Многоканальный дискретно-аналоговый фильтр

 

Изобретение относится к технике дискретной обработки сигналов. Цель изобретения - уменьшение взаимного влияния между каналами. Многоканальный дискретно-аналоговый фильтр содержит тактовый г-р 1, коммутаторы 2, 6, 7, 10 и 15, сумматоры 3 и 5, умножители 4, 11, 12, 13 и 14, линии задержки 8 и 9, регистры 16 и 17 сдвига и блок 18 оценки уровня. Сдвиг отсчетов сигналов, сильно отличающихся по уровню, происходит в различных линиях задержки, что исключает возможность появления в одной линии задержки на смежных временных позициях двух отсчетов, сильно отличающихся по величине. Это уменьшает взаимное влияние между каналами. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (111 (1)5 Н 03 Н 17/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4607007/24-09 (22) 17.11.88 (46) 15.07.90. Бюл. № 26 (72) Ю.О.Охлобыстин. (53) 621.373.543(088.8) (56) СегэЬо А., Gopinath В. Multiplexed filtering with charge-transfer

devices. IEEE Trans on Electron Devices, 1976, у.ЕД-23, № 2, р. 288-292.

I (54) ИНОГОКАНАЛЬНЬЙ ДИСКРЕТНО-АНАЛОГОВЫИ ФИЛЬТР (57) Изобретение относится к технике дискретной обработки сигналов. Цель изобретения — уменьшение взаимного

2 влияния между каналами. Многоканальный дискретно-,аналоговый фильтр содержит тактовый r-p 1, коммутаторы 2

6,7,10 и 15, сумматоры 3 и 5, умножители 4,11,12,13 и 14, линии задержки

8 и 9, регистры 16 и 17 сдвига и блок

18 оценки уровня. Сдвиг отсчетов сигналов, сильно отличающихся по уровню, происходит в различных линиях задержки, что исключает воэможность появления в одной линии задержки на смежных временных позициях двух отсчетов, сильно отличающихся по величине. Это уменьшает взаимное влияние между каналами. 3 ил.

1578805

Изобретение относится к технике дискретной обработки сигналов и может быть использовано в электросвязи, автоматике и измерительной технике для

3 фильтрации аналоговых сигналов, поступающих по независимым каналам с различными характеристиками канальных фильтров.

Цель изобретения — уменьшение вза- 10 имного влияния между каналами.

На фиг. 1 приведена структурная схема многоканального дискретно-аналогового фильтра; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие процесс сортировки отсчетов в предлагаемом устройстве (для случая Ы (число каналов) — 2); на фиг. 3 " тактовый генератор, один из возможных вариантов построения, 20

- Многоканальный дискретно-аналоговый фильтр содержит тактовый генератор 1, входной коммутатор 2, первый сумматор 3, первый умножитель 4, второй сумматор 5 и выходной коммутатор

6, первый коммутатор 7, m групп последовательно соединенных первых 8-8щ и вторых 9-9П линий задержки, третий коммутатор 10, второй 11 и третий. 12 умножители, четвертый 13 и пятйй 14 30 умножители, второй коммутатор 15, первый и второй регистры 16 и 17 сдвига и блок 18 оценки уровня. Тактовый генератор состоит из высокочастотного генератора 19, двоичного счетчика

20, D-триггера 21 и элемента 22 задержки.

Рабо а многоканального дискретноаналогового фильтра происходит следуюцим образом.

Входные аналоговые сигналы (U, Uфиг.2а) коммутатора 9 преобразуются им в уплотненную во времени последовательность отсчетов U<, с периодом дискретизации Т в каждом отдельном канале и подаются на сумматор 3, выходной сигнал Пс (фиг.2а) которого аналогичен по структуре сигналу U k,, и амплитуды отсчетов на выходе которого оцениваются по величине с помощью блока 18 оценки уровня. Последний может быть выполнен, например, в виде группы объединенных по входу порого-. вых устройств, на дополнительные входы которых подаются опорные напряжения, определяющие уровни квантования отсчетов по амплитуде. Блок 18 формирует таким образом оценку величины входного отсчета в виде позиционного кода. В качестве блока 18 оценки уровня можно использовать также аналогоцифровой преобразователь с небольшим числом уровней квантования, формирующий оценку отсчета в виде двоичного числа. Выходной сигнал U блока 18 оценки уровня для случая квантования отсчетов на два уровня (ш 2) показан на фиг. 2г.

На фиг. 2а приведен в качестве примера случай, когда сигцалы (U<, U+) разньм каналов на выходе первого сумматора 3 сильно отличаются по уровню (U » U ), В этих условиях переходная помеха из первого канала во второй может привести к значительному уменьшению отношения сигнал/шум во втором канале, сигнал в котором имеет низкий уровень.

