг. 4д) присутствуют ну- 25 ли. Следовательно, с приходом 1-ro входного импульса дополнительный D- . триггер 17 (фиг. 4е) не изменяет своего (нулевого) состояния и не вырабатывает единичный сигнал на вход U разрешения записи с информационных входов q разрядов порядка реверсивного счетчика 11, т.е, все разряды последнего работают в режиме счета импульсов генератора 3 (фиг. 4а). 35

В коммутируемом накопителе 1 в времени t, D-триггер 14 по заднему фронту импульса на его тактирующем входе (фиг. 4а) устанавливается в нулевое состояние, при котором на его 40 инверсном выходе появляется единица (фиг. 4в), содержимое реверсивного счетчика 11 увеличивается на единицу и принимает вид: входного импульса на первом входе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ действует нуль с выхода старшего разряда реверсивного счетчика 11 (фиг. 4б), а на втором входе — единица с инверсного выхода D-триггера 14 (фиг. 4в),вследствие этого на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15 (фиг. 4г) и на первом входе элемента И 16 устанавливается также единица. Так как и на второй вход элемента И 16 подана единица с инверсного выхода RS-триггера 18 (фиг. 4ж), то на информационный вход дополнительного D-триггера 17 после прохождения первого входного импульса поступает единица с выхода элемента И 16 (фиг. 4д).

С приходом 2-го входного импульса в момент t, +Т в коммутируемом накопителе 1 содержимое реверсивного счетчика 11 вновь увеличивается на единицу:

oooo ооо

Я<

М< а на выходах коммутируемого накопителя 1 устанавливаются коды:

2-й выход

1-й выход

00001 0

10010

--->

М (+) N<

В этот же момент t<+ Т дополнительный D-триггер 17 переходит в единичное состояние (фиг. 4е) и на вход

U разрешения записи с информационных входов q разрядов порядка реверсивного счетчика 11 поступает сигнал, разрешающий запись в указанные разряды кода порядка, который должен обеспечить единицу в середине разрядной сетки кода характеристики N . При n=

= 5 единица должна быть установлена в 3-й разряд кода характеристики (при этом N = 4), а это значит, что в q разряды порядка реверсивного счетчика

11 должен быть записан код 010 = 2<р, (щР = Ьяг4 = 2. Для рассматриваемого примера, когда n = 5, код порядка должен иметь разрядность

q = 3, причем для обеспечения принудительной установки требуемого кода порядка информационный вход 2-ro разряда порядка реверсивного счетчика 11

7 131/ соединен с инверсным выходом D-триггера 14, а остальные информационные входы разрядов порядка реверсивного счетчика 11 соединены с выходом старшего разряда последнего. Указанное соединение информационных входов q разрядов порядка реверсивного счетчиооо

С, 0000 —— (+) М г

649 8

Исходное состояние реверсивного счетчика 11 коммутируемого накопителя 2 определяется кодом: ка 11 с выходом его старшего разряда и инверсным выходом D-триггера 14 однотипно для всех коммутируемых нако- 10 пителей 1 и 2 синхронного фильтра.

В момент t +T с приходом второго имульса, вследствие появления на выходе дополнительного D-триггера 17 единицы (фиг. 4е), RS-триггер 18 устанавливается в единичное состояние, которое в дальнейшем не изменяется, а с его инверсного выхода на. вход элемента И 16 (фиг. 4ж), а, следова20 тельно, и с выхода элемента И 16 (фиг. 4д) на информационный вход дополнительного D-триггера 17 поступают нули. В результате с приходом третьего импульса в момент с, +2T значение кода мантиссы M в реверсивном счетчике 11 коммутируемого накопителя 1 увеличивается на единицу (0011), в разряды порядка записывается код 010, а на выходах коммутируемого накопителя 1 устанавливаются коды:

2-й выход

00100

1-й выход

1ОО11

М (+) B коммутируемом накопителе 2 принудительная установка единицы в середину разрядной сетки кода характеристики происходит аналогично, но имеет некоторые отличия, связанные с тем, что в моменты t +iT входное напряжение синхронного фильтра отрицательно.

В этот же момент, +2T дополнительный D-триггер 17 возвращается в нулевое состояние (фиг. 4е), в котором остается в дальнейшем без изменения, запрещая нулевым сигналом работу q разрядов порядка реверсивного счетчика 11 в режиме записи с информационных входов, т.е. последние могут работать в дальнейшем только в режиме счета импульсов генератора 3 (фиг.4а). gp

С приходом первого входного радиоимпульса в момент t из содержимогд реверсивного счетчика 11 вычитается единица и одновременно D-триггер 14 устанавливается в нулевое состояние, при котором на его инверсном выходе имеется единица (фиг. 5в). Содержимое реверсивного счетчика 11 коммутируемого накопителя 2 принимает вид

1111

И, накопиТе1 1 1 1 (-) Q а на выходе коммутируемого ля 2 устанавливаются коды:

1-й выход

2-й выход

0 0 0 0 1

11111

С приходом второго импульса в момент t +T из содержимого реверсивно2 го счетчика 11 коммутируемого накопителя 2 еще раз вычитается единица

1 1 1

Э

О, M и D-триггер 14 возвращается в единичное состояние (сигнал на инверсном его выходе показан на фиг ° 5,в), а на выходе коммутируемого накопителя 2 устанавливаются коды:

При коде единицы в знаковом разряде реверсивного счетчика 11 (фиг. 5б) на вход дешифратора 13 поступает не прямое значение кода порядка 111, а инверсное 000, что обеспечивает на втором выходе коммутируемого накопителя 2 код характеристики 00001.

