Цифровой фильтр

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН д) Н 03 Н 17/О исти ор- етиГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ 1 21) 3372843/18-24(22) 24.09.81(71) Кировский политехнический итут и .Московский ордена Ленина идена Октябрьской Революции энергческий институт153) 681.32088.8)56) 1. Патент США Р 3777130, .кл. 235-152, опублик. 1973,2; Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2873837/24, 04.12.791 прототип ).54) (57) ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР, содержащийпервую и вторую группу последовательно соединенных регистров сдвига,группу элементов И-ИЛИ, первый и второй блоки памяти, первый и второйкоммутаторы, первый и второй сумматоры, регистр и узел сдвига,.причемвыходы регистров сдвига первой группысоединены с входами соответствующихэлементов И-ИЛИ группы, выходы которых подключены к управляющему входупервого коммутатора и адресному входу первого блока памяти, выход которого соединен с входом первого коммутатора, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, выход которого соединен с первым вхо дом второго сумматора, выход которог подключен к входу регистра, выход которого является выходом фильтра исоединен с входом узла сдвига, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, вход первого регистра сдвига второй группы является входом фильтра, выход второго блока памяти соединен с входом второго коммутатора, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, отличающийся тем, что с целью расширения функцрональных воэможностей фильтра за счет реализа ции любого типа амплитудно-частотной характеристики фильтра, в него введен третий блок памяти, адресные вхо ды которого соединены с выходами соответствующих регистров сдвига второй группы, а выход третьего блока памяти подключен к адресному входу второго блока памяти и управляющему входу второго коммутатора.1010725 18 г 7 Продолжение табл, 101 О 1 Л 3 % 1 О +2 ЭГ оф 1 И 2+Нд001 О 2 ПЗг О О О О О 1 г о 0 О 1 1 О О 1 0 0 0 0 1 О 1 г о о О О О 1 0 1 1 О 1 О О О 0 О О 0 1 0 1 0 0 О 1 О 1 О о о о о о о о о о о 1 1 о г 1 о о о о 1 о о 1 о 1 1 о о о о г о О 1 О 1 1 1 О О О 1 О о г 1 о о о о о о о о о 0 О 0 1 0 1 1 1 О 1 1 О О о о о о о 1 О О о о о о о 1 1 1 0 1 0 0 О О 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 О О О 1 О о о о о 1 1 1 1 11 1 г 0 0 0 О 1 о 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1. О О О 1 О Составитель А. БарановРедактор Н."Ковалева Техред С.Мигунова Корректор А. Ференц,Тираж 934 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раущская наб., д. 4/5 Заказ 2503/43 Филиал ППП "Патентф; г. Ужгород,ул. Проектная, 4 10 1 0 0 1 0 О 1 1 О 1 1 О 1 1 1 О О 1 1 1 1 о о о о о о 1 1 1 О 1г 1 1 1 о о1 1 г о 1 О О О 1 О 0 0 0 0 0 0 0 0 0 050 Изобретение относится к радиотех;нике и может быть использовано всистемах цифровой обработки сигналов,в радиосвязи, радиолокации, радионавигации и т.п.Известен цифровой фильтр без явного выполнения операции умножения,в состав котброго входят регистрысдвига для хранения отсчетов входной и выходной последовательностей,блок памяти, выходной регистр, узел 1 Осдвига, сумматор 11 1,Недостатком указанного цифровогофильтра 1 ЦФ ) является низкое быстродействие.Наиболее близким к предлагаемомуявляется цифровой фильтр, содержащий первуюи вторую группы регистровсдвига, первый и второй блоки элементов И-ИЛИ, первый и второй блокипамяти, первый и второй коммутатоРы,первый и второй сумматоры, выходнойрегистр, узел сдвига, причем входпервого регистра сдвига второй группы регистров сдвига является входомЦФ, выход выходного регистра является.5выходом ЦФ, выходы регистров сдвигапервой и второй групп регистров сдвига подключены соответственно к входампервого и второго блоков элементовИ-ИЛИ, первые выходы которых подключены соответственно к входам первогои второго блоков памяти, выходы которых подключены к первым входамсоответственно первого и второго коммутаторов, выходы которых подключенык входам первого сумматора, выход ко торого подключен к первому входу второго сумматора, выход которого подключен к входу выходного регистра,выход которого подключен к входу узла сдвига и входу первого регистра 40сдвига первой группы регистров сдвига, выход узла сдвига подключен квторому входу второго сумматора,вторые выходы первого и второго блоков элементов И-ИЛИ подключены к 45вторым входам соответственно первогои второго коммутаторов Г 2 1Недостатком известного ЦФ являются узкие функциональные возможности, заключающиеся в том, что прификсированной структуре первогоблока элементов И-ИЛИ можно реализовать только ЦФ с АЧХ одного из нижеперечисленного вида: полосовой илирежекторный ЦФ с баттервортовскойили чебышевскойаппроксимацией