Цифровой фильтр

(71) Всесоюзныйтельский институметодов разведки(прототип),(54)(57) ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР, содерж первый сумматор, выход которого ключев к информационному входу п вого регистра сдвига, выход перв го разряда которого подключен к первому входу первого сумматора, .второй регистр сдвига, информаци ный выход которого является информационным выходом фильтра, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены первый и второй вычитатели, и второй сумматор, выход которого подключен к информационному входу второГо регистра, выход Б-го (где 29 -коэффициент Фильтра) разряда которого подключен к первому входу первого вычитателя, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого разряда ,второго регистра сдвига, выход (1 +1)"го разряда которого подключен к первому входу второго щФщтателя, Я . выход которого подключен к второму входу первого вычитателя, выход .Б "го разряда первого регистра сдви-га подключен к второму входу перво-С го вычитателя, а второй вход второго вычитателя является информацион- д ным входом фильтра.ББББЙИзобретение относится к аппаратуредля измерения и цифровой обработки вреальном. времени информации, поступающей от цифровых геофизическихдатчиков, в частности от цифровыхгравиметров.Выходной сигнал цифровых датчиков из-за их высокого быстродействияосложнен высокочастотными помехами.Цифровая обработка в реальном времени фильтрами, близкими к оптимальным, позволяет провести сжатие данных, сократить количество информации,выдаваемой на регистрацию без искажения полезного сигнала, а также да".ет возможность непосредственно вовремя наблюдений оценивать качествополучаемого материала даже в условиях воздействия на датчик интенсивных помех.Известен цифровой фильтр, содержащий схему деления входного кода,.схемы формирования параметров фильтрации, схему умножения, сумматор,схему запоминания предыдущего значения кода, схемы И, схемы ИЛИ,схемы деления с запоминанием, устройство анализа динамической погрешности.фильтр работает по рекурсивной схеме. Предыдущее значениевыходного сигнала содержится всхеме запоминания. В очередном цикле вычислений это значение складывается" с выходным сигналом схемыделения с запоминанием, при этомпараметр сглаживания, определяющийпостоянную времени, вычисляетсясхемой формирования параметровфильтрации 1 7.. Недостатками данного устройстваявляются невысокое качество фильтрации, сложность фильтра из-заналичия схем умножения, деления изапоминания предыдущего-значениякода, а также малое быстродействиеиз-за длительности процессов умно-,жения и деления,Известно цифровое сглаживающееустройство, сод ржащее (и+1)-разрядный сумматор, ь -разрядный регистр,триггер, элементы И, ИЛИ. Выходыстарших разрядов сумматора связаныс соответствующими входами регистра,а выходы регистра - с младшими разрядами сумматора через элементыИЛИ(.2)Данное сглаживающее устройствоимеет низкую эффективность. фильтрации, параметры которой задаютсяконструктивным способом, что припараллельной структуре фильтра влечет необходимость сложной коммутации для его перестройки. Работа вобратном коде уменьшает быстродействие из-за циклического переносаединицы.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигае 55 60 65 В предлагаемом изобретении вместо запоминания предыдущего кода во втором регистре, как это делается в известном,запоминается вспомогательная величина, что превращает фильтр в систему второго порядка.На чертеже приводится функциональная блок-схема предлагаемого цифрового фильтра.Фильтр содержит вычитатель 1, сумматор 2, регистр 3 сдвига, вычитатель 4, сумматор 5, регистр б сдвига. Суммому эффекту является цифровой фильтрнизких частот, который содержит первый регистр сдвига, соединенный сним последовательно сумматор, выходкоторого подключен к входу регист ра, второй регистр сдвига. Регистрывыполняют роль элементов задержки.Коэффициент фильтрации задаетсяконструктивным путем - использованием промежуточного выхода регистра.10 Вычисления производятся в обратномкоде. Устройство реализует решениеуравнения первого порядка рекурсивным способом с запоминанием .в регистре предыдущего результата.Вычис ления в запись в регистр разделеныво времени 3 .