Дискретный фильтр

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски«

Социалистически« республик и 942246 (6i ) Дополнительное к авт. сана-ву (22)Заявлено 24.11.80 (21) 3211108/18-24 (5! )М. Кл.

Н 03 Н 17/04 с присоединением заявки М

Рвударвтвкн«ыН квм«твт

СССР ае далем «зо«рвтвнн« н вткрыт«« (23) Приоритет

Опубликовано 07 07.82 ° Бюллетень М25

Дата опубликования описания 09.07.82 (53) Уд 681,32 (088, 8) (72) Авторы изобретения

А. И. Алешин и В. И. Се (71) Заявитель (Я) ДИСКРЕТНЫЙ ФИЛЬТР

Изобретение относится к радиотех-. нике и может быть использовано в аналоговых и цифровых устройствах для фильтрации входных сигналов.

Известен цифровой фильтр, содержащий счетчик, выходы .которого соединены с дешифраторами, управляемый ключ, управляющий вход которого через схему управления, состоящую из триггеров, схемы И, схемы ИЛИ и линий задержки с выходами дешифраторов 1.1).

Недостатком такого фильтра является ограниченный диапазон частот, обусловленный наличием в схеме линии, задержки, которая не осуществляет автоматической перестройки фильтра при изменении граничных частот полосы пропускания, так как при изменении полосы пропускания необходимо 20 менять параметры элементов линии задержки. Кроме того, наличие в схеме дешифраторов, включающих разрядные ключи, число которых соответствует разряду счетчика, усложняет конструкцию Фильтра.

Наиболее близким к предлагаемому является фильтр, содержащий дифференцирующую цепочку, Формирователь строб-: импульсов. и фильтрующее устройство.

Формирователь строб-импульсов в такой фильтре выполнен на сдвоенном одностабильном мультивибраторе, а Фильтрующи устройством является трехвходовый вентиль НЕ-И (2).

Недостатками известного фильтра являются низкая помехоустойчивость, т.е. Фильтр наряду с основной полосой пропускания.имеет боковые полосы, а также нестабильность полосы пропускания. Это вызвано тем, что фильтр построен на элементах, у которых размеща" ются способности и длительность выходных импульсов зависит от частоты входного сигнала.

Цель изобретения -. повышение поме" хоустойчивост и.

46 4 кроме того, второй фильтрующии блок содержит элемент И-HE элемент

ИЛИ-НЕ, триггер и дифференцирующий элемент, выход которого соединен с первыми входами триггера и элемента

ИЛИ-НЕ, второй вход которого подключен к выходу элемента И-НЕ, первый и второй вход которого является соответственно первым и третьим входами второго фильтрующего блока, выход элемента ИЛИ-НЕ подключен ко второму входу триггера, прямой и инверсный выходы которого являются соответственно первым и вторым выходами второго фильтрующего блока, а вход дифференциирующего элемента и третий вход элемента ИЛИ-НЕ являются соответственно вторым и четвертым входами второго

Фильтрующего блока.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого дискретного фильтра; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняю щие работу фильтра.

Дискретный фильтр содержит дифференцивующий элемент 1, формирователи 2 и 3 последовательностей прямоугольных импульсов, сдвинутых на полпериода, формирователь 4 строб-импульсов и два триггера 5 и 6, первый и второй фильтрующие блоки 7 и 8, эле.-менты И 9-11, элемент И-НЕ 12, элемент ИЛИ-НЕ 13, триггер 14, конденсатор 15, дифференцирующий элемент 16, второй дифференцирующий элемент 17.

Фильтр работает следующим образом.

На вход фильтра поступает последовательность прямоугольных импульсов.

С помощью элемента 1 выделяют передний и задний фронты, которыми запускают формирователи 2 и 3. На выходе

Формирователей 2 и 3 получают две последовательности. импульсов: синхронизирующая (Р,1 (t)) и опроса (F<(t) 3, сдвинутых на полперио- да, частота следования которых ра вна частоте входного сигнала, Последовательность Г„ t) подается на входы триггеров 5 и,6 для получения строб-импульсов, синхронным с входным импульсом.