АЧХ;ЦФ с эллиптической аппроксимациейАЧХ; Цф верхних или нижних частотс баттервортовской или чебышевскойаппроксимацией АЧХ; Цф без нулейпропускания на вещественных частотах.60Цель изобретения - расширениефункциональных воэможностей за счетреализации амплитудно-частотной характеристики фильтра любого типабез изменения его схемы. б 5 Поставленная цель достигаетсятем, что цифровой фильтр, содержащий первую и вторую группу последовательно соединенных регистров сдвига, группу элементов И-ИЛИ, первыйи второй блоки памяти, первый ивторой коммутаторы, первый и второйсумматоры, регистр и узел сдвига,причем выходы регистров сдвига первой группы соединены с входами соответствующих элементов И-ИЛИ группы,выходы которых подключены к управляющему входу первого коммутатора иадресному входу первого блока памяти, выход которого соединен с входомпервого коммутатора, выход которогоподключен к первому входу первогосумматора, выход которого соединен спервым входом второго сумматора, выходкоторого подключен к входу регистра,выход которого является выходомфильтра и соединен с входом узласдвига, выход которого подключен квторому входу вгорого сумматора, входпервого регистра сдвига второйгруппы является входом фильтра, выход второго блока памяти соединен свходом второго коммутатора, выходкоторого подключен к второму входупервого сумматора, введен третий блокпамяти, адресные входы которого соединены с выходами соответствующихрегистров сдвига второй группы, авыход третьего блока памяти подключен к адресному входу второго блокапамяти и управляющему входу второгокоммутатора.Введение третьего блока памятипозволяет реализовать все вышеуказанные типы АЧХ без изменения схемы Цф путем перезаписи чисел во втором и третьем блоках памяти,На чертеже представлена схемацифрового фильтра.В табл. 2 представлены коэффициенты, записанные в первый блок памяти; в табл. 2 - коэффициенты, записанные во второй блок памяти; втабл, 3 - коэффициенты эллиптического фильтра, записанные во второйблок памятив табл . 4 - коэффициенты полосового или режекторногофильтра, хранящиеся во втором блокепамяти; в табл. 5 - коэффициенты,фильтров: без нулей передачи первый блок памяти); в табл. б - коэффициенты, записываемые в третий блокпамяти; в табл. 7 - коэффициентыфильтра верхних частот третий блокпамяти);в табл. 8 - коэффициентыэллиптического фильтра 1,третий блокпамяти );в табл. 9 - коэффициенты полосового или режекторного фильтратретий блок памяти ); в табл. 10коэффициенты фильтров без нулей передачи 1,третий блок памяти ),Цифровой Фильтр содержит первуюгруппу 1,1-1.М регистров сдвига,вторую группу 2.1-2.И регистров сдвига, группу 3 элементов И-ИЛИ, третий блок 4 памяти, первый блок 5 памяти, второй блок б памяти, первый 7 и второй 8 коммутаторы, первый 9 и второй 10 сумматоры, регистр 11 и 5 узел 12 сдвига.Регистры 1.1-1.М первой группы регистров сдвига предназначены для хранения последовательности отсчетов выходной последовательности, а 10 регистры сдвига 2,1-2.Н - для хранения последовательности отсчетов из входного сигнала. Цифровые фильтры высоких порядков обычно реализуются в виде каскадного соединения цифровых фильтров второго порядка, для ,котЬрых М = 3, М = 2. При этом в первый блок 5 памяти записываются перед началом работы фильтра коэфФициенты, в соответствии с табл 1гоВ левой части табл, 1 приведен ,код Ч ЧЧ , где Ч; - значение 1 -го разряда адреса блока памяти. Адрес первого блока памяти Формируется на первом выходе блока элементов И-ИЛИ в соответствии с уравнениямич -ооо = Уп. УпЧ УпУо-Ч 1 = УР 1 Уо 2 Ч Уп 1 У 22 У-УУ--2На втором выходе блока элементов И-ИЛИ формируется код30-оИ Если Я = 1, то первый коммутатор передает код, считываемый.из первого блока памяти без изменения, а 35 в случае Я = О, первый коммутатор передает соответствующее число из первого блока памяти в инверсном коде. В случае реализации фильтров нижних частот 1 ФНЧ ) с чебышевской или бат тервортовскойаппроксимацией АЧХ справедливы соотношенияа 2 аоа.= 2 ао 13 )При этом функция сС) принимает б различных с точностью до знака ) значений, которые до начала работы ЦФ записываются в первый блок памяти, в соответствии с табл, 2.В третий блок памяти при этом по адресам И ИИ 2 И И И записыва 509 1 2 3 Фются числа, в соответствии с табл,бС первого выхода третьего блока памяти снимается адрес 0 О 010203 второго блока памяти, а на второй вход третьего блока памяти подается код к, управляющий работой второго коммутатора (при г = 0 число, считываемое из второго блока памяти по ад-. ресу 000102031 ПЕредается на вход первого сумматора прямым кодом, а 60 при г = 1 передается инверсия этого числа ). В случае реализации фильтра. верхних частот ФВЧ ) с чебышевской или баттервортовскойаппроксимацией АЧХ справедливы соотношенияа 2= аоа 1= -2 ао (4)При этом во второй блок памяти записываются такие же значения, как и в случае ФНЧ, в соответствии с табл, 2. В третий блок памяти при этом записываются числа, в соответствии с табл. 7.