Известный цифровой Фильтр имеетмалую эффективность Фильтрации, аувеличение порядка Фильтра, запо минание промежуточного результатаи разделение вычислений во времениснижают его быстродействие.Цель изобретения является повышение быстродействия устройства. 5 Поставленная цель достигаетсятем, что цифровой Фильтр, содержащий первый сумматор, выход которогоподключен к информационному входупервого регистра сдвига, выход первого разряда которого подключен кпервому входу первого сумматора,второй регистр сдвига, информационный выход которого является информационным выходом Фильтра, введеныпервый и второй вычитатели, и второй сумматор, выход которого подключен к информационному входу второгорегистра, выход .1-го ( где 2-коэффициент фильтра) разряда которогоподключен к первому входу первого 40 вычитателя, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого подключенк выходу первого разряда второгорегистра сдвига, выход (1+1)-.го 45 разряда которого подключен к первому входу второго вычитателя, выходкоторого подключен к второму входупервого вычитателя, выход 1-го разряда первого регистра сдвига подклю чен к второму входу первого вычитателя, а второй вход второго вычитателя является информационным входомФильтра.1128265 Т ОтЦ . ф 2 Рс2 Составитель А.БарановТехред Л.Коцюбняк Корректор Л.Пилипенко Редактор А.Гратилло Заказ 9063/37 Тираж 698ВНИИПИ Государственного комитета СССР,по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж-. 35, Раушская наб., д.4/5 Подписное Филиал ППП Патент, г,ужгород, ул.Проектная, 4 Фматоры и вычитатели - одноразрядные комбинационные.Устройство работает следующим образом.В предлагаемом цифровом фильтре реализуется алгоритм решения разност ного уравнения второго порядка в отличие от известного решающего уравнение первого порядка.Уравнение второго порядка для предлагаемого фильтра имеет видТ 2д у+ 21 т ач= х(КТ)(1) гдето, -йараметры фильтрации;Т-время единичной эадержкиу,У -текущие значения входного ивыходного сигналов й у,ау -конечные разности, соответстгвенноь.ч: у(Кт.2 т)-г у (кт+т)+ у(КТ);И: ч(КТ+Т) -ч (Кт).Уравнение первого порядка для известного устройства имеет вид;1. - ач: (КТ) .ТВ предлагаемом Фильтре алгоритм решения уравнения (1) реализуется в виде(КТ+Т - с(у(кт)Е(КТ):2 ( КТ+ Т);ю Я(КТ)-и у(КТ)+ч(Кт)=ч(ктт), .где 1 -промежуточная величина; Отличительнбй особенностью предлагаемого устройства является построение на двух регистрах фильтра второго порядка, в то время как известное устройство на тех же двух регистрах имеет первый порядок При оптимальном значении 1 =0,707 используемые коэффициенты различаются ровно в два раза. Это позволяет задать их в виде. -0-114. =2б =2г т.е. дает возможность заменить умножение более простой и быстрой операцией сдвига на соответствующее число разрядов.Устройство работает следующим5 образом,Регистры фильтра имеют по +1 Ф 1разрядов, в и разрядах хранятсявычисленные величины, остальныеразряды используются для осуществле 10.,ния умножения путем сдвига.Пусть после К-ой рекурсии в регистре 6 хранится К-ое значение выходного сигнала, а в регистре 3К -ое значение промежуточной вели"15 чины 2 . С началом следующего циклавычислений .коды в регистрах продви-,гаются в сторону младших разрядов.На .выход и обратную связь в сумматор,5 поступает код с первого разрядарегистра 6. На вычитатель 1 поступают код входного сигнала х(кт+т) икод с (1+1)-го разряда регистра 6,идущий на 1+1 тактов ранее т.е.умноженный на величину 2. На5 второй вычитатель 4 соответственнопоступает код сразряда, т,е. Ум- .ноженный на 2. На второй входвычитателя 4 поступает код из регистра 3, также умноженный на 2 . Насумматор 5 величина 2 снимается сЗ 0 первого разряда регистра 3. Вычисления в сумматорах и вычитателяхпроизводятся одновременно, послевыполнения которых результатыизсумматоров поступаютв освободив 35 шиеся старшие разряды регистров.Таким образом, в предлагаемомустройстве в регистрах одновременно при проведении вычислений находятся старшие разряды предыдущего40 К-го и младшие разряды последующего (К+1) -го результатов, За счет.одновременного выполнения операцийсложения, вычитания, сдвига и запи-.си в регистре повышается быстродейст 4 вие. Перестройка Фильтра осуществляется путем использования выходов,с соответствующих разрядов регистров, изменяя значение .