Цифровой фильтр

Союз Советских Социалистических Республик(088,8) Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(23) Приоритет Опубликовано 15,0780. Бюллетень М 26 Дата опубликования описания 150780(54) ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в устройствах цифровой фильтрации узкополосных сигналов на фоне шумов и помех; 5Известен цифровой фильтр, содержащий инвертор, блок изменения направления счета, реверсивный счетчик, элементы совпадения и триггер (1 .Однако, фильтр имеет недостаток, т.е. он не реагирует на различную амплитуду входных сигналов, и, кроме того, даже кратковременная помеха вызывает сбои устройства.Известен также цифровой фильтр, содержащий счетчик, элементы совпадения, управляемые программным устройством, триггеры, элементы ИЛИ и И, линию задержки и управляемый ключ(2,20Рещение о характере входного сигнала принимается устройством без учета текущего значения его амплитуды и поэтОму помеха, имеющая даже малую амплитуду, может пропускаться ключом 25 на выход. Кроме того, кратковременные помехи приводят к неправильному функционированию устройства.Цель изобретения - улучшение фильтрации сигнала при различных значениях уровня помех и повышение надежностиработы устройства,Поставленная цель достигается тем,что в цифровой фильтр, содержащийсчетчик, выходы которого подключеныко входам двух элементов И, выходыкоторых соединены со входами триггера,подключенного выходом к первому входутретьего элемента И, и элемент ИЛИ,введены аналого-цифровой преобразователь, формирователь импульсов, вентили записи кода, дополнительные триггеры, дополнительные счетчики, дополнительный элемеитИЛИ и доПОлнительные элементы И, при этом выходыаналого-цифрового преобразователя подключены к первым входам вентилей записи кода и ко входам дополнительного элемента ИЛИ, выход которого через формирователь импульсов с к-входом первого дополнительного триггера, с первым вкодом элемента ИЛИ исо вторым входом третьего элемента И,выход которого подключен к й-входу дополнительного триггера, вторые входывентилей записи кодасоединены с выходом первого дополнительного элемента И, входы которого подключены квыходам счетчика, счетный вход которого соединен с инверсным выходомпервого дополнительного триггера,3и С-входы которого подключены к выходуэлемента ИЛИ, второй вход которогосоединен с выходом второго элементаИ, выходы вентилей записи кода подключены к разрядным вхоДам первогодополнительного счетчика, выход которогоподключен к Э - и С-входам вто рого дополнительного триггера, инвер".ный выход которого подключен кперво,у вход, ,тор го дополнительного элемента И, второй вход которогосоединен с шиной тактовых импульсов,а выход - со счетными входами дополнительных счетчиков, вход сброса второго из которых подключен к шине . 15импульсов сброса, а выходы - к входам третьего дополнительного элемента И.На чертеже представлена функциональная схема цифрового фильтра. .20Цифровой фильтр содержит аналогоцифровой преобразователь (АЦП) 1,элемент 2 ИЛИ, формирователь 3 импульсов по фронту и сйаду с подавлением помех, элемент 4 ИЛИ, триггер5, счетчик б, элементы 7, 8 и 9 И,вентили 10 записи кода (элементы И),счетчик 11, элемент 12 И, триггер 13,счетчик 14, триггер 15, элементы 16и 17 И,Выходной сигнал поступает на шину18, тактовые импульсы - на шину 19,импульсы сброса - на шину 20. Выходной сигнал снимается с шины 21,В исходном состоянии Счетчики б,11 и 14 и триггер 15 обнулены, а триг.З 5геры 5 и 13 установлены в единичноесостояние (на функциональной схемесоответствующие свяэи не показаны).На шине 18 - нулевой сигнал, на выходах аналого-цифрового преораэователя 1 - нулевые сигналы (на функциональной схеме показан, например, четырехразрядный АЦП), на выходах всехэлементов И - нулевые сигналы.Цифровой фильтр работает следующим 45образом.После прихода на шину 18 устройства входного сигнала, превышающегоуровень квантования АЦП 1, на выходеэлемента 2 ИЛИ устанавливается единич-оный сигнал до тех пор, пока хотя бына одном из выходов АЦП 1 присутствует сигнал. По фронту сигнала" на выхо"де элемента 2 ИЛИ формирователем 3выдается импульс фронта, который устанавливает триггер 5 в нулевое состояние, разрешая работу счетчика б,Счетчик б совместно с элементами 8и 9 И используется для контроля длительности полупериода входного сигнала. Импульсы с выходов этих элементов И осуществляют запуск и сброс со "ответственно триггера 15, формирующего стробирующий импульс. Еслиимпульс спада формирователя 3 появ="-"ляется э тот момент, когда на выходе 5 триггера 15 имеется стробирующий импульс, то это означает, что входное колебание имеет заданную частоту ь границах, определяемых длительностью стробирующего импульса. По окончании импульса на выходе элемента 2 ИЛИ через элемент 4 ИЛИ триггер 5 воэвращается в исходное единичное состояние. По окончании стробирующего импульса по импульсу с выхода элемента 2 ИЛИ через элемент 4 ИЛИ также осуществляется возврат триггера 5 в исходное единичное состояние, Нулевой потенциал с инверсного выхода триггера 5 запрещает работу счетчика 6 и производит его установку в нулевое состояние. Элемент 7 И совместно со счетчиком б служит для того, чтобы оценить амплитуду пришедшего колебания и в дальнейшем, в случае, если данное колебание по выбранным критериям считается полезным сигналом, записать в накопительный счетчик 14 число, пропорциональное амплитуде входного сигнала. Эго производится следующим образом. На выходе элемента 7 И в момент, соответствующий середине первого полупериода колебания (максимальная амплитуда ожидаеьих синусоидальных колебаний) через венгили 10 записи кода производится запись в счетчик 11 дополнительного кода по отношению к коду, выдаваемому АЦП 1. Импульс на выходе элемента 16 И устанавливает триггер 13 в нулевое состояние, разрешая работу элемента 12 И.