Поскольку исходное состояние коммутируемых накопителей 1 и 2 одинаково, то с приходом первого импульса дополнительный D-триггер 17 коммутируемого накопителя 2 также не изменяет своего (нулевого) состояния (фиг. 5e), )3176

2-й выход

1-й выход оооо>

0 11 1 0

М

И2

2-й выход

00100 —1 и Выход

1 101

° — —

01 100 —

2 >

1-й выход

2-й выход

0 0 0 0 1 — --

1 0 1 101

2 ) N

Так как после прохождения первого импульса на обоих входах элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15 коммутируемого нако- 10 пителя 2 присутствуют "1", то на его выходе (фиг. 5г), а также на выходе элемента И 16 (фиг. 5д) имеются "0", вследствие чего в момент Т +Т второй

D-триггер 17 вновь не изменяет свое (нулевое) состояние (фиг. 5e) и не вырабатывает единичного сигнала на вход U разрешения записи с -информационных входов q разрядов порядка реверсивного счетчика 11.

После прохождения второго импульса (момент Т +Т) вследствие возвращения, как указывалось ранее, первого

D-триггера 14 в единичное состояние, i

jc его инверсного выхода на второй вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15 поступает нуль (фиг. 5вj в результате чего на его выходе (фиг. 5,г) и на .первом входе элемента-И 16 появляется единица. Так как с инверсного выхода RS-триггера 18 на вход элемента И 16 подана также единица, то с

J выхода последнего на вход дополнительного D-триггера 17 пост пает единица (фиг. 5д). 1 35

С приходом третьего импульса в момент и +2Т из содержимого реверсивного счетчика 11 коммутируемого накопителя 2 снова вычитается единица а на выходах коммутируемого накопителя 2 устанавливаются коды:

В этот же момент г+2Т дополнительный D-триггер 17 переходит в единичное состояние (фиг. 5e) и на вход

U разрешения записи с информационных входов q разрядов порядка реверсивно49 10

ro счетчика 11 поступает сигнал, разрешающий запись в указанные разряды кода порядка, который соответствует коду характеристики, содержащему единицу в середине его разрядной сетки.

Необходимый для этого код организуется определенным соединением информационных входов q разрядов порядка реверсивного счетчика 11 с выходом его старшего разряда и инверсным выходом

D-триггера 14. При и = 5, q = 3 на информационных входах q разрядов порядка после прохождения третьего импульса будет присутствовать код 101. Кроме того, в момент t +ЗТ, вследствие появления на выходе дополнительного

D-триггера 17 единицы (фиг. 5е), триггер 18 устанавливается в единичное состояние, которое в дальнейшем не изменяется, а с его инверсного выхода на вход элемента И 16 (фиг. 5ж), а следовательно, и с выхода элемента И 16 (фиг. 5д) на информационный вход дополнительного D-триггера 17 поступают нули.

В результате с приходом четвертого импульса в момент t +ЗТ значение

1 кода мантиссы M в реверсивном счетчике 11 коммутируемого накопителя 2 уменьшается на единицу (1100), в разряды порядка записывается код 101, а так как при единице в знаковом разряде реверсивного счетчика 11 на вход дешифратора 13 поступает не код 101 а его инверсное значение 010, это обеспечивает требуемое значение характеристики на втором выходе коммутируеемого накопителя 2

В этот же момент t +ЗТ дополниг тельный D-триггер 17 возвращается в нулевое состояние (фиг. 5e), в котором и остается в дальнейшем, запрещая нулевым сигналом на входе U работу q разрядов порядка реверсивного счетчика 1.1 коммутируемого накопителя 2 в режиме записи с информационных входов, т.е. эти разряды могут работать в дальнейшем только в счетном режиме.

11 13

Таким образом, в коммутируемом накопителе 2 также происходит установка единицы в середину разрядной сетки кода характеристики, только в отличие от коммутируемого накопителя 1 это происходит с приходом не третьего а четвертого импульса.

В результате принудительной установки характеристик, абсолютные значения напряжения, наблюдаемые на аналоговом выходе синхронного фильтра в моменты t +iT и t +iT,ñêà÷êîîáðàçíî

1 2 возрастают. Если при этом У (t„+ iT) остается по модулю меньше соответствующего входного напряжения, дальнейшие изменения кода на цифровом и напряжения на аналоговом выходах синхронного фильтра происходят в сторону увеличения их абсолютных значений, а в противоположном случае — в сторону их уменьшения до тех пор, пока не наступит режим слежения.

17649 !2 формула изобретения

Синхронный фильтр по авт.св. № 1246343, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени переходных процессов, в коммутируемый накопитель введены последовательно соединенные элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом старше10 го разряда реверсивного счетчика и с выходом D-триггера, элемент И, дополнительный D-триггер, тактирующий вход которого объединен с тактирующим входом В-триггера, а выход соединен с входом разрешения записи разрядов порядка реверсивного счетчика, и RSтриггер, выход которого соединен с другим входом элемента И, при этом выход старшего разряда реверсивного

20 счетчика соединен с соответствующими разрядами порядка реверсивного счетчика, другие разряды которого соединены с выходом D-триггера.

13) 7649

1317Ы9

Ц Ц 7 t 17 t+8T ф

«t

Составитель Э. Борисов

Техред М.Ходанич Корректор А. Ильин

Редактор Л. Пчелинская

Заказ 2434/54 Тираж 901 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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