Триггеры 5 и 6 Формируют стробирующие напряжения соответственно нижних и верхних частот. Формируемые триггерами 5 и 6 напряжения управляют

Формирователем 4 строб-импульсов. Начала формирования обоих строб-импульсов совпадает с Моментом появления первого импульса синхронизирующей

Причем первый фильтрующий блек co= держит три элемента И и конденсатор, выход которого подключен к первому 4> входу первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, первый вход которого подключен к выходу третьего элем@ыта И, первый и второй входы которого являют- в ся соответственно первым и вторым входами первого фильтрующегося блока, а второй вход второго элемента И и конденсатора являются соответственно третьим и четвертым входами перво- 55 го фильтрующего блока, выход nepeqro элемента И является выходом перВОго фильтрующего блока. з 9" 22

Поставленная цель достигается тем, что в дискретный фильтр, содержащий формирователь ст роб-импульсов, первый вход которого является синхронизирующим входом фильтра, первый дифференцирующий элемент, вход которого является входом фильтра и первый фильтрующий блок, выход которого является выходом фильтра, введены два Формирователя прямоугольных импульсов, два о триггера, второй фильтрующий блок, второй дифференцирующий элемент, причем выход первого дифференцирующего элемента подключен ко входам nepsoro и второго формирователя прямоугольных l$ импульсов, выход первого формирователя прямоугольных импульсов соединен с первыми входами первого и втор@го триггеров, выход второго формирователя прямоугольных импульсов соединен с первыми входами первого и второго фильтруюших блоков, инверсный выход первого триггера подключен ка вторым входам первого и второго фильт. рующ их 6llo tco B M 8 To poHQ Bxo форы иро. ва теля строб- импуль сов, т рет ий вход которого объединен с третьим входом второго фильтрующего блока и подклю" чен к инверсному выходу второго триггера, второй вход которого соединен с первым выходом формирователя строб-импульсов, второй выход которого соединен со вторым входом первого т ригге ра, и рямои выход которого подключен ко входу второго дифференцирующего элемента, выход которого

35 соединен с четвертым входом второго фильтрующего блока, первый выход которого подключен к третьему входу первого Фильтрующего блока, четвертый

40 вход которого соединен со вторым выхо. дом второго фильтрующего блока.

46 6 элемент И 10, так как этот элемент 10 открыт, последовательность импульса проходит на элемент 11 и далее на выход фильтра. Сигнал на выходе элемента 12 отсутствует. Если входной сигнал лежит за полосой пропускания, то импульсная последовательность опроса F<(t) или совпадает со строб-импульсами нижних и верхних частот или

-не совпадает с ними. Первый случай характерен для частот, лежащих выше верхней частоты среза фильтра. Второй случай характерен для частот, лежащих ниже нижней частоты среза фильтра.

Во втором случае, так как последова тельность опроса не совпадает со строб-импульсами ни верхних, ни нижних частот, сигнал на выходе Фильтра отсутствует.

Если импульсная последовательность

F<(t) совпадает со строб-импульсами верхних и нижних частот, то на выходе элемента И 9 появляется сигнал, так как последовательность а пульсов опроса совпадает со стробом нижних частот. Вместе с этим, так как последовательность импульсов опроса совпадает и со стробом верхних частот, на инверсном выходе элемента 12 появляется последовательность отрицательных импульсов, передний фронт которых сбрасывает триггер 14, опрокинутый ранее гередним фронтом строб-импульсов нижних частот (фиг. 2В., p). В результате элемент И 10 блока 7 закрывается, запрещая прохождение последовательности импульсов опроса F (t) на выход фильтра. Однако при опросе фильтрующейся последовательности импульсов FZ(t), частота следования которых лежит за полосой пропускания фильтра, вследствие разной длительности стробов нижних частот и верхних частот, возможны случаи, когда импульсы на выходе элемента И-НЕ 12 появляются реже, чем импульсы на выходе элемента И 9. Это приводит к тому, что на выходе элемента И 10 появляются паразитные импульсы. Паразитные импульсы элемента И 10 опрашивают элемент 11, который не пропускает паразитные импульсы, так как в это время он закрывается отрицательными ьипульсами, поступающими с инверсного выхода триггера 14 (фиг. 2к).

Таким образом, блок 7 закрывается либо элементом И 10, либо элементом

11 (фиг. 2и.,К).

