Цифровой фильтр

СОЮЗ СОЕ.ТСНИХсааааапяеникРЕСПУБЛИН 7 51)5 Н 0 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ВТО 4-09 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТЗО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫ 7ПРИ ГКНТ СССР МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(57) Изобретение относится к техникецифровой обработки сигналов. Цельизобретения - повышение чувствительности путем уменьшения собственных,80156995 2шумов при отсутствии входного сигнала, Цифровой фильтр содержит АЦП 1, счетчик 2 адреса, сумматор 3, одновибраторы 4 и 5, тактовый г-р 6, нуль-орган 7, коммутаторы 8 и 16, регистр 9 сдвига, умножитель 1 О, бло ки 1 и 12 памяти, детектор 13 совпадения, реверсивный счетчик 14 и 0-триггер 15. Для уменьшения уровня собственных шумов фильтрапри нулевых входных сигналов в данном фильтре обеспечивается устранение предельных циклов, обусловленных эффектом мертвой зоны. 5 ил.Изобретение относится к техникецифровой-заработки сигналов и можетбыть"йсйользовано в авгоматике,электро= и радиосвязи, измерительнойтехнике.и т.п. для цифровой рекурсивной, фйльтрации сигналов.Целью изобретения. является новышение чувствительности путвч уменьшения собственных шумов при отсутст- Овии входного сигнала.На фиг,1 приведена блок-схема.предлагаемого устройстве; на фиг,2 -.временные диаграммы, поясняющие работу предлагаемого устройства; нафиг.3 - блок-схема, соответствующаяодному иэ,возможных вариантов построения детектора совпадений; на фиг,4 -.один из возможных вариантов построения регистра сдвига; на фиг.5 - временные зависимости "идеального" и. аппроксимированного отклика фильтрана одиночный ненулевой входной отсчет,Цифровой фильтр содержит аналогоцифровой преобразователь (АЦП) 1,счетчик 2 адреса, сумматор 3, первый4 и второй 5 одновибраторы, тактовыйгенератор 6, нуль-орган 7, первыйкоммутатор 8, регистр 9 сдвига, умножитель 1 О, первый блок 11 памяти,второй блок 12 памяти, детектор 13совпадений реверсивного счетчика 14,Э-триггер 15,. второй коммутатор 16,Детектор 13 совпадений содеРжитэлемент ИЛИ 17, сумматоры 18 по мо-,дулю, элемент И 9, инвевтор 20,Э триггер 21, Регистр 9 сдвига содержит инвертор 22, 0-триггеры 23 и 24.Цифровой фильтр работает следующим образом,Входной сигнал с помощью АЦП 1,дискретизируется с частотой Г(фиг.2 а) и преобразуется в цифровуюформу, после чего подается на рекурсивный фильтр первого порядка,построенный на сумматоре 3 регистре9 сдвига и умножителе 10 и реализующий в Е-плоскости передаточную функцию Н(Е) = (Е-Ь)где Ь - весовойф 50коэффициент умножителя 1 О, Моментысмены состояний на выходе АЦП 1 ирегистра 9 сдвига показаны на фиг.2 б.Определение момента начала предельньпциклов производится по совпадению двухследующих условий:; 1) выходнойсигнал АЦПравен нулю, при этомна выходе нуль-органа 7 появляетсялогическая единица; 2) входной и 15699574выходной сигналы умножителя О равныдруг другу (по абсолютнойвеличине)и отличны от нуля, при этом, есливыполнено условие 1), логическая единица появляется на выходе детектора13 совпадений, который может бытьпостроен, например, как показано нафиг.4, на основе сумматоров 18 помодулю два с инверсией элементаИ 19, элемента ИЛИ 17, инвертора 20и Р"триггера 21, При совпадениизначений во всех разрядах (кромезнакового) входных сравниваемых чисел на выходах всех сумматоров 18по модулю два с инверсией появитсялогическая единица, которая пройдетна вход элемента И 9 при условии,что от нуль-органа 7 поступает такжелогическая единица, Запрет срабатывания детектора 3 совпадений от нулевых сигналов осуществляется элементом ИЛИ 17. С помощью инвертора, 20и 6-триггера 21 выходной сигналэлемента И 19 привязывается к задним фронтам выходного сигнала такто. вого генератора 6, при этом состояниедетектора 13 совпадений не меняетсяза время выполнения текущего циклаопераций (умножение на весовой коэф-цииент Ь и суммирование).При отсутствии предельных цикловсигналы на выходе детектора 13 совпадений, 0-триггера 15, нуль-органа 7и первого одновибратора 4 равны нулюи первый коммутатор 8 проключает навход сумматора выходной сигнал умно.