При реализации полосового или режекторного фильтра с чебышевской или баттервортовской аппроксимацией АЧХ справедливы соотношенияа = -а2 0а= О, (5)При этом во второй блок памяти записываются коэффициенты, в соответствии с табл, 4здесь 0 о = 0 )с а в третий блок памяти записываются числа в соответствии с табл. 9.При реализации эллиптического фильтра с любым типом АЧХ справедливо соотношениеаа= ао 16)При этом во второй блок памяти записываются коэффициенты, в соответствии с табл. 3, а в третий блок па-,% мяти записываются числа, в соответствии с табл. 8.Приреализации фильтров без нулей передачи на вещественных частотах справедливы соотношенияа 1= а 2= О 7)При этом в первый блок памяти записываются коэффйциенты, в соответствии с табл. 5здесь 0 =01=0) а в третий блок памяти запйсываются числа, в соответствии с табл. 10Цифровой фильтр работает следующим образом.Перед началом работы Цф в первый, второй и третий блоки памяти, в соответствии с выбранной АЧХ, записываются коэффициенты, производится установка в "0 ф регистров сдвига и выходного регистра. В первом такте работы Цф в регистр сдвига 2,1 с выхода аналого-циФрового преобразователя или другого цифрового уст,ройства передается отсчет входного сигнала, Далее производится дешифрация двух старших разрядов регистров сдвига. При этом старшие .разряды регистров сдвига второй группы регистров сдвига образуют "адрес ИоИ 1 И 2 ИЗИ,Иб тРетьего блока памЯиИо = хо, и=- х И 2 -- х из=1х . 1. И= х 2, Иб= х".2, а старшие разряды регистров первой группы регистров сдвига при помощи блока элементов И-ИЛИ 3 формируют адрес первого блока памяти. Из третьего блока памяти по адресу И ИИ И И,Иб считывается адрей 0 о 0.10 .1 для второго блока памяти. В,соответствии со значением кодов Я и т коммутаторы 7 и 8 передают на1010725 разряды 3+1 регистров сдвига соответственно первой и второй группы регистров сдвига, Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будут обработаны все разряды. После этого код из выходного регистра передается на вход регистра сдвига 1.1 и Цф готов к приему следующего отсчета входного сигнала.Таким образом, введение третьего 10 блока памяти позволяет существеннорасширить функциональные возможности предлагаемого цифрового фильтра, заключающиеся в возможности реализации любого типа амплитудио-частотной 5 характеристики цифрового фильтрабез изменения его схемы.Т а б л и ц а 1 О 1 2 О 1 2 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 00 1 5 Ь 1 1 5 Ь 2"о Зао 4 ао 5 аО ба о 1 2 3 3 о П 1 О 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 Зао - 1,5 а 1 вход первого. сумматора 9 прямыеили инверсные коды чисел, находящихся во втором и первом блоках памяти по адресам о 1 Р 2 и ПоП 1 ПгПЗсоответственно. Полученная суммаскладывается на втором сумматоре ссодержимым выходного регистра 11,сдвинутым при помощи узла 12 сдвигана два разряда. в сторону младшихразрядов. Полученная сумма записывается в выходной регистр. Послеэтого в регистрах сдвига производится сдвиг на два разряда в сторону старших разрядов, причем значениястарших разрядов 1-х регистров сдвига первой и второй группы регистровсдвига переписываются в младшие 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 О 0 0 О 0 0,5 а,0 0 0 1 1,5 а О 0 1 0 ао+ 0,5 а. ао+ "а 1 0 1 0 0 2 ао+ 0,5 а 1 0 1 0 1 2 ао+ 1 5 а 1 0 1 1 0 ЗаО+ 0,5 а1010725 8Таблица 5 0сну Таблица 4 0 0 0 0 1 а д 1 0 2 а 1 1 За 050 0 О 0,5 ад 1,5 ао те 4 аф тЬ ащите Ш ЕТаблицаб Я ц З "у фа " ЦО " О 2 З е И фЪ ф Ю фа Е Е а ЦЗ 1 О О О О О О О 1 О д 1 0 О 0 0 1 О 0 1 1 0 0 0,0 0 О 0 0 0 0 0 0 0 О 1 0 0 О 0 0 1 О 0 0 0 1 0 0 0 1 О 1 0 0 0 1 0 . 0 0 0 0 0 0 0 0 О 1 1 0 О О 1 1 0 О 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 О 1 О О 0 0 0 1 0 О 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 О 1 1 0 0 О 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1.1 0 1 О 0 1 0 1 0 1 0,0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 О 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 О 1 1 1 0 0 0 О О О 1 0 О 0 О. 0 1 0 0 О 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 О 1 1 0 0 0 0 1 О 1 0 0 1 О. 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 ОО 1 О 1 1 О О 1 1 О 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0О 1 1 О 1 О 1 1 О О 1 О. 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 О 0 0 1 1 О 0 1 1:0 1 0 1 О О 0 О О 1 .1 1 О 0 О 0 1 1 1 1 1 0.1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1" О 0 0 0 0 10 0 0 1