Цифровой фильтр с симметричной импульсной характеристикой

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для цифровой фильтрации случайных процессов. Цель изобретения - повышение точности фильтрации. Цифровой фильтр с симметричной импульсной характеристикой содержит вычислительные блоки 1.0-1.(M/2-1), где M - длина импульсной характеристики, первый и второй накапливающие сумматоры 2, 3 и вход 4 логического "0", вход 5, тактовый вход 6, вход 7 сброса, входы 8 задания коэффициентов импульсной характеристики. Вычислительный блок 1 содержит первый, второй и третий регистры 9 - 11, элемент 12 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, блок 13 управляемых инверторов, блок 14 элементов И, сумматор 15, первый - четвертый входы 16 - 19, тактовый вход 20, вход 21 сброса, первый и второй выходы 22, 23. За счет введения в каждый вычислительный блок 1 блока 13, блока 14, сумматора 15 с соответствующими связями в фильтре реализуется значительно большая разрешающая способность при осуществлении цифровой фильтрации сигналов с линейной дельта-модуляцией и при неизменной длине весовой последовательности благодаря использованию весовой последовательности в формате многоуровневой дельта-модуляции, которая позволяет реализовать значительно больший диапазон изменения выходного сигнала фильтра. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (1!1

А1 (51)5 Н 03 Н 17/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ВВЪ\ (f

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4469207/24-09 (22) 01.08.88 (46) 30.09..90. Вюп. 1f 32 (72) А.В.Тимченко (53) 621.397(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР .

М 1495979, кл. Н 03 Н 17/06, 1988. (54) ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР С СИММЕТРИЧНОЙ

ИМПУЛЬСНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для цифровой фильтрации случайных процессов. Цель изобретения — повышение точности фильтрации.

Цифровой фильтр с симметричной импульсной характеристикой содержит вычислительные блоки 1.0-1 (М/2-1), где

М вЂ” длина импульсной характеристики, первый и второй накапливающие сумматоры 2, 3 и вход 4 логического

"0", вход 5, тактовый вход 6, вход

7 сброса,. входы 8 задания коэффицйентов импульсной характеристики. Вычислительный блок 1 содержит первый, второй и третий регистры 9-11, элемент 12 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, блок 13 уп равляемых инверторов, блок 14 элементов И, сумматор 15, первый-четвертый входы 16-19, тактовый вход 20, вход

2f сброса, первый и второй выходы 22, 23. За счет введения в каждый вычислительный блок 1 блока 13, блока 14, сумматора 15 с соответствующими свя-. зями в фильтре реализуется значительно большая разрешающая способность при осуществлении цифровой фильтрации сигналов с линейной дельта-модуляцией и при неизменной длине весовой последовательности благодаря использованию весовой последовательности в формате многоуровневой дельта-модуляции, которая позволяет реализовать значительно больший диапазон изменения выходного сигнала фильтра. 1 ил.

1589384

Изобретение относится к вычисли.тельной технике и может быть исполь1 зовано для цифровой Фильтрации слу,чайных процессов, представленных в формате линейной дельта-модуляции (ЛДМ) .

Цель изобретения — повышение точности фильтрации.

На чертеже приведена электрическая 10 структурная схема цифрового фильтра с симметричной импульсной характерис;тикой.

Цифровой фильтр с симметричной импульсной характеристикой содержит

Вычислительные блоки 1.0-1.(М/2-1), первый и второй накапливающие суммаeops1 2 и 3, вход 4 aorH reczovo

58ход 5, тактовый вход 6, вход 7 сброba, входы 8.0-8. (И/2-1) задания ко- 2О

ЬФФ1.:циентов импульсной характеристиКи.

Вычислительный блок 1. 1 содержит первый, второй и третий регистры 9, 10 и 11, элемент ИС1(Л10ЧАВ(цЕЕ HJN 12, блок 13 управляе!ых инверторов, блок

14 элементов И, .сумматор 15, первый

16„, второй 17,, третий 18 и четвертый 19 входы,, тактовый вход 20, вход 21 выброса, первый 22 и второй 23 выходы 30

22и 23, Цифровой фильтр с симметричной импульсной характеристикОЙ раоотает

Следующим образом.

Цифровой фильтр осуществляет фильт-3» рацию входного сигнала, представленного в формате ЛДМ,используя представление весовой последовательности в формате многоуровневой дельта-модуляции (ИДИ). 4О

Выходной сигнал такого фильтра в формате импульсно-кодовой модуляции (NKN) описывается выражением (у„! IA-! (Х! (де (1, ), r y Π— входная ЛДЧ-г.осле(11 довательнОсть,„ (з,„ m=0 М-1 - весован ЬДИ-r:îñëe- 50 донат ельность в

Для представляющих большой практический интерес фильтров с линейной фазочастотной характеристикой весовая последовательность в Формате ИДИ вЂ” не- 55 четная относительно середины, т.е, (ь1 (ц

8 = - в щ 1„, причем длина импульсной

;. :;арактеристики — четная H = 0mod2. учитывая это, длн получения алгоритма функционирования устройствА (1) записывается в виде:

i !!!1(2-1

; - (11,, — 1,. (13 " вв! 1!в! Ф вб (2)

Для удобства вычисления значений

fy 1 депят (2) на три последовательных этапа, каждый из которых осуществляется при помощи суммирования с накоплением: (к!