жителя 10, а второй коммутатор 16проключает на выход всего устройствавыходной сигнал регистра 9 сдвига,В этом случае очевидно, что работаустройства происходит так же, каки в известном устройстве. Моментыдискретизации сигнала в АЦПи считывания отсчетов из регистра 9 сдвига определяются положительными фронтами выходного сигнала. Р, (фиг,2 а)тактового генератора 6, Для того,чтобы к моменту записи очередногорезультата обработки в регистр 9сдвига успели завершиться все переходные процессы (в умножителе 10," сумматоре 3 и т,д.) запись в регистр9 сдвига может производиться, например, по заднему фронту сигналаГв (фиг.2 а), а считывание на умножитель О - по ,переднему, Такой.Регистр сдвига легко может бытьпостроен, например, как показано на15699 50 фиг.5, на основе инвертора 22 и0-триггеров 23 и 24.Если на каком-Либо тактовом интервале по совпадению указанныхранее условий будет обнаружено возникновение предельных циклов, топо заднему фронту выходного сигналаР(фиг.2 а) тактового генератора 6детектор 1 Э совпадений перейдет 10в единичное состояние (сигнал П,фиг,2 в). По переднему фронту сигналаП А (фиг,2 в) второй одновибратор 5сформирует короткий импульс 11(фиг.2 г), устанавливающий счетчик2 адреса в исходное нулевое состояниеи разрешающий запись выходного сигнала У(п) = 11 регистра 9 сдвига впервый блок 11 памяти и в разрядыреверсивного счетчика 14, На выход 20устройства через коммутатор 16 втекущем тактовом интервале по-прежнему считывается выходной сигнал регистра 9 сдвига, поскольку изменения выходного состояния П-триггера 15 . 25управляющего вторым коммутатором 16(сигнал П, фиг.2 ж) еще не произошло.После обнуления в начале возникновения предельного цикла счетчик 2 адреса начинает просчитывать тактовыеимпульсы (Р , фиг.2 а), подаваемыена него от тактового генератора 6.(положим для определенности, чтосчетчик 2 изменяет свое состояние попередним фронтам тактовых импульсовР, (фиг,2 а). Выходные сигналы счетчи-.ка 2, поступая на часть адресных входов второго блока 12 памяти, обеспечивают последовательное считывание 40на тактовый вход реверсивного счетчика некоторой последовательности 9(п),состоящей из нулей и единиц (на каждом тактовом интервале Е считываетсяЗодин бит). Блок 12 памяти хранит 45несколько последовательностей Я (и)и выбор какой-либо одной из них определяется тем, что на соответствующиеадресные выходы второго блока 12памяти с выхода первого блока 11памяти подается двоичное число,соответствующее значению У(п) = Ьвыходного сигнала регистра 9 сдвига,при котором возник предельный цикл.Пример определения одной из последовательностей (п) ири 1 Ь( = 0,9 и11 = 5 о (ц - шаг квантования, 11 - зна-,чение выходного сигнала регистра 9сдвига в момент зацикливания) показан 56графически на фиг,6, где чернымикружками показаны отсчеты, соответствующие отклику "идеального" фильтра(без округления результатов произведений в умножителе 10) на входнойсигнал 110, О, О, (11 в данномслучае равно 5), а крестиками отмечены аппроксимированные с точностьюдо шага квантования значения отклика"идеального" фильтра; над осью абсцисс показана последовательность3(п)(и) равно единице в тех случаях, когда значение аппроксимированного отклика Я(п) должно быть уменьшено на один шаг квантования. Лрчустановке реверсивного счетчика14 в состояние У (выходной сигнал регистра 9 сдвига в момент возникновения предельного цикла) и последующейподаче на его вычитающий вход после-.довательности(и), соответствующей данным значениям 11 и.Ь 1, на выходереверсивного счетчика 14 будет формироваться последовательность двоичных чисел, аппроксимирующих значение от-клика "идеального" фильтра на сигнал 11, О, О, . При появлении единичного сигнала на выходе Р-триггера 15 .(сигнал 11 , фиг.2 ж) именно эта после" довательность чисел будет проключаться на выход устройства через второй коммутатор 16, регистр 9 сдвига от выхода устройства. отключается, чем и обеспечивается устранение предельных циклов иа выходе устройства. Выходной сигнал реверсивного счетчика 14, как показано на фиг.2, дополняется знаковым разрядом с выхода умно- жителя 10, что обеспечивает правильность чередования знаков выходных отсчетов при работе устройства в мертвой зоне.