Цифровой фильтр с многоуровневой дельта-модуляцией

(51)5 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ вой фильтрации случайных процессо зволяет повысить разрешающую сп ность и быстродействие фильт упростить его, Фильтр содержит счет импульсов, накапливающие сумматор буферные регистры 4,1,4,(М+1), двои сумматоры 5,15.М(М - длина импуль характеристики фильтра) и источник стоянного кода. Положительный эф достигается благодаря введению пер жителей 6,1.6.М и соответствую включению накапливающего суммато 1 ил. входы 8 фильтра, тактовый вход 9, вход 10 обнуления фильтра, входы 11.11,М задания весовых коэффициентов импульсной характеристики фильтра, выходы 12 фильтраСчетный вход счетчика 1 импульсов объ- ф единен с входом разрешения записи второ го накапливающего сумматора 3 и является тактовым входом 9 фильтра, информационными входами 8 которого являются инфор, мационные входы второго накапливающего сумматора 3, выходы которого подключены к информационным входам буферного регистра 4.(М+1). Входы обнуления счетчика 1 импульсов, буферных регистров 4.14.(М+1), накапливающих сумматоров 2- ф и 3 объединены и являются входом 10 обнуления фильтра. Выходы источника 7 постоянного кода соединены с первыми входами двоичного сумматора 5.1, выходы двоичного сумматора 5 л, = 1,М подключены к информационным входам буферного регистра 4выходы буферного регистра 4.1, ) =1, МсоОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССР М 1495979, кл. Н 03 Н 17/06, 1987,Авторское свидетельство СССР М 1601749, кл. Н 03 М 3/02, 1988.(57) Изобретение относится к вычислительной технике. Его использование для цифроИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для цифровой фильтрации случайных процессов, в частности, в спектроанализаторах параллельного действия с использованием формата многоуровневой дельта-модуляции (МДМ) для представления входного сиг- . нала.Цель изобретения - повышение разрешающей способности, быстродействия и упрощение фил ьтра.На чертеже приведена структурная схема цифрового фильтра с многоуровневой дельта-модуляцией.Цифровой фильтр с многоуровневой дельта-модуляцией содержит счетчик 1 им-: пульсов, первый и второй накапливающие сумматоры 2 и 3, буферные регистры 4.14.(М+1), двоичные сумматоры 5.15.М, перемножители 6.1.6.М, где М - длина импульсной характеристики фильтра, источник,7 постоянного кода, информационные в по- особра и чик 1 ы 2,3 чные сной 7 пофект емнощему ра 3.единены с первыми входами двоичного сумматора 5.0+1), выходы буферного регистра 4,М подключены к информационным входам первого накапливающего сумматора 2, вход разрешения записи которого объеди нен с одноименными входами блоков 4.14.(М+1), вторым входом обнуления второго накапливающего сумматора 3 и подключен к выходу счетчика 1 импульсов. Первые входы перемножителя 6.16.М яв ляются входами 11,111.М задания весовых коэффициентов импульсной характеристики, выходы буферного регистра 4,(М+1) подключены к вторым входам всех перемножителей 6, выходы каждого из 15 которых соединены с вторыми входами одноименного двоичного сумматора, выходы первого накапливающего сумматора 2 являются выходами 12 фильтра.Цифровой фильтр с многоуровневой 20 дельта-модуляцией работает следующим образом.В предлагаемом устройстве производится обработка входного МДМ-сигнала с использованием ИКМ-формата импульсной 25 характеристики, с частотой дискретизации, характерной для этого вида модуляции. Выходной сигнал этого фильтра представлен в привычном ИКМ-формате с частотой дискретизации, в ц раз меньшей частоты дискре тизации входного сигнала. Причем по сравнению с прототипом сняты всякие ограничения на коэффициент прореживания ц выходного сигнала, что позволило увеличить быстродействие фильтра путем соот ветствующего увеличения частоты дискретизации входного сигнала и упростить фильтр за счет уменьшения обьема используемой памяти. Последнее достигается за счет существенно меньшей разряд ности суммы ц шагов квантования входного сигнала по сравнению с разрядностью последовательности из ц последовательных шагов, рост разрядности имеет не линейный, как в прототипе, а логарифмический 45 характер, поэтому выигрыш в объеме памяти значительный даже при сравнительно низких значениях коэффициента прореживания ц, Кроме того, входной сигнал в формате МДМ и импульсная характеристика в 50 формате ИКМ позволяют получить высокую, наперед заданную разрешающую способность фильтра путем увеличения их разрядностей, что было невозможно в прототипе. 