Для уменьшения искажений слабых сигналов при наличии на смежных временных позициях отсчетов сигналов высокого уровня в предлагаемом устройстве используется сортировка отсчетов по величине (амплитуде), в соответствии с чем отсчеты сигналов, имеющие большую амплитуду, сдвигаются в одной паре линий задержки (8-1, 9"1), а от счеты, имеющие относительно малую амплитуду, — в другой паре (линии 8-2, 9-2). При квантовании отсчетов в блоке 18 на два уровня (m = 2), например, отсчеты в зависимости от их амплитуды делятся на две группы — большие или меньшие величины опорного напряжения

U „ (фиг.2а), используемого в блоке 18 оценки уровня, выходной сигнал (фиг.2г) которого принимает в этом случае лишь два значения (1 или О), число ш групп из двух последовательно соединенных линий задержки (8-1, 9-. 1 и 8-2, 9-2) также равно в этом случае двум.

Возможно квантование отсчетов в блоке 18 и на большее число (ш) уровней, при этом требуемое число пар последовательно соединенных линий задержки также равно ш, соответственно увеличивается разрядность двоичного числа на выходе блока 18 оценки уровня. Использование m ),1 целесообразно при больших динамических диапазонах обрабатываемых сигналов, при этом устанавливается принадлежность каждого отсчета какому-либо одному из m поддиапазонов.

Выходной сигннл блока 18 оценки уровня подается на управляющий вход а2Р+ аЗР Z + або Z

Н Р(2) — 1-а 2 - а 2

10 ю -а1Р— а2Р

5 15788 коммутатора 7 и определяет на какую из групп линий задержки 8-1, 9-1 или

8-2, 9 — 2 должен быть подан отсчет, поступающий на коммутатор 7 с выхода сумматора 3 в данном тактовом интер5 вале Т-, = Т /N (в случае, приведенном на фиг. 4, Т, = 0,5Т, так как число обрабатываемых каналов N =- 2)а

Таким образом, как показано на фиг.2б, на вход линии.8-1 задержки поступают отсчеты U>,(фиг. 2б) сигналов, имеющие высокий уровень (U<) U« ) и соответствующие первому каналу, а на вход линии 8-2 задержки отсчеты

U<< (фиг.2в) сигналов низкого уровня, соответствующие второму каналу.

Информация о том, в какую именно пару линий задержки .8-1, 9-1 или 8-2, 9-2 был подан отсчет сигнала в данном 20 тактовом интервале Т с задержкой на

ll

N и 2 2N тактов /N появляется соответственно на выходе первого 16 и ВТо рого 17 регистров сдвига и, поступая на управляющие входы, соответственно, 25 коммутаторов 15 и 10 обеспечивает проключение на входы коммутируемых умножителей 14, 12, 13, 14 выходных сигналов той группы линий задержки, на выходы которь.х в данном тактовом интервале T появляются отсчеты сигнала.

В результате структура сигналов на выходах коммутаторов 10 и 15 соответствует выходному сигналу U„,(фиг.2a) коммутатора 2 и в каждом тактовом интервале Т на всех входах сумматоров

3 и 5 появляются отсчеты, соответствующие какому-либо. одному фиксированному каналу, умножители 11, 4, 12, 13, 14 осуществляют умножение отсчетов на весовые коэффициенты, соответственно а,Р,а2,...,а Р (где 1 — номер канала)„ Задержка, вносимая каждой из линий 8-1, 8-2, 9-1, 9-2 задержки, равна N тактам длительностью Т /Б и равна периоду Т дискретизации сигнала каждого канала. Каждьп из коммутируемых умножителей 11, 4, 12, 13, 14 может быть выполнен, например, в виде

l коммутатора, И выходов которого че- 5р рез взвешивающие резисторы, определяющие весовые коэффициенты в каждом канале, подключены к входу операционного усилителя, Каждый раз, когда на выходах коммутаторов 2, 15, 10 появля- >> ются .отсчеты, соответствующие какомулибо 1-му каналу, коммутируемый умнолмтели 11, 4, 12, 13, 14 осуществляют умножение отсчетов на коэффициенты

05 6 (а,Р,...,а <), соответствующие только этому 1-му каналу и определяющие в соответствии со структурой фиг. 1 передаточную функцию Нg(3) рекурсивного фильтра второго порядка, различную, в общем случае, для разах каналов: где Z =. е" а

Для реализации передаточных функций более высоких порядков можно, например, применить каскадирование звеньев, аналогичных структуре фиг. 1, причем выход сумматора 5 первого каскада соединяется с входом сумматора 3 второго каскада и тад.