5 9422 последовательности F (t),а конец формирования совпадает с импульсом, появляющимся на соответствующем выходе формирователя строб-импульсов. Выходные импульсы формирователя 4 и сбрасы s вают триггеры 5 и 6 и закрывают его.

В закрытом состоянии формирователь

4 строб-импульсов находится до прихода следующего импульса синхронизирующей последовательности F (t) . Стробо импульсы (фиг. 2с1) нижних и верхних частот (фиг. 2(Г)определяют полосу пропускания фильтра, причем стробимпульсы нижних частот определяют нижнюю границу среза фильтра, а стробимпульсы верхних частот — верхнюю границу среза фильтра. Избирательность фильтра в заданной полосе частот осуществляется благодаря тому, что синхронизирующие импульсы F4(t) 20 формирователя строб-импульсов 4 и импульсы опроса F (t) сдвинуты относительно друг друга на полпериода. В результате импульсы опроса, лежащие в полосе пропускания фильтра, совпадают?S по времени действия со строб-импульса. ми нижних частот (фиг. 2ОЯ) и не совпадают со строб-импульсами верхних ча с тот (фиг. 2д,4) . Ст роб- импуль сы нижних частот поступают на элемент зо

И 9 и на триггер 14 через элемент 16, а строб-импульсы верхних частот на элемент И-НЕ 12. На вторые входы элементов 9 и 12 поступает последователь. ность опроса F (t).

В исходном состоянии элемент ll блока 7 всегда открыт,а элемент И 10 блока 7 закрыт. Как только на вход фильтра поступает сигнал, то формируются строб-импульсы нижних и верхних 4р частот. Передний фронт строб-импульсов нижних частот опрокидывает триггер 14, в результате чего на второй вход элемента 10 выделяется разрешающее напряжение, и элемент И 10 откры-4> вается. Это напряжение не проходит

I ,на элемент 11, так как запрещающий

;вход элемента 11 закрыт конденсатором 15. Импульсная последовательность

Fg(t) опрашивает элементы И 9 и ИНЕ 12. Если входной сигнал лежит в полосе пропускания фильтра, то он совпадает со стробом нижних частот и не сов падает со стробом верхних частот (фиг. 2a,Ê,В) .

В результате, если сигнал в полосе пропускания фильтра, на выходе элемента 9 появляется импульсная последовательность, которая поступает на

7 9422

При этом отрицательные запирающие импульсы на элемент 11 подаются через конденсатор 15. Если конденсатор

15 убрать, выход фильтра будет всегда закрыт. 5

Лри работе фильтра возможно совпадение передне го фронта ст роб- импульсов нижних частот и импульсов сброса триггера, что приводит к появлению импульсов на обоих входах триггера 10

Это приводит к неустойчивой работе триггера 14. Для устойчивой работы триггера управления независимо от частоты входного сигнала и для обеспечения анализа входного сигнала по 15 всей длительности строба нижних час" тот, трехвходовой элемент ИЛИ-НЕ 13 введен в режим исклочения сбрасывающих импульсов триггера 14 при совпадении их с передним и задним фронтами щ строб-импульсов нижних частот.

На выходе элемента ИЛИ-НЕ 13 появляется единичный уровень импульсов, сбрасывающих триггер 14 только в том случае, когда на всех трех входах — 25 нулевой уровень, во всех остальных случаях на выходе элемента ИЛИ-НЕ 13нулевой уровень. На первый вход элемента ИЛИ-НЕ 13 поступает последовательность отрицательных импульсов с зо инвертирующего выхода элемента 12.

Ка второй вход элемента ИЛИ-НЕ 13 через дифференцирующий элемент посту пает передний фронт строб- импульса нижH

В исходном состоянии, когда входной сигнал в полосе пропусканий фильт ра, на выходе элемента И-НЕ 12 единично ный уровень, а на выходе элемента

ИЛИ-НЕ 13 нулевой уровень. Если частота входного сигнала выше верхней частоты среза Фильтра, то состояние элемента И-НЕ 12 меняется, и на его вы- 45 ходе появляется последовательность импульсов (нулевой уровень), которая поступает на первый вход элемента

ИЛИ-НЕ 13 и, в случае отсутствия на двух других входах положительных импульсов (нулевой уровень) инвертируется и проходит на выход. Импульсы поступают wa сброс триггера 14 и сбрасывают его.

