Интегральный программируемый фильтр

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик п 1005273(22) Заявлено 1609, 80(21) 2983800/18-21с присоединением заявки йо(23) ПриоритетН 03 Н 15/00Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(71) Заявител 54 ИНТЕГРАЛ РОГРАИМИРУЕИЫЙ ФИЛЬТР 15 0 Изобретение относится к импульсной технике, в частности к устройствам обработки сигналов, и можетбыть использовано в качестве универсального униФицированного узлапри построении устройств частотнойселекции, устройств обработки псевдослучайных сигналов, радиолокационных сигналов и т.п. 10Известен интегральный трансверсальный Фильтр, содержашнй сдвиговыйрегистр и регистр аналоговых ячеек,соединенных с хвумя выходными весовымн шинами суммирования. Этот интегральный трансверсальный фильтрпозволяет запрограММировать весовыекоэффициенты рри изготовлении фильтра, Но такая программа являетсяжесткой, раз и навеегда заданной 1. Ц .Недостатком этого фильтра является невозможность перепрограммирования весовых коэффициентов, т.е. изменения их в процессе эксплуатации. устройства.2Наиболее близким по техническомурешению к предлагаемому является,интегральный программируемый Фильтр,который содержит М ячеек, шину питания, входную шину, первую и вторуютактовые шины, первую и вторую весовые шины суммирования, каждая ячейка этого фильтра включает ячейку опорного регистра с первым и вторым отводами, а также аналоговую ячейку, содержашую измерительный транзистор, запоминакяций конденсатор, первый и второй управлявшие транзисторы, затвор, первого управляющего транзистора подключен к.первому отводу ячейки опорного регистра, а затвор второго управляххаего транзистора - к второму отводу. Это устройство позволяет производить обработку радиотехнических, радиолокационных, гидролокационных и т.д. сигналов спомощью единичных (поло-. жительных и отрицательных) весовых коэффициентов, которые мОгут быть перепрограммированы в процессе работы устройства ( 21К недостаткам известного интегрального программируемого фильтра относятся большой уровень нелинейных искажений выходного сигнала и малое время хранения аналоговой информации, Нелинейные искажения .возникают из-за нелинейности зависимоати тока стока от напряжения затвор- .исток полевого транзистора, а время хранения аналоговой информации (прии3 вых= эЮЬ) (и),заданной погрешности) определяется токами утечки элементов устройств, которые в значительной степени зависят от температуры этих элементов,Целью изобретения является увеличение времени хранения информации и уменьшения уровня нелинейных искажений выходного сигнала. Поставленная цель достигается тем,что в интегральный программируемый 10фильтр, содержащий опорный регистрс парафазными отводами в каждой иэй ячеек, аналоговый регистр, состоящий из й ячеек, каждая из которыхсодержит измерительный транзистор, 15сток которого подключен к шине питания, управляющие транзисторы,затвор первого иэ которых соединенс первым отводом соответствующейячейки опорного регистра, а затвор 2 Овторого управляющего транзисторасоединен со вторым отводом этой жеячейки опорного регистра, а такжевесовые шины суммирования, введенсканирующий регистр, содержащий й 25ячеек, в каждую ячейку аналоговогорегистра введен дополнительный измерительный транзистор, дополнительныеуправляющие транзисторы и шесть коммутаторов, при этом исток измерительного транзистора подключен к первомуконтрольному выходу ячейки черезпервый коммутатор, а к первой и второй весовым шинам суммирования -через второй коммутатор, затвор измерительного транзистора соединенс первым входом ячейки через третийкоммутатор, сток дополнительного измерительного транзистора соединенс шиной питания, его исток подключен через четвертый коммутатор ко 40второму контрольному выходу ячейки,а через пятый коммутатор - к весовымшинам суммирования, а затвор черезшестой коммутатор - к второму входуячейки, при этом затвор первого дополнительного управляющего транзистора соединен со вторым отводом ячейки опорного регистра, а ее первыйотвод подключен к затвору второгодополнительного управляющего транзистора, входы управления первого,третьего, четвертого и шестогоком:мутаторов соединены с отводами ячейки сканирующего регистра, входы управления второго коммутатора соединены с истоками и стоками управляющих транзисторов, входы управленияпятого коммутатора подключены к стокам и истокам дополнительных управляющих транзисторов, первые и вторые входы ячеек аналогового регист-. 60ра соединены соответственно с первойи второй входными шинами аналоговогорегистра, а первые и вторые контрольные выходы аналоговых ячеек соединены соответственно с первой и второй 65 контрольными выходными шинами аналогового регистра.На фиг. 1 приведена функциональная схема интегрального программиру.емого фильтра, на фиг, 2 - временные диаграммы работы устройства.Интегральный программируемыйфильтр содержит три регистра 1, 2и 3 соответственно опорный, аналоговый и сканирующий, регистр 1 состоитиз й ячеек 4-1. . . 4-й с двумя)состоит иэ М ячеек, каждая из которых содержит шесть транзисторов:51, , 5 М и 61, , бйуправляющие, 7-1, , 7-й - измерительные, 8-.1,8-й и 9-1,9-й - дополнительные управляющиеи 10-1.10-й - дополнительныйизмерительный, и шесть коммутаторов11-1, , 11-М, 12-1, , 12-М,13-1, , 13-й, 14-1, . , 14-М,15-1., 15-М и 16-1 16-М,регистр 3 состоит иэ й ячеек 17-1,17-М, и шины: входную 18 ивыходную 19 регистра 1, входную 20и выходную 21 регистра 3 питания 22,первую 23 входную, вторую 24 входную, первую 25 контрольную выходную,вторую 26 контрольную выходную, пер"вую 27 стробирования, вторую 28стробирования, третью 29 стробирования, первую 30 весовую суммированияи вторую 31 весовую суммированиярегистра 2.Устройство работает следующимобразом.Выходной .сигнал интегральногопрограммируемого фильтра для М-готакта работы где 1 рЧ - -я выборка входного сигнала,- весовой коэффициент,равный +1 или минус 1.Выборка входного сигнала осуществляется с помощью регистра 3. С этой целью на шину 20 поступает от внешнего источника входной селекторный импульс, в результате этого на отводе первой ячейки 17 регистра 3 появляется селекторный импульс выборки (фиг. 2 а) .На следующем такте работы селекторный импульс (Фиг. 2 б) появляется на отводе следующей ячейки регистра 3. В результате последовательного сдвига по ячейкам регистра 3 селекторный импульс последовательно появляется на отводах соответствующих ячеек (фиг. 2 вд). Под воздействием селекторного импульса (фиг, 2 а) и стробирующего импульса (фиг. 2 е), поступающего на шины 27 и 29, осущестцляется запись выборок входного сигна- сов показана на фиг. 2 М сплошной ла (фиг. 2 и) в первую ячейку регист- линией, а пунктиром - установка тока ра 2. транзистора 10-1.Рассмотрим детально запись вы- Аналогично осуществляется уста- борки входного сигнала только на новка значений токов через остальзапоминающем конденсаторе, образо- ные измерительные транзисторы анаванном емкостью затвора транзистора логового регистра, что показано на 7-1, .первой ячейки регистра 2, так фиг, 2 лн.как запись выборок на остальных за- Рассмотрим формирование выходного ,поминающих конденсаторах происходит сигнала устройства. Код весовых коаналогично. Управляющий импульс 10 эффициентов (фиг, 2 р) поступает на (фиг. 2 а) поступает с отвода первой вход (шину 18) регистра 1, последоячейки регистра 3 на управляющие вательно сдвигается и в каждой ячей- входы коммутаторов 11-1 и 13-1. Стро- ке 4-1, , 4-й значение кода появбирующий импульс (фиг. 2 е) поступает ляется на отводах, Если, например,. на стробирующий вход коммутатора 15 в первой ячейке 4-1 на первом отводе 11-1 с шины 27, а на стробирующий потенциал соответствует "1 ф, то на вход коммутатора 13-1 - с шины 29. втором - "0" В результате .