Цифровой фильтр

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в цифровых фильтрах для фильтрации процессов, представленных цифровым кодом, в качестве электрического режекторного фильтра четвертого порядка. Цель изобретения - упрощение перестройки полосы режекции цифрового фильтра. Цифровой фильтр содержит алгебраические сумматоры 1 - 5, сумматоры 9 - 11, линии задержки 12 - 15, умножители 16 - 20. Цель достигается введением алгебраических сумматоров 6 - 8 и умножителей 21 - 23. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Н 03 Н 17 04

ГОСУДАРСТВЕ1НЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Р

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4750418/09 (22) 16.10.89 (46) 23.08.91. Бюл. М 31 (71) Воронежский политехнический институт (72) А.Г.Остапенко, С,И.Лавлинский и О.В,Поздышева (53) 621.396. 62(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1478301, кл. Н 03 Н 17/04, 17.11.87.

Изобретение огносится к радиотехнике и может быть использовано в цифровых фильтрах для фильтрации процессов. предстэвленных цифровым кодом, в качестве электоического режекторного фильтра четвертого порядка, Целью изобреге.iv.я является упрощение перестройки полосы режекции цифрового фильтра.

На фиг. 1 представлена структурная схема цифрового фильтра; на фиг. 2 — график цифрового фильтрР. на фиг, 3, — схема каскадного соединения цифрового фильтра, поясняющая процесс нагтройки.

Цифровой фильтр содержит алгебраические сумматоры 1-8, сумматоры 9-11 линии задержки 12--15 и умножигели 16-23.

Цифровой фильтр работает следующим образом.

Отсчеты входного сигнала, последовательно взвешенные в пятом 20 и четвертом

19 умножителях. поступают на первый вход первого сумматора 9. где они складываются.. Ы . 1672559 А1 (54) ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР (57) Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в цифровых фильтрах для фильтрации процессов, представленных цифровым кодом в качестве электрического режекторного фильтра четвертого порядка. Цель изобретения — упрощение перестройки полосы режекции цифрового фильтра. Цифровой фильтр содержит алгебраические сумматоры 1 — 5, сумматоры 9 — 11, линии задержки 12-15, умнажители 16-20, Цель достигается введе нием, алгебраических сумматоров 6 — 8 и умножителей 21-23, 3 ил. с отсчетами, поступившими с выхода первого алгебраического сумматора 1. Просуммированные отсчеты, взвешенные в первом умножителе 16, поступают на суммирующий вход второго алгебраического сумматора 2, на вход второго сумматора 10, на входы восьмого элгебраическогс сумматора 8 на вход тоетьего алгебоаического сумматора 3 и взвешенные последовательно в седьмом

22 и восьмом 23 умножителях — на вход пя.ого алгебраического сумматора 5, где они складываются с отсчетами, поступившими с выхода первого алгебрайческо"o

c) ммдторэ 1.

Перед началом первого такта обработки в первой 12, второй 13, третьей 14 и четвергой 15 линиях эадеожки необходимо запй сать нулевые значения. В первом такте значения отсчетов сигнала из четвертой линйи задержки 15 подаются на инвертирующий вход седьмого алгебраического сумматора 7, где они складываются с взвешенными в третьем умножителе 18 с счета1672559 ми сигнала из третьей линии задержки 14.

Просуммированные отсчеты подаются на входы шестого алгебраического сумматора

6, складываются с проинвертированными отсчетами входного сигнала, а затем поступают на суммирующий вход первого алгебраического сумматора, где они суммируются после инвертирования с отсчетами, взвешенными в шестом умножителе 21.

Кроме того, отсчеты сигнала с вйхода шестого алгебраического сумматора 6 поступают на инвертирующий вход второго алгебраического сумматора 2, просуммированные отсчеты поступают на выход фильтра, Далее отсчеты с выхода четвертой линии задержки 15 поступают на входы четвертого алгебраического сумматора 4, на вычитающий вход которого поступают отсчеты сигнала с выхода третьего алгебраического сумматора 3, а затем записываются в третью линию задержки 14. Затем сигнал с выхода восьмого алгебраического сумматора 8, взвешенный во втором 17 умножителе, поступает на один из входов третьего алгебраического сумматора 3, складывается с отсчетами из первой линии задержки 12 и записываются во вторую линию задержки

13, с выхода которой сигнал поступает на один из входов третьего алгебраического сумматора 3. После чего происходит суммирование во втором сумматоре 8 с отсчетами, поступившими из четвертой линии задержки 15 и запись их в первую линию задержки

12. С окончанием записи в линии задержки фильтр готов к обработке следующего отсчета сигнала. Все изложенные операции суммирования и взвешивания выполняются в промежутке времени между двумя соседними отсчетами входного сигнала, т,е. в период его квантования, равный времени задержки первой, второй, третьей и четвертой линий задержки 12 — 15.

Передаточная функция эллиптического режекторного цифрового фильтра Нрф(Г1), найденная с помощью графа (фиг, 2), в Z-области имеет вид -!, ь)у!!! ."l г,! ° <у!! 441 ° 27 4d е -biz z z

)-г!)!г i-г!ьу)г г((! zd)))-A-ьу)-iьу)г -Ыг 5А-zAby)z )!-z)))z где у — коэффициенты умножения пятого и восьмого умножителей 20, 23; а — коэффициенты умножения второго и третьего умножителей 17, 18;

b — коэффициенты умножения шестого и седьмого умножителей 21, 22;

А, F — коэффициенты умножения первого 16 и четвертого 19 умножителей соответственноо.

