Цифровой фильтр

Изобретение относится к радиогехнике, в частности к устройствам цифровой низкочастотной фильтрации, иможет быть использовано н системахцифровой обработки сигцалон.Цель изобретения - повышение точности фильтрации и быстрсдейстния.На фиг, 1 ппиведена электрическая структурна.-, схема цифрового фильт ра ка фиг, 2 - нремекные диаграммы,поясняющие его работу; ка. Ьиг, 3-5электрическая структурная схема бло"Г СИНХРа "Иэадик УЛ,РГ,ЕЗ 1 ЕЦИЯ Канапаобработки ,прав, ия обменом 15аегньех,Цифровой фильтр содержит блок 1управления, содержащий блок 1-1 син,ронизации, блок 2 управления канала.ми обработки и блок 3 управления об" 20меном данных, первый и второй регистры 4 и 5 коэффициентов, входнойи выходной буферные регистры б и 7,регистр 8, блок 9 памяти коэффициентов, блок 10 памяти данегьгх, арифметический блок (АБ) 11, первый вход12, тактовый вход 13, первый управляющий вход 14, первый выход 15 блока управления обменом данных, первыйвыхоц 16 блока управления каггалцмиобработки, управляющие входы с пторо,;го по двенадцатый 17-27 второй вход28, группу первых выходов 29 блокауправления, второй и третий выходьг30 и 31 блока синхронизации, нт 1 рой35и третий выходы 32 и 33 блока уггранления каналами обработки, второй,третий, четвертый и пятьй выхбдг 134-37 блока управления обменом данных, первый и второй входы 38 и 39и выход 40 арифметическсго блока ивыход 4 1 цифрового фильтра,Блок 1-1 синхронизации содержитсчетчик 42, блок 43 памяти микрокоанд, элемент ИЛИ 44, эпементьг ИДГв .-47, триггер 48, элемецт ИСК 1 Ю 1 А 10- ИЛИ 49.Блок 2 упранлекия каналами с бработки содержит элементы И .50 и 51,счетчики 52-55, блоки 56-60 ср;вцения, элементы 2-2 И-ИЛИ о 1 и 62Г 50инвертор 63, формирователи 64-66 импульсов, элемент И 67, триггег 1168-70.Блок 3 управления обменам данныхсодержит триггеры 71-78, элеме:гтыИ 79-81, формирователи 82-86 импульсон, счетчик 87, дешифратор 88 и блок89 сравнения. ЦифрсеЗойг фиггьтр ра бо Гает Гледующим образом,и иВ начале сигцал Цуск, постуггаюцег и ца восьмой управляящий вход 23,устанавливает все триггерцые и счетные схемьг блоков 1 - 3 в исхсдг,се ссстояние и состояние Стоп . С помощьюкодов, поступающих ца входы 14, 122, определяется режим работы Цф сквадратурцой модуляцией или цет(вход 14), если вводится промежуточное прореживание, то устанавпиезаетсячисло звеньев в первом каскае (вхсд17), общее число звеньев н первом иво втором каскадах (вход 18), кодпрареживация после первого каекада(нход 19) и ксэффициецт прореживапияпосле второго каскада (вхоег 21). Гсли промежуточного прореживания кет,то код на входе 17 ранен коду входа18, Код ца входе 19 равен нулю. Гелипосле второго каскада также нет прорежинация, то код на входе 2 ранецнулю, Если обрабатывают я г;ацкые с:нескольких каналов, то устанавливаются коды на входах 20 и 22, г, противном случае они раезцы цупю. Если осуществляется квадратуркая мод.:.:.ция,то код на входе 20 в два раза большекода на входе,22, если нет, о онирагзны. Все перечисленные коды уста -нагзливаются расггайкой соотне гствующих контактов к логическому нулю ит:иезди нице .Блок 1-1 синхронизации пре;Ецазначен для управления последа:зателькостью выпал.:.ния операций Л 13 11 иобменом данных в шинах 38 и 39 приреализации биквадратного звена в соответствии со следующим выражением.а У + а У + а 1 У + Г С г г+ 2 Ь Угде е - номер звена, е 1 - ВхОдНЫЕ11 да.нные, е 1 - выходееые, Ь, = - Ь " /2, Ь = -Ь. На фиг, 2 приведена времекцая диаграмма работы блока. 1 - 1, крив ведены генерируемые им сигналы и режимы сигцальг управлекия бпском- 1 и номера пиг 11.11, по которым сни даются. На фиг, 3 - гриведее а сэ,;гкциокальная схема блока 1 - 1.Как показано на фиг, 2, различееые звенья ЦФ выполняются за ра.