этого Под воздействием этих импульсов открываются транзисторы 5-1 и 9-1, оба коммутатора замыкаются, в резуль- Ъ транзисторы 6-1 и 8-1 закрыты. По- тате чего затвор транзистора 7-1 20 этому под воздействием стробирующе" подключается к первому входу ячей- го импульса (фиг. 2 ж), поступающего ки (шине 23), а исток - к первому с шины 28, коммутатор 12-1 подклю" контрольному выходу (шине 25). Так чает исток транзистора 7-1 к шине как все подобные коммутаторы осталь, а транзистор 10-1 к шине 30. ных ячеек регистра 2 в это время 25 Если на первом отводе потенциал сораэомкнуты, то фактически в течение ответствует "0", то на втором отводействия стробирующего и селектор- де - "1", Вследствие этого открываного импульса, первый контрольный ются транзисторы 6-1 и 8-1, а транвыход ячейки является первым контроль- зисторы 5-1 и 9-1 - закрыты. Поэтоным выходом всего устройства, а пер му при поступлении с шины 28 стробивый вход ячейки - первым входом уст- рующего импульса (фиг. 2 ж) исток ройства. Поэтому через коммутатор транзистора 7-1 подключается к шйне 11-1 на внешний регулирующий эле, а транзистор 10-1 к шине 31. мент (например, операционный усилитель) поступает ток, пропорциональ- Аналогично работают и остальные ный напряжению на затворе транзисто- . ячейки интегрального программируемора 7-1. Коммутаторы 14-1 и 16-1 уп- го фильтра.Р авляющими входами подключены анало- Таким образом, на каждом такте гично коммутаторам 11-1 и 13-1 сост- работы некоторые измерительные тра "нветственно и замкнуты. Через комму- зистори подключены к шине 30 (сооттатор 14-1 на противоположный вход 40 ветствующие им дополнительные ивмеегулирующего элемента (по шине 26) рительные транзисторы подключены к р гпоступает ток стока транзистора 10-1, шине 31), остальные - к шине 3 ( Выход регулирующего элемента уста- ответствующие им дополнительные иэнавливает такое напряжение на зат- мерительные транзистоРы при этом воре транзистора 10-1 (на шине 24), 45 подключены к шине 30), В результате при котором токи стоков транзисто-Р. ров 7-1 и 10-1 практически равны по шине 31 протекает ток 5 = Д Эв токам источников входного сигнала соответствующий сумме 1 Зщ Ь дляЬ (с точностью до коэффициента усилеЬ+1 а по шине 30 - ток 5- ,ЕЭУния регулирующего элемента).50 Н 1 ФНапряжение на затворе транэисто- соответствующий суммеЭэ, Ь для ров 7-1 и 10-1 Фиксируется после Ь= -1.1: 44 окончания стробирующего импульса в Для получения требуемого для результате размыкания коммутаторов фильтра соотношения необходимо вы-11-1, 13-1, 14-1 и 16-1, честь иэ значения 5 значение 5,Диаграмма входного сигнала пока 55что может быть осуществлено, напри зана на фиг. 2 и, причем сплошной ли- мер, операционным усилителем.нией показан сигнал, который подает- Результирующий ток Эвы показан ся на первый вход аналогового регист- на Фиг. 2 с, где максимальный выброс ра (шина 23), а пунктиром - сигнал, соответствует корреляционному всплессдвинутый на 180 , который подается 60 ку, характеризующему фазовое совпа на второй вход аналогового регист- дение входного сигнала относительно ра (шина 24), весовой кодовой последовательности.У тановка тока через транзисторсШины 19 и 21 позволяют наращивать 7-1 первой ячейки под воздействием устройство при обработке псевдо усл управляющего и стробирующего импуль чайных сигналов с большой базой.Благодаря тому что введен сканирующий регистр й каждая ячейкаинтегрального программируемого фильтра содержит два измерительныхтранзистора, возможна автокомпенсация теплового тока измерительныхтранзисторов, Это достигается тем,что в каждой ячейке аналогового регистра независимо от кода в опорномрегистре к первой весовой шине подключен один измерительный транзистор, а к второй - другой. Заряд запоминающих конденсаторов осуществляется с помощью отводов сканирующегорегистра. Так как топологически первая часть аналоговой ячейки, включающая первый измерительный транзис-тор, первый, второй и третий коммутаторы идентичны второй ее части,включающей дополнительный измерительный транзистор, а также четвер Отый, пятый и шестой коммутатор, тотепловые токи разряжают запоминающие.