Рассмотрим выражение под знаком суммы в (3) . Поскольку 1,.С а 5-1, !, то значение произведения Ь1 (» (х1 . (1,) r (e,l 1 " (1!

1 ; (м!13 з,, E128 „, 02 sr, причем при совпадении значений шаРов. квантования входного сигнала указанное произведение равно нулю. Тогда число 2 можно вынести из-под знака суммы, а значение (3) вычислить при помощи сумматора.

Обозначим Ь1 1, „ — 1 1,, ()) /2= (к3 (">

=11, 1> 6$-1,0,1(. Значение 1 = (s) (91 V cq- (м-1 () — 0 соответству1ет блокировке сумматора, значение 1 1, = +1 указывает вид операции сумматора-сложение значения

s 1!I при 1 = 1 или вычитание s (, И (Я1

r если 1 = -1. Так как 1 g 0 только

k при разных значениях шагoB квантования входного сигнала, то в качестве управляющего сигнала сумматора может быть использован шаг 1 2 (или (х) (х) 1с-2

1 <,„ (м11), представленный в виде

Ь = (1 1 I)/2. (х1

Описанный алгоритм реализуется следующим образом.

Работа цифрового фильтра начинает,ся сприхода установочного импульса на вход 7. В результате воздействия этого импульса на входы ?1 весовых блоков 1,m на всех выходах указанных блоков устанавливается нулевое значение сигнала, На первые входы блоков 13 управляемых инверторов с входов 8.08.(М/2=1) подаются значения весовой последовательности, причем в m-и блоке 1.m (ш=О, М/2-1) значение коэффициента равно s 2 1 . На первый вход элемента 12 блока 1.m с входя пос 58938 тупает последовательность шагов квантования входного сигнала 1Ь ), J, k>0, (к) которые сопровождаются тактовыми импульсами по нходу 6. По переднему

1 фронту импульса с входа б значение вы- 5 ходного сигнала сумматора 15 записывается в третий регистр 11, а значение сигнала из третьего регистра 11 вычислительного блока 1.(М/2-1) записы10 вается:в первый накапливающий сумматор 2, где суммируется с его нулевым значением. Одновременно значение выходного сигнала первого накапливающего сумматора 2 записывается во второй накапливающий сумматор 3,н результате чего на выходе цифрового фильтра подтверждается нулевое состояние.

Одновременно входная последовательность 1Ь(„)j, k> О поступает на И-раз- 20 (з) рядный регистр сдвига, образованный одноразрядными регистрами 9, 10 блоков 1.ш. Поэтому и k-м интервале дискретизации на выходе элемента 12 блока 1.m формируется значение L 9 25

Ь)

Я) L 1. „,, где Я вЂ” знак суммирования по модулю два, нулевое значение которого соответствует нулевому значению сигнала 1 1,, а единичное значение соР) ответствует сигналу 1 „) = +1. Поэто13) му при нулевом значении сигнала с выхода элемента 12 сигналы на первом и вторых выходах блока 14 отсутствуют, в результате чего выходной сигнал сум.матора 15 равен сигналу на первом вхо35 де 16 блока 1.m. При несовпадении значений шагов квантования входного сигнала на входах элемента 12 на его выходе формируется сигнал "1", разрешающий прохождение через блок 14 шага 40 квантования входного сигнала L 1, и (л) выходного сигнала блока 13 на вход переноса и вторые входы комбинационного сумматора 15 соответственно. Если при (к) этом значение Ь < = О,то выходной сиг- 45 нал блока 13 равен значению шага квантования весовой последовательности з /, представленного всегда в дополнительном коде, что с учетом значе.ния L < соответствует суммированию 50 (к) значения сигналов на первых и вторых входах сумматора 15. Если значение

Ь)

1, то производится инвертирование всех разрядов блока 13, что с учетом значения L ),, поступающего на 55 (x) вход переноса сумматора 15, соответ- . ствует вычитанию значения шага s мИ- - из сигнала на первом входе сумматора )5, В следующем такте выходной сигйал

4 6 сумматора 15 записывается в третий буферный регистр 11 и подается на первый вход!16 следующего (m+1)-ro вычислительного блока 1. (ш+1), где производится его суммирование со значением 1 — 1 s

1»

«) (к) (+1 1 - 2(р, ) М(7-1(l11+1)