нсе время, 11 ервое звецо вьгпслкяется с нуче- .:ГО пс 23-й ;, кт 11;мее.т, егое репервое и це последнее в каскаде) с 2-го по 23-е и последнее звено в каскаде с 2-го по 29-е. Работа первого звена отличается тем, что необходимо в АБ 11 записать содержимое входного буферного регистра 6 (вх, отсчет) и весовой коэффициент из регистров 4 или 5, после чего выполняется первый цикл умножения (такты 1-3). В такте 4 в регистр 8 записывается результат произведешгя, а в АБ 11 записываются Уи а , в тактах 6 и 7 в блок 10место считанного записываетсяВ такте 7 стробируется выполг с гие о;: - :., а г + ао ггпри этом второе слагаемое в такте 7 по переднему фронту записывается в акумулятор АЕ 1 . пг:г.:, ощег выполнение операции "." .1;.и:лняется аналогично - в каждом периоде из 4-х тактов осуществляется чтение блоков 9 и 10 и стробирование АБ 11. Практически во всех ЦФ коэффициенты Ъв (1) больше единицы, поэтому их удобно масштабировать в системе счисления с фиксированной запятой как 2 Ь,", где гЬ " с 1. Если это не делать, то приходится масштабировать все коэффициенты относительно Ь как максимального, что сужает динамический пггапа зон Вь 1 числительцого устройства а Поэтому в алгоритме работы ЦФ введено двойное, выполнение операции ум(1цожения Ь Ъ,. Каждое промежуточное звено начинается с чтения из0 г. из блока 9 а 1 в осэободившугсся ячейку блока 10 будет записано у г, которое в этот момент вычисляется в АБ 11 и в такте 4 записывается в регистр 8. Вычисленияпоследнегозвена отличаются от первого и промежуточного тем, что необходимо считать результат в регистр 8 (такт 27), записать его в блок 10 ,такты 28 и 29), после чего АВ 11 готов к обработке следующего канала данных Благ 1-1 формирует строб переключения канала (такт 30), а если обрабатывается последний канал - сигнал сброса обработки. После первого звена и каждого промежуточного в такте 24 блоком 1-1 формируется сигнал переключения звена, При выполнении первого звена в тактах 0 и осуществляется чтение входного отсчета из буферного регистра 6 и запись его в АБ 11, после этого, при условии, что нет сигнала разрешения квадратурцай модуляции на входе 14или при условии, что выполняетсяобработка с квадратурной модуляцией 5вторым весовым коэффициентом, входной буферный регистр 6 освобождается и готов к приему следующего отсчета, Блок 1-1 при этом во втором такте генерирует сигнал разрешения записи данных во входной буферный регистр 6, который снимается блоком 3после записи очередного отсчета.По сигналу строба звена блок 1-1переходит на второй такт, блок 2изменяет состояние счетчика 52 звеньев и сравнивает его с входами навходах 17 и 18. Если выполняетсякороткий цикл фильтрации (выполняются тОлько первые каскады в каждом 20 канале), то при равенстве состояниясчетчика 52 звеньев и кода на входе17 формируется сигнал последнегозвена, который запрещает генерациюблоком 1 - 1 в такте 24 сигнала строба 25 звена и разрешает прохождение тактов24-29, генерацию в такте 30 стробаканала обработки. Если разрешенаквадратурная модуляция, то происходит переключение триггера, которыйуправляет включением в тактах 0 и 1регистров 4 и 5, блок 1-1 переходитна нулевой такт. Если выполняласьобработка последнего канала, то блок1 - 1 формирует в такте 30 сигнал сброса обработки, Ло этому сигналу происходит изменение состояния счетчика54 циклов обработки блока 2 и сравнение его с кодом промежуточного прореживания на входе 19. Если они рав ны, то следующий цггкгг обработки всехканалов будет полный - фильтрацияданных во всех каналах будет осуществляться двумя каскадами,По окончании полного цикла обработки происходит измеггешге счетчггка55 полных циклов блока 2, состояниекоторого сравнивается с кодом повторного прореживашгя на входе 21.