Ранговый фильтр

 

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике. Технический результат заключается в повышении быстродействия при сохранении функциональных возможностей. Для этого ранговый фильтр (РФ) содержит пять реляторов (Р), содержащих компаратор (К), первый и второй ключи, выполненные соответственно замыкающим и размыкающим. При этом с третьего по пятый Р выход К подсоединен к первому входу булевого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого является входом управления в каждом с третьего по пятый Р. В первый и второй реляторы введены третий и четвертый К, аналогичные первому и второму К, подсоединенные выходами к дополнительному выходу у первого и второго Р, выходы и дополнительные выходы которых соединены с соответствующими входами третьего и четвертого Р, выходы которых соединены с первым и вторым входами пятого Р. 2 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, аналоговых процессоров и др.

Известны ранговые фильтры (см., например, фиг.1 в описании изобретения к патенту РФ 2124754, кл. G 06 G 7/52, 1999 г.), которые обеспечивают выбор минимального, медианного или максимального из трех входных аналоговых сигналов.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известных ранговых фильтров, относится ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что не допускается обработка четырех 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 2171496, кл. G 06 G 7/52, 2001 г.), который содержит пять реляторов и обеспечивает выбор минимального, супраминимального, субмаксимального или максимального из четырех входных аналоговых сигналов.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании прототипа, относится низкое быстродействие, обусловленное тем, что максимальное время задержки распространения сигнала в прототипе определяется выражением τ =6τ _р, где τ _р есть время задержки релятора.

Техническим результатом изобретения является повышение быстродействия при сохранении функциональных возможностей прототипа.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в ранговом фильтре, содержащем пять реляторов, каждый из которых содержит компаратор, неинвертирующий и инвертирующий входы которого соединены соответственно с входом первого и входом второго ключей, выполненных соответственно замыкающим и размыкающим и подсоединенных выходами к выходу релятора, первый и второй входы которого соединены соответственно с неинвертирующим и инвертирующим входами компаратора, в i-ом реляторе выход компаратора подсоединен к первому входу булевого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого является входом управления i-го релятора, а выход соединен с управляющим входом первого и второго ключей, особенность заключается в том, что в j-ый релятор введены третий и четвертый ключи, выполненные соответственно замыкающим и размыкающим и подсоединенные выходами к дополнительному выходу j-го релятора, первый и второй входы которого соединены соответственно с входом четвертого и входом третьего ключей, подсоединенных управляющим входом к выходу компаратора и управляющему входу первого, второго ключей, первый, второй входы первого и первый, второй входы второго реляторов подключены соответственно к первому, второму и третьему, четвертому информационным входам рангового фильтра, выход и дополнительный выход j-го релятора соединены соответственно с j-ым входом третьего и j-ым входом четвертого реляторов, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам пятого релятора, подсоединенного выходом к выходу рангового фильтра, первый-третий управляющие входы которого образованы соответственно входами управления третьего-пятого реляторов.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого рангового фильтра. На фиг.2 изображены схемы реляторов, использованных при построении указанного фильтра.

Ранговый фильтр содержит реляторы 1₁-1₅. Каждый релятор содержит компаратор 2, первый 3₁ и второй 3₂ ключи, выполненные соответственно замыкающим и размыкающим, релятор 1_j (фиг.2а) дополнительно содержит третий 3₃ и четвертый 34 ключи, выполненные соответственно замыкающим и размыкающим, а релятор 1_i (фиг.2б) дополнительно содержит булевый элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 4, причем в каждом реляторе неинвертирующий и инвертирующий входы компаратора 2 соединены соответственно с входами ключей 3₁ и 3₂, подсоединенных выходами к выходу релятора, первый и второй входы которого соединены соответственно с неинвертирующим и инвертирующим входами компаратора 2, в реляторе 1_i выход компаратора 2 подсоединен к первому входу элемента 4, второй вход которого является входом управления релятора _i, а выход соединен с управляющим входом ключей 3₁, 3₂, в реляторе 1_j выходы ключей 3₃ и 3₄ соединены с дополнительным выходом релятора 1_j, первый и второй входы которого соединены соответственно с входами ключей 3₄ и 3₃, подсоединенных управляющим входом к выходу компаратора 2 и управляющему входу ключей 3₁, 3₂, первый, второй входы релятора 1₁ и первый, второй входы релятора 1₂ подключены соответственно к первому, второму и третьему, четвертому информационным входам рангового фильтра, выход и дополнительный выход релятора 1_j соединены соответственно с j-ым входом релятора 1₃ и j-ым входом релятора 1₄, выходы реляторов 1₃ и 1₄ подключены соответственно к первому и второму входам релятора 1₅, подсоединенного выходом к выходу рангового фильтра, первый-третий управляющие входы которого образованы соответственно входами управления реляторов 1₃-1₅.