55Работа фильтра начинается с прихода установочного импульса на вход 10 обнуления фильтра. В результате воздействия этого импульса на входы обнуления счетчика 1 импульсов, буферных регистров 4,14.(М+1), накапливающего сумматора 2 и вход обнуления накапливающего сумматора 3 на выходах указанных блоков и на выходе 12 фильтра устанавливается нулевое значение сигнала независимо от сигналов на других входах указанных блоков.На информационный вход 8 фильтра поступает входной сигнал в формате МДМ, обладающий спектром, о(граниченным частотой Т, в виде (зп ), иО,х)который сопровождается импульсами с частотой дискретизации Тд н(а) тактовом-1входе 9, ТдТ . Сигнал зпх в блоке 3 суммируется с его содержимым по импульсам на тактовом входе 9. Одновременно тактовые импульсы поступают на счетный вход счетчика 1 с коэффициентом пересчета, равным коэффициенту прореживания ц выходного сигнала фильтра. Импульс с выхода счетчика 1 поступает на входы разрешения записи блоков 4.14,(М+1), накапливающего сумматора 2 и второй вход обнуления блока 3, В результате воздействия этого импульса в буферном регистре 4.(М+1) фиксируется значение сигнала Уп, образованное суммой из ц последовательных значений входного сигнала (зп-а+г ), г = 1, ц;(х)г=1а блок 3 сбрасывается в исходное нулевоесостояние.Значение Уп поступает на вторые входывсех перемножителей 6,1,= 1,М. На первыйвход перемножителя 6. с входа 11,1 поданозначение весового коэффициента ИХ вформате ИКМ: Ьмч. На выходе перемножителя 6, формируется произведение УпЬм,которое складывается в сумматоре 5созначением 3-+(м-(-1, вычисленным в(1-1)блоке 5.(1-1) в (М)-ом такте времени Тп= цТд,п=1 ц,С учетом того, что на первые входы двоичного сумматора 5.1 подан сигнал нулевогозначения с источника 7 кода, на выходе буферного регистра 4. формируется значениесигналаДля 1-М-го регистра 4 число слагаемыхэтой суммы равно М, а значение Ь = 7 уг,(м)м - 1где уК = МУп-п - первая разность,в=оформируемая на выходе блока 4,М из последовательности произведений УпЬмч, Учитывая выражение для (Уп), можно записатьМ - 1т УКПт Й Вп.ц+,в =1 г=15Таким образом, на выходе буферного регистра 4,М формируется последовательность значений фут), КО, которая поступает на накапливающий сумматор 2, 10 формируя на выходе последнего прореженный в ц раз выходной сигнал цифрового фильтра с многоуровневой дельта-модуляцией в формате ИКМ с частотой дискретизации Тп =ТТ," 15цм - 1 ч - 1Уп+Ч= Ул + , Пв Зп+Ьв(х)Ьвзг-вг=1При случайных сбоях, например по питанию, нормальная работа цифрового фильтра с многоуровневой дельта-модуляцией восстанавливается подачей сигнала на вход 10 обнуления фильтра,Затраты времени на вычисление одного значения первой разностирук равны 1 = Сп + 1 с, ГДЕ Ь И сс - ВРЕМЯ ВЫПОЛНЕНИЯ операций умножения в блоке 6 и суммирования в блоке 5 соответственно. Период частоты дискретизации входного сигнала соответствует периоду Тд == - , что.Тп .1ц цпозволяет обрабатывать сигнал с соответствующим спектром.Перемножитель 6.для одного заданного значения весового коэффициента Ьм- может быть выполнен на постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ), число адресных входов которого соответствует раз рядности значений (Уп). При разрядности входного сигнала Ь 1, разрядность значений (Уп) равна Ь 2= Ь 1+ 1 од 2 ц, а требуемый в этом случае объем памяти одного ПЗУ равен 01=2 ф=ц 2 , Суммарный объем используемой памяти составляет 0 = М 01= Мц 2ь, 50 ячеек.