При условии равенства блок 2 форми О рует сигнал разрешешгя записи результата в выходной буферный регцс.тр 7.При вычислении последцего звена блок1-1 в такте 27 осуществляет записьс выхода АБ 11 результата в этот регистр 7. По окоцчаггии промежу точногопрореживация счетчик 53 чг;слг коротких циклов блока 2 переходит в исходное состояние, по окоггчагпги повторного прореживания счетчик 54 пол 15 б 996 бных циклов также перехопит в исходное состояние.При вычислении кяжо о б квадратного звена в соответствии с (1) т операциях участвуют отсчеть ".у-блока 10, При этом происходит и тактах б и 7 запись У "нд место Уи в следующем цикле вычисления (ко 1 О ротком или полном) ячейка памяти с Убудет выступать как У , атт-ячейка с У как У ,. Поэтому для рязличеия ячеек памятт вводитс я сигь;"л четцос тт чзкл: " дотси, 1 сли.кл четцыи,Ч млади адресчеек памяти У", У раве: улю, аУ , У - единитте, з ечет.ом наоборот. При переходе ст цикл;. к циклу сигнал четности мэцяется, Так как первый и второй каскады учдс.твуют в работе с разной "-ас.татой, то для каждого из цих цеобходисвой с:ит нал четности. Четность первого каскада (Ч 1) изменяется по каждому сигалу 25 сброса обработки, четность второго (Ч 2) - по сигналу сброся полных циклов.Ня фиг, 2 приведен график измекения ьпддтего адреса блока 10 в зависимости от четности. Сплошцая,иния для Ч = О, пунктирная Ч = 1. Переключение с Ч 1 на 1 2 происход тт при переходе с первого каскада нд второй что осуществляет блок 2. Данны для35 каждого канала в блоках 9 и 10 определяют состоянием соотзетствуютих счетчиков блока 2, выходы кото ых 32 подключены к адресным входам б.оков 9 и 10. В каждом цикле вычисления звена, начиная с такта 12 и 23 (29 для последнего звена) адрес ячеек блока 10 должен быть уве.тичен,а единицу по сравнению с состоянием счетчика звеньев, определяющего индекс- 1, Это операция выполняется микроограммным блоком 1 - 1, поэтому код.ена из блока 2 через выход 15 передается в блок 1-1. Адресные разряды, соответствующие коду звена цеоепа 50 ются блоку 10 по выходу 29, блоку 9по выходу 32.Для обеспечения максимальной пропускной способности предлагаемого ЦФ обмен данными ЦФ с АЦП генера 55 тором весовых коэффициентов асинхронный, Управление обменом осуществляется блоком 3. По импульсу частоты дискретзации ца входе 25 устандвликается здрос зяпис и ттдьх, по сигау "Пуск" цд входе 23 устаяв- ется рязрешеьие записи вс входной буферый регистр б, который разреиает блоку 3 сомотю второй тактовой частоты на входе 2 ч Фортро.:дть сигцал чтения каналов ддгпых и заки и входного отсчета во входной буферцыц регистр б. После записи сиг дл разрешения снимается, Формируется сигцал разрешеция работы, который с первого выходя 15 передается б.:оку 1-1 синхронизации. После обработки входного отсчета блок 1-1 формирует сигнал разрешения записи следующего отсчета, При этом б.ток 3 изменяет состояние счетчика каналов обработки и таким образом управляет с .итывакием датньгх из каналов данных через выход 37. После записи в регистр б отсчета последнего кацала бз:ок 3снимает сигнал запроса записи и через выход 37 разрешает АЦП запись следующих отсчетов в б"1 ерные регистры ЛЦП, Зто предусмотрено для того, чтобы не произош:то сбоя в резуль" тате того, что период тактовой частоты дискретизации ца входе 2. может оыть меньше полного цикла обработки и в буферы АЦП могут быть эдлис:ацы следующие отсчеты, в то время как текущие еще не сосчитаны в ЦФ для обработки. Для праниьцой организд;ии работы ЦФ соотношение периода частоты пискретизации Т и времени обра - ботки Т биквадра тцого звена должнобыть следую:,ее1(1 с - ") р + р л, (2) пт:огде п - число каналов;коэффициент промежуточногопрореживакия; число звеньев в первом касркяде;р, - общее число звеньевБолее точное сооткошение Тиоможно получить, подсчитав число сатов сс первой частоты синхронизациина входе 13 в каждом звене, тогдаЕ. ЕГц 7 п 1 с 52 + ( е" .