После переполнения счетчика.11 триггер 13 запрещает прохождение тактовых импульсов через элемент 12 И. Число импульсов на выходе соответствует числу, выданному ранее с АЦП 1, и эти импульсы. поступают на счетчик 14.При последующих полупериодах входного сигнала аналогичным образом производится предварительная запись в счетчик 11 числа, характеризующего амплитуду входного сигнала, и, в случае, если сигнал оказывается полезным (частота сигнала соответствует заданной), производится дальнейшее накопление информации о входном сигнале в счетчике 14. Элемент 17 И служит для выдачи выходного импульса в случае достижения определенного (порогового) числа, накопленного в счетчике 14. Причем, это число должно быть накоплено за определенный промежуток времени, определяемый периодом импульсов сброса на шине 20. Для того,.чтобы максимально приблизить работу предлагаеМого устройства к рабо- . те аналогового фильтра, следует производить лишь частичное обнуление счетчика 14 по импульсам сброса.Цифровой фильтр осуществляет оценку. амплитуды входного сигнала и многократное накойление результатов этой оценки, что позволяет правильно оценить энергию полезного сигнала ипомехи и позволяет улучшить фильтрациюполезного сигнала при различных уровняхпомех.При непрерывном накоплении информации о входном сигнале, имеющем 5заданную частоту, в счетчике 14 и причастичном обнулении счетчика 14 череззаданные интервалы времени происходитусреднение информации, накопленнойв счетчике, что позволяет устройствуне реагировать даже на несколько пе-.риодов помехи.Для повышения надежности работыпредлагаемого устройства в качествеформирователя 3 используется, формирователь импульсов по фронту и спаду,не выдающий на кратковременные единичные и нулевые помехи выходные импульсы фронта и спада на своих выходах. При этом от кратковременных единичных и нулевых помех в формирователе 3 может происходить запуск предварительных триггеров и после контролядлительности входного сигнала принимается решение выдать или не выдать навыходы импульсы.25Таким образом, формирователь 3 снекоторой задержкой выдает выходныеимпульсы, причем все импульсы,длительность которых меньше этой задержки, считаются помехами и формирователь 3 не выдает на них выходнь 1 еимпульсы.Применяя такой формирователь в устройстве не, происходит ложный запуск,а также сброс триггера 5, разрешающего работу счетчика 6.Кроме того, в случае, если бы формирователь 3 не обладал помехозащищенностью от кратковременных помех,ложный импульс спада с одного из выхо дов мог при определенных условиях(при наличии строба на выходе триггера15) производить ложное накопление всчетчике 14. Таким образом, повышенапомехозащищенность устройства от крат ковременных помех, нарушающих егопраВильное функционирование, и повышена надежность его работы.Кроме того, возвращение триггер в5 и 13 в исходное единичное состояниепроизводится по спаду импульса,.на К-вход подан низкий потенциал . Та. -кое построение схемы устройства является надежным, так как переключение,триггеров происходит после выдачи им пульса на выходе элемента 9 И, либопосле переключения в нулевое состояние -старшего разряда счетчика 11. В случае использования ВЯ-триггеров вмомент переключения триггеров 5 и 13 60в единичное состояние происходило. бьускорение выходного импульса и тогданеобходимо было бы рассматривать рядмоментов, связанных с переходными процессами, которые нарушают правиль-ное функционирование устройства в целом. Поэтому применение в качестве триггеров 5 и 13 ВЯ-триггеров нежелательно.Формула изобретенияЦифровой фильтр, содержащий счетчик, выходы которого подключены ко входам двух элементов И, выходы которых соединены со входами триггера, подключенного выходом к первому входу третьего элемента И, и элемент ИЛИ, отличающий с я тем, что, с целью улучшения фильтрации сигнала при различныхзначениях уровня помех и повышения надежности работы устройства, в него введены аналого-цифровой преобразователь, формирователь импульсов вентили записи кода, дополнительные триггеры, дополнительные счетчики, дополнительный элемент ИЛИ и дополнительные элементы И, при этом выходы аналого-цифрового преобразователя подключены к первым входам вентилей записи кода и ко входам дополнительного элемента ИЛИ, выход которого через формирователь импульсов соединен с В-входом первого дополнительного триггера, с первым входом элемента ИЛИ и со вторым входом третьего элемента И, выход которого подключен к В-входу второго цополнительного. триггера, вторые вхоцы вентилей записи кодб соединены с выходом первого дополнительного элемента И, входы котброго подключены к выходам счетчика, счетный вход которого соединен с инверсным выходом пер- вого дополнительного триггера,Э - и С-входы которого подключены к выходу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, выходы вентилей записи крда подключены к разрядным входам первого ;дополнительного счетчика, выход которого подключен к Д - и С-входам второго дополнительного триггера, инверсный выход которого подключен к . первому входу второго допблнительного элемента И, второй вход которого соединен с шиной тактовых импульсов, а выход " со счетными входами, дополнительных счетчиков, вход сброса второго из,которых подключен к шине импуль".ов сброса, а выходы - ко входам третьего дополнительного элемента И.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР 9 512559, кл. Н 03 Н 7/10, 1974.2, Авторское свидетельство СССР Р 365799, кл. Н 03 Н 7/02, 1971 (про-отип) . ,гТираж 995И Государственного комитета СССРделам изобретений и открытийМосква, Ж, Раушская наб., д исное 4/ф филиал ППП Патент", г. Ужгород Проектная,