Все коммутаторы 2, 7, 15, 10, 6 полностью эквивалентны и могут быть выполнены, например, на базе двунаправленных аналоговых мультиплексоров, управляемых довичным кодом (например, ИИС, 561 КП1, 561 КП2 и др.). Выделение канальных сигналов производится выходными коммутаторами 6. Сумматоры

3 и 5 выполняются по известным схемам на базе операционных усилителей.

В качестве линий 8 и 9 задержки в предлагаемом устройстве используются тактируемые дискретно-аналоговые линии задержки, построенные по технологии приборов с зарядовой связью (например, И1С 528 HP-1), обеспечивающие высокую стабильность величин времени. задержки и занимающие мальп": обьем даже при большом (несколько сотен) числе последовательно включенных элементов задержки.

Синхронность работы всех узлов предлагаемого устройства обеспечивается тем, что управляющие сигналы формируются в общем тактовом генераторе который может быть выполнен„ например, как пока" àíî на фиг. 3, на основе высокочастотного генератора 19, выл:одной сигнал которого (частота f ) после

О деления на 2 D-триггером 21 в прямой и инверсной форме подается на тактовые входы всех .1шнии 8 и 9 задержки (при этом ликии 8 и 9 задержки выполняются на двухфазных ПЗС), Если используются трех- или четырех фазные ПЗС необходимо сформировать большее число фаз управляющих сигналов, Двоичный счетчик

20, циклически просчитываюший N периодов частоты, формирует на своем выходе

1578805 периодически повторяющуюся последовательность двоичных кодов,.используемую для управления коммутаторами

2 и 6 и умножителями 11, 4, 12, 13, 14. Сигнал частоты f после небольшой

5 временной задержки,,вносимой элементом 22 задержки, может быть использо ван для тактирования регистров 16 и

17 сдвига,, обеспечивая синхронность сдвига информации в регистрах 16 и 17 и линиях 8 и 9 задержки.

Таким образом, в многоканальном дискретно-аналоговом фильтре сдвиг отсчетов сигналов, сильно отличающихся по уровню, происходит в различных линиях задеp>KKHq ЧTo исключает возмож ность появления в одной линии задержки на смежных временньв позициях двух отсчетов сильно отличающихся по вели—

2О чине„ а именно в этом случае может иметь место сильное взаимное влияние между каналами и значительное уменьше:-::ие отношения сигнал/шум в канале с низким уровнем. 25

О о р м у л а и з о б р е т е н и я МногoKdíàëüíûé дискретно-аналого-. вый фильтр, содержащий последовательно соединенные входной коммутатор, первый сумматор, первый умножитель, второй сумматор и выходной коммутатор, первая группа из двух последовательно соединенных линий задержки, второй умножитель,. вход которого подключен к входу третьего умножителя, выход которого подключен к второму входу второго сумматора,. к третьему входу которого подключен выход пятого умножителя, к входу которого подключен вход четвертого умножителя, выход которого и выход второго умножителя подключен соответственно к третьему и второму входам первого сумматора, тактовый генератор, первый и второй выходы которого подключены соответственно к тактовым входам входного,. выходного коммутаторов, первого, второго, третьего четвертого, пятого умножителей, первой и второй линий задержки первой группы, отличающийся тем, что, с целью уменьшения взаимных влияний между каналами, введены (m-1)„ групп из последовательно соединенных первых и вторых линий задержки, первый коммутатор, m-выходов которого подклю чены к входам первых линий задержки ш групп, второй коммутатор к m-входам которых подключены выходы первых линий задержки m групп, а выход второго коммутатора подкгючен к входу второго ум ожителя, третий коммутатор, к m-вхо— дам которых подключены выходы вторых линий задержки m групп, выход третьего коммутатора подключен к входу четвертого умножителя групп, последовательно соединенные блок оценки уровня, к входу которого и к информационному входу первого коммутатора подключен выход первого сумматора, первий регистр сдвига н второй регистр сдвига, выход. которого, выход первого регистра сдвига и выход блока оценки уровня подключены соответственно к управляющим входам третьего, второго и первого коммутаторов, а второй и третий выходы генератора тактовых импульсов подключены соответственно к тактовым входам первой и второй ли задержки (m-1) .групп, и тактовым входам первого и второго регистров сдвига.

Составитель Л. Тимошина

Редактор С. Лисина Техред М.Моргентал Корректор А. Обручар

Заказ 1922 Тираж 654 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101