Ранговый фильтр

 

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для построения функциональных узлов аналоговых вычислительных машин, средств автоматического регулирования и управления, аналоговых процессоров. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения выбора из n входных аналоговых сигналов x₁, ..., x_n сигнала x^(r) любого заданного ранга r∈{1,...,n}. Устройство содержит компараторы, два регистра, два сумматора единиц, два блока сравнения, два логических элемента И-НЕ, логические элементы ИСЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, замыкающие ключи. 1 ил.

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для построения функциональных узлов аналоговых вычислительных машин, средств автоматического регулирования и управления и др.

Известны ранговые фильтры (см. например патент РФ 2112276, кл. G 06 G 7/25, 1998 г.), которые обеспечивают выбор из двух входных аналоговых сигналов х₁, х₂ сигнала х^(r) любого заданного ранга r∈{1,2} (х⁽¹⁾=min (x₁, x₂), x⁽²⁾=max(x₁, x₂)).

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известных ранговых фильтров, относится ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что не допускается обработка n входных аналоговых сигналов.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является, принятый за прототип, ранговый фильтр (фиг. 1 в описании изобретения к патенту РФ 2124754, кл. G 06 G 7/52, 1999 г.), который содержит два компаратора, два логических элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, два замыкающих ключа и обеспечивает выбор из трех входных аналоговых сигналов х₁, х₂, х₃ сигнала х^(r) любого заданного ранга r∈{1, 2, 3} (x⁽¹⁾=min(x₁, х₂, х₃),..., х⁽³⁾=max(x₁, х₂, x₃)).

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании прототипа, относится ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что не допускается обработка n входных аналоговых сигналов.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения выбора из n входных аналоговых сигналов x₁, ..., x_n сигнала х^(r) любого заданного ранга r∈{1,..., n}.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в ранговом фильтре, содержащем два компаратора, два логических элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и два замыкающих ключа, особенность заключается в том, что в него введены n - 2 компаратора, n - 2 логических элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, n - 2 замыкающих ключа, два регистра, два сумматора единиц, два блока сравнения и два логических элемента И-НЕ, причем неинвертирующие входы всех компараторов объединены, а инвертирующий вход и выход i-го компаратора подключены соответственно к i-му информационному входу рангового фильтра и объединенным i-м входам первого, второго регистров, i-й выход j-го регистра соединен с j-м входом i-го логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и i-м входом j-го сумматора единиц, подключенного k-м ( m= 1+[log₂ n] , где [у] - целая часть числа у) выходом к k-му входу j-го блока сравнения, выход которого соединен с первым входом j-го логического элемента И-НЕ, подключенного выходом к входу разрешения записи j-го регистра, вход, управляющий вход и выход i-го замыкающего ключа соединены соответственно с инвертирующим входом i-го компаратора, выходом i-го логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и выходом рангового фильтра, подключенного k-м и (m+1)-м настроечными входами соответственно к объединенным (m+k)-м входам первого, второго блоков сравнения и объединенным вторым входам первого, второго логических элементов И-НЕ.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата, в частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования: - дополнение известного средства какой-либо известной частью (частями), присоединяемой (присоединяемыми) к нему по известным правилам для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений; - замена какой-либо части (частей) известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены; - исключение какой-либо части (элемента) средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата; - увеличение количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов; - выполнение известного средства или его части (частей) из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами этого материала; - создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними.

Описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи, либо изменении ее вида. Имеется в виду случай, когда известен факт влияния каждого из указанных признаков на технический результат, и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены исходя из известных зависимостей, закономерностей. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

На чертеже представлена схема предлагаемого рангового фильтра.

Ранговый фильтр содержит компараторы 1₁-1_n; регистры 2₁, 2₂; сумматоры единиц 3₁, 3₂; блоки сравнения 4₁, 4₂; логические элементы И-НЕ 5₁, 5₂; логические элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 6₁-6_n; замыкающие ключи 7₁-7_n. Причем неинвертирующие входы всех компараторов объединены, а инвертирующий вход и выход компаратора подключены соответственно к i-му информационному входу рангового фильтра и объединенным i-м входам регистров 2₁, 2₂, i-й выход регистра соединен с j-м входом элемента 6_i и i-м входом элемента 3_j, подключенного k-м ( m=1+[log₂ n], где [у] - целая часть числа у) выходом к k-му входу блока 4j, выход которого соединен с первым входом элемента _j, подключенного выходом к входу разрешения записи регистра 2_j, вход, управляющий вход и выход ключа 7_i соединены соответственно с инвертирующим входом компаратора 1_i, выходом элемента 6_i и выходом рангового фильтра, подключенного k-м и (m+1)-м настроечными входами соответственно к объединенным (m+k)-м входам блоков 4₁, 4₂ и объединенным вторым входам элементов 5₁, 5₂.