В случаях, когда на третий вход элемента ИЛИ-НЕ 13 действует отрицательный импульс, а на один из оставшихся входов положительный импульс, совпадающий с передним или задним

46 8 фронтом нижних частот, что соответствует единичному уровню на этом входе, элемент ИЛИ-НЕ 13 не открывается и сброса триггера 14 не происходит. Таким образом, исклочаются сбои в работе триггера 14 и обеспечивается работа фильтра в заданной полосе пропускания.

Таким образом, введение двух фильтрующих блоков, первый из которых содержит последовательно соединенные три элемента И, а второй - последовательно соединенные элементы И-НЕ, ИЛИ-НЕ и триггер и введение двух формирователей прямоугольных импульсов и двух триггеров обеспечивает формирование строб-импульсов, синхронных с входным сигналом и анализ входного сигнала по всей длительности строба, что позволяет пропускать на выход

Фильтра. только сигналы, лежащие в полосе пропускания и запрещать появление на выходе паразитных сигналов, вследствие чего повышается помехозащищенность фильтра. формула изобретения

1. Дискретный фильтр, содержащий формирователь строб- импульсов, первый вход которого является синхронизирующим входом фильтра, первый дифференцирующий элемент, вход которого является входом фильтра, и первый фильтрующий блок, выход которого является выходом фильтра, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в него введены два формирователя прямоугольных импульсов, два триггера, второй фильтрующий блок, второй дифференцирующий элемент, причем выход первого дифференцирующего элемента подключен ко входам первого и второго формирователей прямоугольных импульсов, выход первого формирователя прямоугольных импульсов соединен с первыми входами первого и второго триггеров, выход второго формирователя прямоугольных импульсов соединен с первыми входами первого и второго фильтрующих блоков, инверсный выход первого триггера подключен ко вторым входам первого и второго фильтрующих блоков и второму входу формирователя строб-импульсов, третий вход которого обьединен с третьим входом второго фильтрующего блока и подключен к инверсному

9 .. 94224 выходу второго триггера, второй вход которого соединен с первым выходом формирователя строб-импульсов, второй выход которого соединен со вторьи входом первого триггера, прямой выход которо- . rо подключен ко входу второго дифференцирующего элемента, выход которого соединен с четвертьи входом второго фильтрующего блока, первый выход которого подклочен к третьему входу о первого фильтрующего блока, четвертый Ъход которого соединен со вторым выходом второго фильтрующего блока, 1

2. Фильтр по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что первый фильтрующий блок содержит три элемента И и конденсатор, выход которого подклочен к первому входу первого элемента

И, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, первый вход которого подклочен к выходу третьего элемента И, первый и второй входы которого являются соответственно первым и вторым входами первого фильтрующего блока, а второй вход второго элемента И и конденсатора являются соответственно третьим и четвертым входами первого фильтрующего блока, выход первого элемента И

6 10 является выходом первого фильтрующего блока.

3. фильтр по и. 1, о т л и ч а ю- шийся тем, что второй фильтрующий блок содержит элемент И-НЕ, элемент ИЛИ-НЕ, триггер и дифференцирующий элемент, выход которого соединен с первыми входами триггера и элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого под" ключен к выходу элемента И-НЕ, первый и второй вход которого являются соответственно первьи и третьим входами второго фильтрующего блока выход элемента ИЛИ-НЕ подключен ко второму входу триггера, прямой и инверсный выходы которого являются соответствен" но первым и вторым выходами второго фильтрующего блока, в вход дифферен- цирующего элемента и третий вход эле" мента ИЛИ-НЕ являются соответственно вторым и четвертым входами второго фильтрующего блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Авторское свидетельство СССР

N 365799, кл. H 03 H 7/02, 1973.

2. Цифровой фильтр с переменной полосой пропускания на двух интегральных схемах. "Электроника", и 4, т. 46, 1973 (прототип}.

942246

Составитель A. Баранов

Редактор Н, Ковалева Техреду . И.Тапер Корректор И. Коста

Заказ 4863/51 Тираж %9 Подписное

ВНИИПИ Государственного иоиитета CCCP по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Раууукая наб.s g 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4