е.,Для согласования работь ЦФ с осл"дующими устройствами обработки, подключенными к его выходу1, пре;тсмотрец сигнал гс-овности Па,хЦФ, который устанавливается блоком 3 по заднему фронту сигнала записи в выходной буферный регистр 7, который формирует блок 1-1.Блоки 1 - 1, 2 и 3 предазцачеь д 1;я реализации временной диаграммы(фиг. 2) и управления арифме ическ 11 м 11 узлами ЦФ (фиг, 1). Примеры их реализации приведены на Фиг. 3 - 5, работают они следующим образом, Если во входной буферный рег 11 стр 6 не принят отсчет обрабатываемого сигнала, то триггер 77 находится в нулевом состоянии и через элемент ИЛИ 44 блокирует работу счетчика 42, Пос.1 е записи во входной буферный регистр 6 Отсчета сигнала триггер 7 переходит в единицу и разрешает рабату счетчику 42 синхронно с иер 1 ь;,1 з ., , частотой на входе 13 6.1;,:г, сад счетчика 42 подключен к адресноу входу блока 43, которы 11 в соответствии с другими адресными входами фор-, мирует последовательность микроинструкций управления арифметическим блоком 11, регисрами 4-8, блоками 9 и 10 (Фиг, 2). По окбнчации выполнения операций одного звена блок 43 формирует сигнал строба переключения звена, который устанавливает счетчик 42 в состояние "2" и дальнейшая обработКа НаЧИНаЕТСЯ С ВТараГО Така. С.121 обрабатывалось последнее звено, .о блок 43 формирует сигнал сраба канала обработки, который сбрасывает счет чик 42 и переключает триггер 48 21 инверсное текущему состояние при условии, что вход 14 блока 1-1 установлен в состояние лог, единицы, что означает квадратур 21 ую модуляцию сиг-. нала. Следующий цикл обработки вход" ного отсчета будет осуществляться с учетом умножения его на второй коэффициент, который находится в регистре 5 (первьй за 1.сан в регистре 4),Подсч т числа биквадратных звеньев и;1 фрового Ф 1 гьтра осуществляет счетчик 52 блока 2, блок 56 срав 21 енця сравнивает состояние счетчика 52 с кодам на входе 17 числа звеньев и в первом каскаде, Если их состояния равны, то на выходе блока 56 сравнения появится активный уровень сигнала, который через элемент 2 - 2 И-ИЛИ 61 передается на выход 16 (при условии, что триггер 70 находится в нуле). По заднему Фронту этого сигнала срабатывает Формирователь 65, который сбрасывает счетч 11 к 52. Подсчет обрабатываемых каналов данных выполняет счетчик 53, блок 58 сравнения сравнивает ега состояние с кодом числа ка- налав обработки на входе 20. Если онц равны, то на выходе блока 59 сравнения формируется признак последнего кацапа. По заднему Фронту этого сигнала формирователь 64 генерирует импульс, сбрась 1 вакций 1 счетчик 53 и счетчик 54 числа циклов обработки, Выход счетчика 53, обьединен 21 ый с выходом счетчика 52, подключен к выходу 32 блока 2 и к вторым адресным входам блоков 9 и 10. Оц определяет адресное разделение Олоков 9 и 10 по каналам обработки. Адресное разделение блока 10 по звеньям, а также адресация отдельных Операндов выполняется с помощью счетчика 52 звеньев.ц блока 43 посредством части кода мцкроцнструкцгц 1 на выходе 29, Елок 59 сравне 2 п 1 я сравнивает состояние выхода счетчика 54 с кодом промежуточного прорежцвания на входе 19; Если оци равны, то на выходе блока 59 сравнения появляется активный уровень сигнала, который устанав.