Сравнивая этот объем памяти с объемом памяти преобразователей кодаМпрототипа 0 = 2 Р, где Р - коэффици ент прореживания входного сигнала в формате линейной дельта-модуляции (ЛДМ) известного устройства, получим 0 /О = 2 Р/М 2 + ЧЧ=2 Р 1/рц. При Еродинаковой частоте следования входных и выходных сигналов сравниваемых устройств р = ц, тогда соотношение 0/О1при типовом значении Ь 1= 4 уже для ц11. Отметим, что сравнение производилось для входного сигнала в формате ЛДМ устройства-прототипа и входного МДМ- сигнала предлагаемого устройства с разрядностью Ь 1 = 4, что сразу же предопределяет за счет уменьшения разрядности не только выигрыш в объеме используемой памяти и соответственном упрощении фильтра, но и существенном увеличении разрешающей способности за счет увеличения разрядности входного сигнала,Одновременно за счет нелинейной (логарифмической) зависимости роста разрядности Ь 2= Ь 1 + од 2 ц от коэффициента прореживания ц практически сняты ограничения на величину ц поскольку например, при Ь 1= 4 и ограничении Ь 2= 13 (выполнении блока 6. на ПЗУ типа КР 556 РТ 17) значение коэффициента прореживания может достигать ц = 512, в то время как в фильтре-прототипе при использовании ЛДМ формата такое значение ц требует построения преобразователя кода с 512 входами, что нереали- зуемо. Поэтому снятие этого ограчения позволяет дополнительно значительно увеличить частоту дискретизации Тд, а значит соответственно увеличить быстродействие фильтра.Отметим, что наличие в фильтре входов 11., 1= 1,М, задания значений весовых коэффициентов позволяет использовать предлагаемое устройство в системах с быстрой перенастройкой передаточной характеристики, например, при осуществлении адаптивной фильтрации, в то время как в устройстве-прототипе для осуществления перенастройки фильтра необходимо полностью заменить записанную в преобразователях кода информацию, что требует значительно большего времени.Поэтому введением в известное устройство перемножителей 6.16,М с соответствующими связями достигнута поставленная цель - повышена разрешающая способность фильтра, его быстродействие и упрощена конструкция за счет снятия всяких ограничений на увеличение коэффициента прореживания ц выходного сигнала и логарифмической зависимости роста разрядности входных сигналов перемножителей 6 от значения ц.1716607 А,Тимченкргентал оставите ехред М,Редактор Н,Коляда Т Мо Корректор Л.Бески 8 Тираж ПодписноеИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж;35, Раушская наб., 4/5 ака роизводственно-издательский комбинат,"Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 Формула изобретения Цифровой фильтр с многоуровневой дельта-модуляцией, содержащий счетчик импульсов, счетный вход которого является тактовым входом фильтра, выход счетчика импульсов подключен к первым входам обнуления первого и второго накапливающих сумматоров и входам разрешения записи первого -(М+1)-го буферных регистров (М - длина импульсной характеристики фильтра), входы обнуления всех буферных регистров и счетчика импульсов объединены с вторыми входами обнуления накапливающих сумматоров и являются входом обнуления фильтра, первый -М-й двоичные сумматоры и источник постоянного кода, выходы которого соединены с первыми входами первого двоичного сумматора, выходы 1-го двоичного сумматора ( = 1, М) подключены к информационным входам 1-го буферного регистра, выходы которого соединены с первыми входами (+1)-го двоичного сумматора, выходы М-го двоичного сумматора подключены к информационным входам Мго буферного регистра, выходы которого соединены с информационными входами первого накапливающего сумматора, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения 5 разрешающей способности фильтра, егобыстродействия и упрощения, в него введены первый -М-й перемножители, первые входы которых являются соответственно первыми -М-ми входами задания весовых 10 коэффициентов импульсной характеристики фильтра, информационные входы второго накапливающего сумматора являются информационными входами фильтра, тактовый.вход второго накапливающего суммато ра подключен к тактовому входу фильтра,выходы второго накапливающего сумматора соединены с информационными входами (М+1)-го буферного регистра, выходы которого подключены к вторым входам всех пе ремножителей, выходы каждого из которыхсоединены с вторыми входами одноименного двоичного сумматора, выходы первого накапливающего сумматора являются выходами фильтра.25