Работа предлагаемого рангового фильтра осуществляется следующим образом. На его первый-четвертый информационные входы подаются соответственно подлежащие обработке аналоговые сигналы (напряжения) x₁-x₄; на его первом, втором, третьем управляющих входах фиксируются соответственно необходимые управляющие сигналы ₁,f₂,f₃∈ {0,1}. Если сигнал на первом входе релятора 1_j больше либо меньше сигнала на его втором входе, то ключи 3₁, 3₃ соответственно замкнуты либо разомкнуты, а ключи 3₂, 3₄ соответственно разомкнуты либо замкнуты. Следовательно, релятор 1_j будет выделять на своих выходе и дополнительном выходе соответственно наибольший и наименьший из сигналов, действующих на его первом, втором входах. Если на входе управления релятора 1_i присутствует логический "0" (логическая "1") и сигнал на его первом входе больше либо меньше сигнала на его втором входе, то ключ 3₁ соответственно замкнут (разомкнут) либо разомкнут (замкнут), а ключ 3₂ соответственно разомкнут (замкнут) либо замкнут (разомкнут). Следовательно, если на входе управления релятора 1_i присутствует лог. "0" (лог. "1"), то этот релятор будет выделять на своем выходе наибольший (наименьший) из сигналов, действующих на его первом и втором входах. Таким образом, операция, воспроизводимая предлагаемым фильтром, определяется выражением

где символами и · обозначены соответственно операции mах и min.

Вышеизложенные сведения позволяют сделать вывод, что ранговый фильтр (фиг.1) обеспечивает выбор минимального, супраминимального, субмаксимального или максимального из четырех входных аналоговых сигналов и обладает более высоким по сравнению с прототипом быстродействием, так как максимальное время задержки распространения сигнала в указанном фильтре определяется выражением τ =3τ _р, где τ _р есть время задержки релятора.

Формула изобретения

Ранговый фильтр, содержащий пять реляторов, каждый из которых содержит компаратор, неинвертирующий и инвертирующий входы которого соединены соответственно с входом первого и входом второго ключей, выполненных соответственно замыкающим и размыкающим и подсоединенных выходами к выходу релятора, первый и второй входы которого соединены соответственно с неинвертирующим и инвертирующим входами компаратора, в i-м реляторе выход компаратора подсоединен к первому входу булевого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого является входом управления i-го релятора, а выход соединен с управляющим входом первого и второго ключей, отличающийся тем, что в j-й релятор введены третий и четвертый ключи, выполненные соответственно замыкающим и размыкающим и подсоединенные выходами к дополнительному выходу j-го релятора, первый и второй входы которого соединены соответственно с входом четвертого и входом третьего ключей, подсоединенных управляющим входом к выходу компаратора и управляющему входу первого, второго ключей, первый, второй входы первого и первый, второй входы второго реляторов подключены соответственно к первому, второму и третьему, четвертому информационным входам рангового фильтра, выход и дополнительный выход j-го релятора соединены соответственно с j-м входом третьего и j-м входом четвертого реляторов, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам пятого релятора, подсоединенного выходом к выходу рангового фильтра, первый - третий управляющие входы которого образованы соответственно входами управления третьего - пятого реляторов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2