Работа предлагаемого рангового фильтра осуществляется следующим образом. Регистр 2_j(j∈={1,2}) воспроизводит операцию где q_ij, d_ij ∈ {0,1} и w_j - сигналы соответственно на i-м выходе, i-м входе и входе разрешения записи регистра - сигнал на i-м выходе регистра 2_j в момент переключения сигнала w_j с высокого уровня на низкий (из "1" в "0"). Блоки 4₁ и 4₂ воспроизводят соответственно операции

где b_mj...b_1j и f_m...f₁ - m-разрядные двоичные числа. Регистр 2_j и блок 4_j могут быть аппаратно реализованы с помощью, например, микросхем К555ИР22 и К555СП1 соответственно. Сумматор 3_j воспроизводит операцию "взвешивания" кода q_nj....q_1j, т.е. формирует двоичное число b_mj....b_1j, равное количеству единиц в указанном коде. На (m+1)-й настроечный вход и первый - n-й информационные входы предлагаемого рангового фильтра подаются соответственно управляющий сигнал j_m+1∈{ 0,1} и подлежащие обработке аналоговые сигналы (напряжения) х₁-х_n∈(х_min, х_max) с произвольным отношением порядка; на его первом - m-м настроечных входах фиксируются соответственно необходимые управляющие сигналы f₁-f_m∈{ 0,1} , с помощью которых задается двоичный код (сигналы f_m и f₁] определяют старший и младший разряды кода соответственно) числа r-1, где r ∈ {1,...,n} - ранг искомого сигнала x^(r)∈{x₁,...,;x_n} (х⁽¹⁾ = min (x₁, ...,x_n),..., x⁽ⁿ⁾=max (x₁,...,x_n); на неинвертирующие входы всех компараторов подается линейно возрастающее напряжение u(t)∈[x_min, x_max]. Цикл работы рангового фильтра состоит из предварительной установки в исходное состояние и последующей обработки данных. В исходное состояние ранговый фильтр устанавливается при u(t) = х_min подачей на его (m+1)-й настроечный вход отрицательного импульса (логического "0"), длительность которого должна быть немногим более τ = τ₁+τ₂+τ₃+τ₄, где τ₁, τ₂, τ₃ и τ₄ - длительности задержек, вносимых соответственно регистром _j, сумматором 3_j, блоком 4_j и элементом 5_j. В этом случае на всех входах регистров 2₁, 2₂ присутствует логический "0", следовательно на всех входах элементов 6₁-6_n действуют одинаковые логические сигналы, на их выходах присутствует логический "0", ключи 7₁-7_n разомкнуты и Z= 0. Обработка данных реализуется при линейном возрастании сигнала u{t}. Здесь r-м ((r-1)-м для любого r>1) изменится с "0" на "1" сигнал на выходе того компаратора, на инвертирующем входе которого действует сигнал х^(r)(х^(r-1)). В этом случае на вход разрешения записи регистра 2₁ (2₂) поступает логический "0", вызывая "защелкивание" указанного регистра. Отметим, что при f₁=0,..., f_m=0, т.е. при r=1, "защелкивание" регистра 2₂ происходит еще на этапе установки рангового фильтра в исходное состояние. С момента "защелкивания" и до начала следующего цикла состояние выходов регистра 2₁ (2₂) не зависит от сигналов, действующих на его входах. При "защелкивании" регистра 2₂ на первом и втором входах каждого из элементов 6₁-6_n присутствуют одинаковые логические сигналы, на выходах этих элементов действует логический "0" и ключи 7₁-7_n разомкнуты. При "защелкивании" регистра 2₁ разные логические сигналы присутствуют на входах только того элемента 6_i, номер i которого совпадает с номером компаратора, подключенного инвертирующим входом к источнику искомого сигнала х^(r). На выходе указанного элемента действует логическая "1", вызывая замыкание соответствующего ключа. Таким образом, операция, воспроизводимая предлагаемым ранговым фильтром, определяется выражением

где F - десятичный эквивалент двоичного кода, задаваемого сигналами f₁,. . . , f_m, причем сигналы f_m и f₁ определяют соответственно старший и младший разряды указанного кода.

Вышеизложенные сведения позволяют сделать вывод, что предлагаемый ранговый фильтр обладает более широкими по сравнению с прототипом функциональными возможностями, так как обеспечивает выбор из n входных аналоговых сигналов x₁,...,x_n сигнала х^(r) любого заданного ранга r∈{1,..., n].

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного устройства следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в области автоматики и аналоговой вычислительной техники в качестве функционального узла аналоговых вычислительных машин, спецпроцессоров и др.;
- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Формула изобретения

Ранговый фильтр, содержащий два компаратора, два логических элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и два замыкающих ключа, отличающийся тем, что в него введены n-2 компаратора, n-2 логических элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, n-2 замыкающих ключа, два регистра, два сумматора единиц, два блока сравнения и два логических элемента И-НЕ, причем неинвертирующие входы всех компараторов объединены, а инвертирующий вход и выход i-го компаратора подключены соответственно к i-му информационному входу рангового фильтра и объединенным i-м входам первого, второго регистров, i-й выход j-го регистра соединен с j-м входом j-го логического элемента Исключающее ИЛИ и i-м входом j-го сумматора единиц, подключенного k-м m= 1+[log₂ n] , где [у] есть целая часть числа у) выходом к k-му входу j-го блока сравнения, выход которого соединен с первым входом j-го логического элемента И-НЕ, подключенного выходом к входу разрешения записи j-го регистра, вход, управляющий вход и выход i-го замыкающего ключа соединены соответственно с инвертирующим входом i-го компаратора, выходом i-го логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и выходом рангового фильтра, подключенного k-м и (m+1)-м настроечными входами соответственно к объединенным (m+k)-м входам первого, второго блоков сравнения и объединенным вторым входам первого, второго логических элементов И-НЕ.

РИСУНКИ

Рисунок 1