Выход устройства иэ мертвой зоны происходит, когда на входе устройства снова появляется нулевой сигнал, При этом выходной сигнал (Пю фиг,2 д) нуль-органа 7 снова принимает нулевое значение, и задним фронтом запускает первый одновибратор 4, формирующий на своем выходе импульс (сигналфиг2 е), перекрывающий заднийо ффронт текущего положительного полу- периода выходного сигнала Г (фиг, 2 а) тактового генератора 6, и обеспечивающий проключение на вход сумматора 3 через первый коммутатор 8 выходного сигнала реверсивного счетчика и знаковсгс разряда с выхода умножите 1569957ля 10, это число к моменту записи врегистр 9 сдвига по заднему фронтувыходного сигнала Р (Фиг.2 а) тактоп 1 ого генератора 6 складывается в сумматоре 3 с вхоцным отсчетом. В слеДующем тактовом интервале возвращаетея в нулевое состояние выходнойсигнал 0 (фиг,2 ж) 0";триггера 15И возобновляется считывание на выходустройства через второй коммутатор16 выходного сигнала регистра 9 .сдвига и устройство возвращается к.такому же режиму работы, как в известном фильтре, 15Коммутаторы 8 и 16 могут быть выг 1 олнены на базе мультиплексоров (найример, 561 КП 1, 564 КП 2 и т.д.),управляемых двоичным кодом, Одновиб- .раторы 4 и 5 могут быть выполненыНа базе последовательно соединенныхДифференцирующего звена и пороговогоустройства (для одновибратора 4,формирующего импульс по заднему фронФу, на входе необходимо дополнительНо включить инвертор), Блок памяти11 может быть выполнен на Ю-триггерах,а блок 12 памяти - на прожигаемом;ПЗУ. Нуль-орган 7 можно реализоватьфа многовходйой . схеме И, обеспечи- ЗОающей логическое перемножение инвертированных разрядов входного двоичНого числа, Построение других блоков устройства было рассмотрено,Технико-экономическая эффектив 35ность предлагаемого устройства поСравнению с известным заключается вуменьшении уровня собственных шумовПри нулевых входных сигналов за .счетустранения предельных циклов, обуслов-Оленных эффектом мертвой зоны,В данном цифровом Фильтре фиксируется момент возникновения предельныхциклов, после чего на выход проключаются не отсчеты предельных циклов,циркулирующие по петле обратной связи фильтра, а аппроксимированные значения отклика идеального" фильтрабез округления результатов произведений) на сигнал П, О, О;, где 0 -значение отсчета в момент зацикливания,Формула изобретенияЦиФровой Фильтр, содержащий последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, вход которогоявляется входом цифрового Фильтра,сумматор, регистр сдвига и умножитель,к тактовым входам регистра сдвигаи аналого-цифрового преобразователяподключен выход тактового генератора,отличающийся тем, что,с целью повьппения чувствительностипутем уменьшения собственных шумовпри отсутствии входного сигнала,введены первый блок памяти, последовательно соединенные нуль-орган,к входу которого подключен выходаналого-цифрового преобразователя,первый одновибратор и первый коммутатор, выход которого подключен квторому входу сумматора, последовательно соединенные детектор совпадения, к первому входу которого подключен выход нуль-органа, 0-триггери второй коммутатор, выход которогоявляется Выходом цифрового фильтра,последовательно соединенные второйодновибратор., к входу которого подключен выход детектора совпадения,счетчик адреса второй блок памяти,к адресному входу которого подключен выход первого блока памяти, и реверсивный счетчик, выходы знакового разряда которого и умножителя подключены к первому входу первого коммутатора, к второму входу которого и вторму входу детектора совпадений подключены выход умножителя и второйвход второго коммутатора, к информационному входу которого, информационным входам первого блока памяти, реверсивного счетчика и детектора совпадений подключен выход регистра сдвига, а выход второго одновибратора подключен к управляющему входу первого блока памяти и входу разрешенияустановки реверсивного счетчика, при этом выход тактового генератора подключен к стробирующему входу детектора совпадений, тактовому входу 0-триггера и тактовому входу счетчика адреса./ Составитель Л,ТимошинаРедактор В.Бугренкова Техред М,Дидык орректор Т. Палии 1 одписно ент", г. Ужгород,гарина, 1 О ОР дам Заказ 1456 Тираж 654 НИИПИ Государственного комитета по изобрете 113035, Москва, Ж, РаушскПроизводственно-издательский комбина ми онаб.,ытиям при ГКНТ ССС 4/5