Дальнейшее функционирование вычислительных блоков 1.0-1.(И/2-1) происходит аналогично. На первом выходе 23

m-го блока i..ш в (k+m)-м такте вход- ного сигнала с учетом соответствующего заполнения регистров 9 и 10 и подключения первых информационных входов блока 1.О к входу 4 логического нуля, формируется значение (к) (h)

1 - 1

k-r ) + -2г-1 J м И- 1- r

r=-O

На первом выходе вычислительного блока 1. (И/2-1) в (k+M/2-1)-м такте число слагаемых этой суммы равно

И/2, а ее значение соответствует величине

en-t

Таким образом, на первом выходе

22 вычислительного блока 1.(М/2-1) формируется последовательность значений (р y), j k ) О, которые поступают на последовательно включенные накаплинакецие сумматоры 2 и 3.

Рассмотрим формирование из последовательности значений (р y1 j выходного сигнала (у) j цифрового фильтра с момента времени, когда на первом выходе 22 вычислительного блока 1.(M/2-1) формируется значение

2 у

По переднему фронту сигнала на входе 6 значение д у, записывается

2 н первый накапливающий сумматор 2, где суммируется с его предыдущим значением, формируя сигнал oy . По переднему фронту следующего синхроимпульса производится суммирование выходного сигнала V y первого накап1 ливающего сумматора 2 с предыдущим значением выходного сигнала устройства но втором накапливающем сумматоре

3 у, = y о + cy „=, ° Дальше фильтр работает аналогично.

При случайных сбоях (например, по питанию) нормальная работа фильтра восстанавливается подачей установочного сигнала на вход 7.

1589384

Затраты времени на получение одно.го отсчета выходного сигнала

+ t +

5 м где t — задержка времени распространения сигнала в блоке 14;

t — - задержка времени распростра2 нения сигнала в блоке 15; и — время выпопнения операции суммирования сумматором 15.

Сравнение времени предложенного фильтра и аналогичного фильтра с ИКИ, в котором применяется многоразрядный .умножитель, показывает, что затраты времени в данном фильтре существенно ниже, а значит, применение его для 1 фильтрации сигналов с ЛДМ обеспечивает большее быстродействие, которое примерно равно быстродействию фильтра — прототипа.

Таким образом, за счет введения в вычислительный блок 1 блока 13, блока

14 и сумматора 15 в предлагаемом циф- 5 ровом фильтре реализуется цифровая фильтрация входного сигнала с ЛДМ, используя весовую последовательность в формате ИДМ, что позволяет реализовать значительно большую, чем в про- ЗО тотипе, разрешающую способность, при

Ром же числе коэффициентов, что повышает точность фильтрации.Одновременно сокращается число тактовых шин, что упрощает управление фильтром, который также легко может быть выполнен в интегральном исполнении. Увеличение длины их приводит только к увеличению числа последовательно включенных вычислительных блоков 1 и не 4g изменяет структуры фильтра в целом„

Формула из о бр ет ения

Цифровой фильтр с симметричной импульсной характеристикой, содержащий последовательно соединенные М/2 вычислительных блоков, где М вЂ” число отсчетов импульсной характеристики, первый и второй накапливающие сумматоры, тактовые входы и входы сброса которых gp являются тактовым входом и входом сброса цифрового фильтра с симметричной импульсной характеристикой соответственно и соединены с тактовыми ( входами и входами сброса вычислительных блоков, второй выход i-го из которых, где i=1,...,N/2-1, соединен с вторым входом (i+1)-ro вычислительного блока, а выход второго накапливающего сумматора является выходом цифрового фильтра с симметричной импульсной характеристикой, входом которого явля\ ются третьи, входы вычислительных блоков, которые соединены с вторым входом первого вычислительного блока, первый вход которого является входом логического нуля цифрового фильтра с симметричной импульсной характеристикой, входами задания коэффициентов импульсной характеристики которого являются четвертые входы вычислительных блоков, а каждый вычислительный блок содержит элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый вход которого является третьим входом вычислительного блока, первый регистр, вход которого является вторым входом вычислительного блока, второй регистр, вход которого соединен с выходом первого регистра и вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а выход второго регистра является вторым выходом вычислительного блока, и третий регистр, выход которого является первым выходом вычислительного блока, тактовым входом и входом сброса которого являются тактовые входы и входы сброса первого, второго и третьего регистров соответственно, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности фильтрации,в каждый вычислительный блок введены последо.— вательно соединенные блок управляемых инверторов, блок элементов И,второй вход которого соединен с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, и сумматор, выход которого соединен с входом третьего регистра, а второй вход сумматора является первым входом вычислительного блока, вторым входом которого является первый вход блока управляемых инверторов, второй вход которого соединен с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и вторым входом блока элементов И, второй выход которого подключен к входу переноса сумматора.