ивает триггер 70 и сбрасывает счетчик 54, Триггер 70 переключает элемент 2-2 И-ИХ 1 И 61 так, что признак :аследнего звена а выходе 16 будст равен ьыходу блока 57 срав 11 енця, который сравнивает состояние счетчика 52 с кодом общего числа зве 1-,ев на входе 18 в первом и втором каскадах ц 1".,ро - вага фильтра. Устаанка трцггсра 70 в состояцие единицы Означает, что следующий цикг, обработки по всем каналам полный, т,е. состоит из двух каскадов звеньев цифрового Фильтра. По окончании каждого ццк:1 а обработки триггер 68 изменяет свое состояние ца инверсное, триггер 69 изменяет свое состояние га инверсное после каждого полного цикла обработки, Эти трц 1 Геры формируют признаки четности (Ч 1 и Ч 2 на Фиг. 2) циклов обработки соответственно первым ц вторым каскадами ц 21 фрового Фильра, Блок2-2 И-ИЛИ 62 каммутирует этц признаки по состоянию второго выхода блока 56 сравнения, который устанавливается в состояние лаг. е,п 1 ицы, когда код счетчика 52 больше кода ца входе 17, т.е. выполняется второй каскад, Признаки четности используются алеком 43 для формирования адресов при выпал 1569 о 66 2кении операций в соответстьци с выражением (1) . Счетчик 55 осуществляет подсчет полных циклов обработки, его состояние сравнивается блоком 60 сравнения с кодом повторного про 5 реживания на входе 21, если они равны, то формируется сигнал разрешающий запись результата Фильтрации в выходной буферный регистр 7, по заднему Фронту этого сигнала формирователь 66 сбрасывает счетчик 55.По каждому фронту частоты дисьретизацки на входе 25 блока 3 управления обменом данных ус"аналлцвается триггер 71 к Формиру т сигнал эаг(роса записи данных во входной буФерный регистр 6. Если сброшен триггер 72, то формирователь 82 генерирует сигнал записи отсчета входного сигнала, ка- щ торый передается на тактовый вход входного буферного регистра 6, При этом по состоянию счетчика 67 детгифратор 88 на одном из выходов 37 формирует сигнал чтения отсчета сигцала 2 с определенного инФормационного ганала. Сигнал с выхода формирователя 82 устанавливает тригге"ы 72, 76 и 77, Триггер 77 разрешает работу блоку 1-1, который после выполнения операций с входным отсчетом генерирует сигнал разрешения записи следующего отсчета во входной буферный регисто 6, Этот сигнал сбрасывает триггеры 72 и 76, запускает формирователь 82. По заднему Фронту сигнала с выхода формирователя 82 счетчик 87 изменяет свое состояние и с помощью дешифратора 88 подключается следующий канал данных. Состояние счетчика 87 сравнивается блоком 89 сравнения с кодом числа каналов на входе 22. При равенстве Формируется активный уровень сигнала, по заднему фронту которого формирователь84 генерирует импульс и сбрасывает триггер 71 и счетчик 87, после чегозапись отсчетов иэ каналов данных прекращается. При обработке последнего канала сигнал с выхода 3 1 сбросит триггер 76 и, если после этогопоследует сигнал сброса обработки,то он установит в ноль триггер 7 иблокирует работу блока 1-1 синхронизации. Если следующий Фрон -.тотыдискретизации на входе 25 .;: .упит до этого сигнала, то триггер 76 установится в единицу и не сброситсятриггер 77, обработка данных продол .жцтся. Триггер 73 устацацлцваетгя ь епи нццу по фронту сигнала с входа 26 блока 3, который синхронизирует сме цу весовых множителей в регистрах и 5. Сиена множителей разрешается при условии,что обрабатывает;я пос - ледццц канал и ус гановлец сигнал ра решения записи во входной буферный регистр 6. При этом осуществляется установка триггера 74 в ноль и пос - редством элемента И 81 устанавливается триггер 75, который разрешает синхронно с тактовой частотой на вх де 24 генерировать два сигнала чтения множителей ца выходе 37 и два сигнала записи в регистры 4 и 5 на выходе 35 соответственно. Сигнал с выхода формирователя 82 устацавлцва ет триггер 74 и запрещает смену мно жителей до завершения обработки отсчетов всех каналов.