конденсаторы одинаково.Ввиду этого разность потерь информационных токов за счет тепловых,токов равна нулю, что повышает времяхранения информации.ВведениЕ скаНирующЕго РегистРа,дополнительного измерительного транзистора и пятого коммутатора поэзо- ЗОляет снизить нелинейные искажения,вызванные квадратичной зависимостью .токов транзистора от напряжения назатворе измерительного транзистора.Испытания интегрального программируемого Фильтра в диапазоне теьйе 3ратур (-60)-(+70) С показали, чтовремя хранения по сравнению с известным устройством увеличено в 3-4 .раза, а нелинейные искажения уменьшены на порядок. Это позвоялет пример- фно в 3-4 раза уменьшить уровеньаппаратурных затрат при построенииФильтров различного назначения. Особенно существенным оказывается выигрыш при обработке длинных последовательностей псевдослучайных сигналов с базой 1000-2000 элементов, гдеудельный вес внешних устройств записи и считывания мал по сравнению собщим числом ячеек, интегрального 50программируемого фильтра,формула изобретения55Интегральный программируемый Фильтр, содержащий опорный регистр с двумя отводами в каждой из й ячеек, аналоговый регистр, состоящий из й ячеек, каждая из которых содержит измерительный транзистор, сток которого подключен к шине питания,управляющие транзисторы, затвор первого иэ которых соединен с первымотводом соответствующей ячейки опорного регистра, а затвор второго управляющего транзистора соединен свторым отводом этой же ячейки опорного регистра, а также весовые шинысуммирования, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличениявремени хранения информации и уменьшения уровня нелинейных искаженийвыходного сигнала, в него введен сканирующий регистр, содержащий й ячеек, в каждую ячейку аналогового регистра введен дополнительный измерительный транзистор, дополнительныеуправляющие транзисторы и шесть коммутаторов, при этом исток измерительного транзистора подключен к первому контрольному выходу ячейки черезпервый коммутатор, а к первой и второй весовым шинам суммированиячерез второй коммутатор, затвор измерительного транзистора соединенс первым входом ячейки через третийкоммутатор, сток дополнительного иизмерительного транзистора соединенс шиной питания, его исток подключенчерез четвертый коммутатор к второму1контрольному выходу ячейки, а черезпятый коммутатор - к весовым шинамсуммирования, а затвор через шестойкоммутатор - к второму входу ячейки,при этом затвор первого дополнительного управляющего транзистора соеди-,нен с вторым отводом ячейки опорногорегистра, а ее первый отвод подключен к затвору второго дополнительногоуправляющего транзистора, входы управления первого, третьего, четвертого и шестого коммутаторов соединеныс отводом ячейки сканирующего регистра, входы управления второго коммутатора соединены с истоками и стоками управлякщих транзисторов, входыуправления пятого коммутатора подключены к стокам и истокам дополнитель-ных управляющих транзисторов, первыеи вторые входы ячеек аналоговогорегистра соединены соответственно спервой и второй входными шинами аналогового регистра, а первые и вторыеконтрольные выходы аналоговых ячеексоединены соответственно с первой ивторой контрольными выходными шинами аналогового регистраИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Р 3819958,кл, 307-304, 25.06.74.2. Патент США 9 3953745,кл. 307-221 с, 27,04,76 (прототип).1005273 Фи окол Коррект Редакт Тираж 934. ПодГосударственного комитета СССРелам изобретений и открытиосква, Ж, Раушская наб., д. 4 ое Патент" или Заказ 1923/75 ВНИИПИ по д 113035, МСоставитель инич Техред КМьщ