Для анализа частотных свойств предлагаемого устройства трансформируют передаточную функцию в частотную область посредством преобразования

2 = (! — )!9 — ) (1+Itg ), (2) где Т вЂ” период квантования сигнала.

Запишем выражение для квадрата мо10 дуля передаточной функции

1Н e()®)> = (R е Ь) +(т Л)

Полоса режекции Ьв предлагаемого эллиптического фильтра будет определяться лишь значением коэффициента у по закону

h,à = — arctg y

Т

Значение коэффициента А первого умножителя 16 будет определяться следующим образом:

15 где Re Л = (P1+ N1+ М1+ 31) + (— - 2Р1+ 6И1+

+ М1-4D1)tg — + (P1-N1+ S1+ M1) X

z вТ

4 МТ

Х tg — — действительная часть числите2

20 ля передаточной функции;

NT

Im Л (P1 — 4N1 — 401 — Iz 1+ V1+ 01)tg +

+ (V1+ Р1+ 4N1 — Р1+ 401 — K1)tg э

25 мнимая часть числителя;

Re Л= (-S + K+ О) + (S — 6К+ 20)19 +

4ВТ

+ (S + К + Q)tg — — действительная часть

30 знаменателя;

Im Л= -Ntg + Ntg — — мнимая шТ эмТ

2 2 часть знаменателя передаточной функции, причем

35 N =8Аа

К= — 2А+ 2 = 2(1 — А)

S = г a(4 — 4А — 4АЬ y)

Q = 2((1 + 2 а- )(1 — А — Ab y) — АЬ y )

N1 = 2А+ 2АЬ у

40 M1= 8а

P1=4

S1=4а

D = 4FAy

45 V1 = 8 а(1 — А — Ab у) — 4FA у

К1= 8 а(1 — А — АЬ у)

Решим уравнение вида Нрфо и) ) I ) =

= 0,7. получим выражение, определяющее полосу режекции цифрового фильтра, 50

1672559

A=

) +ьу+с где b и с — коэффициенты известного аналогового фильтра, которые рассчитываются один раз и при перестройке как полосы, так и частоты резонанса не изменяются.

Коэффициент умножения четвертого умножителя 19 равен F =- а/с и также не зависит от у, а значит, и от полосы фильтра (в прототипе коэффициент F зависел от полосы режекции:

F— а

1 -+ЬУ+ С и поэтому при перестройке полосы требовалось его изменение).

Таким образом, предлагаемый цифровой (эллиптический режекторный) фильтр позволяет упростить процесс перестройки полосы режекции, а также значительно сократить обьем памяти, отводимой под хранение коэффициентов. Так, например, для реализации перестраиваемого по полосе фильтра, состоящего иэ М звеньев с N дискретными значениями полос потребуется хранение в ПЗУ(М+1)М значений коэффициентов. Выигрыш составит ЗМ(М+1). При большем количестве звеньев(М»1) величина выигрыша будет стремиться к трем.

Формула изобретения

Ц.1фровой фильтр, содержащий последовательно соединенные первый алгебраический сумматор, первый сумма ор, первый ул1ножитель, второй алгебраический сумматор, последовательно соединенные второй сумматор, первую линию задержки, третий сумматор. к второму входу которого подключен выход второго умножителя, вторую линию задержки, третий алгебраический сумматор, четвертый алгебраический сумматор, третью линию задержки, выход которой подключен ко входу третьего умножителя и к четвертой линии задержки, а также четвертый и пятый умножители. пятый алгебраический сумматор, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения перестройки полосы режекции, введены шестой умножитель, шестой алгебраиче5 ский сумматор, выход которого подключен к вычитающему входу второго алгебраического сумматора, выход которого является выходом цифрового фильтра, к суммирующему входу первого алгебраического сумматора, 10 к вычитающему входу которого через шестой умножитель подключен выход пятого умножителя, который через четвертый умножитель подключен к суммирующему входу первого сумматора, седьмой алгебра15 ический сумматор, выход которого подключен к первому и второму суммирующим входам шестого алгебраического сумматора, к вычитающему входу которого подключен вход пятого умножителя, являющийся

20 входом цифрового фильтра, а к суммирующему входу седьмого алгебраического сумматора подключен выход третьего умножителя, к вычитающему входу — выход четвертой линии задержки, первый и второй

25 суммирующие входы четвертого алгебраического сумматора, первый суммирующий вход второго сумматора, а также восьмой алгебраический сумматор, выход которого подключен к входу второго умножителя, по30 следовательно соединенные седьмой умножитель, к входу которого подключен второй суммирующий вход второго сумматора, первый и второй вычитающие входы восьмого алгебраического сумматора, к пер35 вому и второму суммирующим входам которого и первым и вторым вычитающим входам третьего алгебраического сумматора подключен выход пятого алгебраического сумматора, второй суммирующий вход

40 третьего алгебраического сумматора, выход первого умножителя и восьмой умножитель, выход которого подключен к вычитающему входу пятого алгебраического сумматора, к суммирующему входу которого подключен

45 выход первого алгебраического сумматора.

1672559

Вход

Вь)ход

Р ЗбеньЕо

Фиг. 3

Составитель Л.Тимошина

Редактор О.Стенина Техред М.Моргентал КоРРектоР С,Шевкун

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

Заказ 2846 Тираж 429 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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