Для синхронизации чтения данных иэ выходного буферного регистра 7 можно использовать так овый сигнал записи результатов в данный регистр, который входит в состав кода микроинструкпки на вь:ходе 29, Данць.й сцг - нал с выхода 31 ложно подк .с:ть ца выход 37 управлег.ия внешними устройствами ЦФ. Устройство приема данных по этому сигналу фоомцрует сц."цал на вход 27 запроса данных, который посредством выхода 36 може. попключать выходной буферный регистр 7 ца выход 41.Формула и з о б р е т е н ц я1. ЦиФровой фильтр, содержащийблок памяти данных, последовательносоединенных, блок памяти коэффициентов, арифметический блок и регистр,выход которого соединен с вторьм входом арифметического блока и двунаправленным входом-выходом блока памяти данных, а также блок управления, группа. первых выхо,ов,орогосоединена с управляющими входамиарифметического блока, регистра ипервыми управляющими входами блоковпамяти данных и коэффициентов, а первый вход блока управления являетсятактовым входом цифрового филь,р.,отличающий; я те.,)с целью повышения точности Фцльтрацц;и быстродействия, введены входной цвыходной буферные регистры, .; пег;вь.й,второй регистанывходы которых являются первым в: одом цифрового фильтра, вторым входом которого является вход входного буферного регистра, выход которого соетшнен с вторым входом арифметического блока, первый вход которого соецццец с выходами первого и второго р :сгров коэффициентов, а выхоп арифмгт;- ческого блока соединен с входом т) - ходного буферного регистр.-;, выход которого является выходом цифрового фильтра, управляющими входамц с первого по двенадцатый котороо явяются соответствуюптие входы блока управления, соответствующие выхоы ервой группы которого соедицегц с первыми управляющими входами в.сного;. выхоп ного буферных регистрс : пе":. го второго регистров коэфрые управляющие входы к зорь.хиены с вторым выходом блока упртэ;.ения, третий выход которого поелцен с вторыми управляющими входами б."оков памяти данных и коэффициентов., четвертый выход блока управления соединен с вторым управляющим входом входного буферного регистра, пятый и шестой выходы блока управлец,я . вляются первым и вторым управлясими .:ыходами цифрового фильтра, ;ричем первый из них соединен с втори;. управца;.",и входом выходного буферьэ о рогсг;,;,2. фильтр по и. 1, с т . . э ю - Щ и й с я тем, что в б.ок управ.еця, содержащий блок синхронизации, ;срвый вход и группа первых выходов которого является первым входом и групгой первых выходов блока управления, введены блок угравления каналами обработки и блок управления обменом данных, первый выход которого соединен с вторым входом блока сипхронизацитт, третий вход которого является вторым входом блока управления, входамц с третьего по седьмой которого являются входы с первого :.о пятый блока управления каналами ;б;.абот, соответственно, щестойвхо; которого соединен с вторым вы.одом блока синхронизации, четвертый "ход которого соединен с первым выодо Олока управления каналами Обработки, втор .й выход которого является третьим выходом блока управления, четверть, вторым, пятым и ттестым выходами которого являются второй, третин, четверть и пятый выходы блока управлеция обменом данных соответственно, входы с первого по пестойкоторого являются входами с восьмогопо тринадцать блока управлетпя соответственно, а третий выход б:ока уп)о равле ця канаттамц обработ кц соединенседт)ым входом блока управления обмео данных Второ; и восьмой входыь от" рот о соедцс ь с я тьм тходом и третьим выходе:"; блока сцнхроцэацццоответстве.цо311569966 актор В,Бугренкова тор О. Ципл роизводственно-изпатепьс кн:.:. -и"ине -. Заказ 1457ВНИИПИ Госуда венного комите 113035, Москва ФАЗСо тавитель С,МузычукТехред . Хэданич Ко ира 6 1 Подписное по изобрет ниям и открытиям при ГКНТ СССР Ж".аушская наб д, 4/5