Ранговый фильтр

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для ранговой обработки аналоговых сигналов. Техническим результатом является обеспечение выбора минимального, супраминимального, субмаксимального или максимального из n входных аналоговых сигналов, где n≥4. Устройство содержит 0,5×n×(n+1)-2 реляторов, каждый из которых содержит компаратор, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, замыкающий и размыкающий ключи. 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 2284652, кл. G06G 7/52, 2006 г.), которые содержат реляторы и реализуют выбор минимального, супраминимального, субмаксимального или максимального из четырех входных аналоговых сигналов.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известных ранговых фильтров, относятся ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что не допускается обработка более четырех входных аналоговых сигналов, и недостаточный для их обработки аппаратурный состав.

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 2284650, кл. G06G 7/52, 2006 г.), который содержит 0,5×n×(n+1)-2 реляторов и реализует выбор минимального, супраминимального, субмаксимального или максимального из n входных аналоговых сигналов, где n=4.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании прототипа, относятся ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что не допускается обработка более четырех входных аналоговых сигналов, и недостаточный для их обработки аппаратурный состав.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения реализации выбора минимального, супраминимального, субмаксимального или максимального из n входных аналоговых сигналов при n≥4 и аппаратурный состав из 0,5×n×(n+1)-2 реляторов.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в ранговом фильтре, содержащем 0,5×n×(n+1)-2 реляторов, каждый из которых содержит компаратор, подключенный выходом к первому входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого является входом управления релятора, а выход соединен с управляющим входом замыкающего и размыкающего ключей, выходы которых объединены и образуют выход релятора, первым и вторым входами которого являются соответственно неинвертирующий и инвертирующий входы компаратора, присоединенные соответственно к входам замыкающего и размыкающего ключей, особенность заключается в том, что n≥4, все реляторы сгруппированы в n групп так, что i-я и n-я группы содержат соответственно i и n-2 реляторов, в каждой группе кроме первой выход предыдущего релятора соединен с первым входом последующего релятора, выход первого релятора первой и выход r-го релятора r-й групп подключены соответственно к первому входу первого и второму входу (r-1)-го реляторов n-й группы, а вход управления i-го релятора i-й группы и входы управления всех остальных реляторов соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами рангового фильтра, выход которого подключен к выходу (n-2)-го релятора n-й группы.

На фиг. 1 и фиг. 2 представлены соответственно схема предлагаемого рангового фильтра и схема релятора, использованного при построении указанного фильтра.

Ранговый фильтр содержит 0,5×n×(n+1)-2 реляторов 1₁₁, …, 1_n(n-2), где n≥4. Каждый релятор содержит компаратор 2, подключенный выходом к первому входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 3, второй вход которого является входом управления релятора, а выход соединен с управляющим входом замыкающего и размыкающего ключей 4₁ и 4₂, выходы которых объединены и образуют выход релятора, первым и вторым входами которого являются соответственно неинвертирующий и инвертирующий входы компаратора 2, присоединенные соответственно к входам ключей 4₁ и 4₂.

Все реляторы сгруппированы в n групп так, что i-я и n-я группы содержат соответственно реляторы 1_i1, …, 1_ii и 1_n1, …, 1_n(n-2), в каждой группе кроме первой выход предыдущего релятора соединен с первым входом последующего релятора, выходы реляторов 1₁₁ и 1_rr подключены соответственно к первому входу релятора 1_n1 и второму входу релятора 1_n(r-1), а вход управления релятора 1_ii и входы управления всех остальных реляторов соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами рангового фильтра, выход которого подключен к выходу релятора 1_n(n-2).

Работа предлагаемого рангового фильтра осуществляется следующим образом. На его первом, втором управляющих входах фиксируются соответственно необходимые управляющие сигналы . На первый и второй входы релятора 1₁₁, первый вход релятора 1_r1 и вторые входы реляторов 1_r1, …, 1_rr подаются соответственно аналоговые сигналы (напряжения) х₁ и x₂, x₁ и x₂, …, x_r+1. Если на входе управления релятора (фиг. 2) присутствует логический "0" (логическая "1") и сигнал на его первом входе больше либо меньше сигнала на его втором входе, то ключ 4₁ соответственно замкнут (разомкнут) либо разомкнут (замкнут), а ключ 4₂ соответственно разомкнут (замкнут) либо замкнут (разомкнут). Следовательно, если на входе управления релятора (фиг. 2) присутствует логический "0" (логическая "1"), то этот релятор будет выделять на своем выходе наибольший (наименьший) из сигналов, действующих на его первом и втором входах. Таким образом, на выходе предлагаемого фильтра получим

где и , есть символы операций max и min; n≥4; - неповторяющийся набор n-1 аналоговых сигналов из множества {х₁, …, x_n}, 1≤j₁<…<j_n-1≤n; , - неповторяющийся набор двух аналоговых сигналов из множества {х₁, …, x_n}, 1≤k₁<k₂≤n; N=0,5×n×(n-1). В качестве примера запишем соотношения, к которым сводятся формулы , выражения (1) при n=4:

,

;

при n=5:

,

;

при n=6:

,

.

Вышеизложенные сведения позволяют сделать вывод, что предлагаемый ранговый фильтр обладает более широкими по сравнению с прототипом функциональными возможностями, так как реализует выбор минимального, супраминимального, субмаксимального или максимального из n входных аналоговых сигналов, где n≥4. При этом предлагаемый ранговый фильтр содержит 0,5×n×(n+1)-2 реляторов.

Ранговый фильтр, содержащий 0,5×n×(n+1)-2 реляторов, каждый из которых содержит компаратор, подключенный выходом к первому входу элемента исключающее или, второй вход которого является входом управления релятора, а выход соединен с управляющим входом замыкающего и размыкающего ключей, выходы которых объединены и образуют выход релятора, первым и вторым входами которого являются соответственно неинвертирующий и инвертирующий входы компаратора, присоединенные соответственно к входам замыкающего и размыкающего ключей, отличающийся тем, что n≥4, все реляторы сгруппированы в n групп так, что i-я и n-я группы содержат соответственно i и n - 2 реляторов, в каждой группе, кроме первой, выход предыдущего релятора соединен с первым входом последующего релятора, выход первого релятора первой и выход r-го релятора r-й групп подключены соответственно к первому входу первого и второму входу (r-1)-го реляторов n-й группы, а вход управления i-го релятора i-й группы и входы управления всех остальных реляторов соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами рангового фильтра, выход которого подключен к выходу (n-2)-го релятора n-й группы.