Цифровой фильтр

 

1. ЩадРОВОЙ ФИЛЬТР, содержащий п -разрядньй квантователь, п каналов фильтрации, каждый из которых включает элемент задержки, и цифроаналоговый преобразователь, о т л ичающийсЯ тем, что, с целью повышения точности фильтрации, введены блок логической обработки, включенный между соответствующими выходами п. каналов фильтрации и соответстВ5ПОЩИМИ входами цифроаналогового преобразователя, а в i-й (где t 1, .. . ,П) канал фильтрации введены дополнительный элемент задержки и М блоков фильтрации, причем в i-ом канале фильтрации первьй блок фильтрации выполнен на элементах ИЛИ-НЕ и И-НЕ, первые входы ксэторых непосредственно , а вторые .входы соответственно через элемент задержки и дополнительньй элемент задержки объединены и подключены к 1-му выходу квантователя , выход элемента ИЛИ-НЕ является первым выходом первого блока фильтрации , вторым выходом которого является выход элемента И-НЕ, 1-и (где g 2,...,m) блок фильтраций состоит из 2Г селекторов по длительности, каждый из которых выполнен на элементах РШИ-НЕ и И-НЕ, первые входы которых непосредственно, а вторые входь через соответствующий элемент задержки объединены и являются входом селектора по длительности, первым выходом которого является выход элемента И-НЕ, а вторым выходом - выхоД элемента ИЛИ-НЕ, при этом первый и второй выходы первого блока фильтрации подключены к входам соответственно первого и второго селекторов по длительности второго блока фильтрации , первый выход к-го (где К 1, .. i, 23 ) ® селектора по длительности блока (/) фильтрации подключен к входу

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН, з»59 Н 03 Н 17/00

Т «ф;,.ац, f Ý паха»ь — -* —.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ х,=1,...,р

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3375567/18-09 (22) 04.01.82 (46) 23.08.84. Бюл. 31 (?2) О.А. Ханджян (71) Всесоюзный научно-исследовательс-, кий и испытательный институт медицинской техники (53) 621.396.6(088.8) (56) 1, Авторское свидетельство СССР

У 465715, кл. Н 03 Н 11/00, 1973, 2. Гольденберг Л.М. и др. Цифровые, устройства на интегральных схемах в технике связи. M., "Связь", 1979, с. 141-142, рис. 5.14 (прототип). (54)(57) 1. ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР, содержащий и -разрядный квантователь, каналов фильтрации, каждьп» из которых включает элемент задержки, и цифроаналоговый преобразователь, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности фильтрации, введены блок логической обработки, включенный между соответствующими выходами »1 каналов фильтрации и соответствующими входами цифроаналогового преобразователя, а в i -й (где Ъ = 1, ...,»») канал фильтрации введены дополнительньп» элемент задержки и Рп блоков фильтрации, причем в ».-ом канале фильтрации первый блок фильтрации выполнен на элементах ИЛИ-НЕ и

И-НЕ, первые входы которых непосредственно, а вторые .входы соответственно через элемент задержки и дополнительный элемент задержки объединены и подключены к ь-му выходу квантователя, выход элемента ИЛИ-НЕ является первым. выходом первого блока фильтрации, вторым выходом которого является выход элемента И-HE, C -»й »(где

<0 3 шкодя А = 2,...,m) блок фильтрацн»» состоит из 20 " селекторов по длительности, каждый из которых выполнен на элементах ИЛИ-НЕ и И-НЕ, первые входы которых непосредственно, а вторые входь через соответствующий элемент задержки объединены и являются входом селектора по длительности, первым выходом которого является выход элемента И-НЕ, а вторь»м выходом — выход элемента ИЛИ-НЕ, при этом первый и второй выходы первого блока фильтрации подключены к входам соответственно первого и второго селекторов по длительности второго блока фильтрации, первый выход к -ro (где » = 1,...,2 ) Е селектора по длительности -ro блока фильтрации подключен к входу (2 -1)-го Юб селектора по длительности (1+1)-го, кромещ-ro блока фильтрации, второй выход -го селектора по длительности Я

j -го блока фильтрации — к входу 2к-ro селектора по длительности (j+1)-ro, кроме »»»-ro блока фильтрации, а выходы селекторов по длительности

М»-ro блока фильтрации являются выходами ь -ro канала фильтрации.

2. Фильтр по и. 1, отличаюшийся тем, что блок логической обработки выполнен на элементах ИЛИ и И, реализующих уравнение

g9) ф»1 (Р-»1 .- al, » + q,-4 Хс| ) где р = 1 2 — количество входов (выходов) блока логической фв обработки;

g =1,...,р — значения выходных -сиг- налов блока логической обработки; значения входных сигналов блока логической обработки.

1 1 l09

Изобретение относится к устройствам дискретно-аналоговой обработки сигналов и может быть применено конструировании систем связи, обработке изображений.

Известен аналого-цифровой фильтр, содержащий аналого-цифровой преобразователь, блоки матричного умножения, блок вероятностного округления, блок памяти, динамический блок памяти, 10 сумматоры, цифроаналоговый преобразователь. Фильтр в зависимости от величины коэффициентов пропорциональности может быть рекурсивным или нерекурсивным (13.

Недостатком такого устройства является сложность реализации, требующая использования большого числа пе- ремножителей. В устройствах фильтрации для входных последовательностей конечной длины не обеспечивается вычисление значений, близких к концам этой последовательности, что не обеспечивает достаточной точности фильтрации. 25

Наиболее близким техническим решением к предложенному является цифровой фильтр, содержащий о-разрядный квантователь,е каналов фильтрации, каждый из которых включает элемент задержки, и цифроаналоговый преобра-, зователь С21.

Известный цифровой фильтр также не обеспечивает достаточной точности фильтрации.

Цель изобретения — повышение точности фильтрации.

Цель достигается. тем, что в цифро-" вой фильтр, содержащий -разрядный квантователь,tq каналов фильтрации, каждый из которых включает элемент задержки, и цифроаналоговый преобразователь, введены блок логической

I обработки, включенный между соответ ствующими выходами и каналов фильтра- 5 ции и соответствующими входами цифроаналогового преобразователя, а в $-й (где .i = 1,...,е) канал фильтрации введены дополнительный элемент задержки и еП блоков фильтрации, причем в < -ом ка-M ,нале фильтрации первый блок фильтрации выполнен на элементах ИЛИ-НЕ и

И-НЕ, первые входы которых непосредственно, а вторые входы соответственно через элемент задержки и дополни- 55 тельный элемент задержки объединены и подключены к ъ-му выходу квантователя, выход элемента ИЛИ-НЕ является

888 . 3 первым выходом первого блока фильтрации, вторым выходом которого является .выход элемента И-НЕ, Д -й (где

2,...,М) блок фильтрации состоит из 2 селекторов.по длительности, каждый из которых выполнен на элементах ИЛИ-НЕ и И-НЕ, первые входы которых непосредственно, а вторые входы . через соо=ветствующий элемент задержки объединены и являются входом .се.лектора по длительности, первым выходом которого является выход элемента И-НЕ; а вторым выходом — выход элемента ИЛИ-НЕ, при этом первый и второй выходы первого блока фильтрации подключены к входам соответственно первого и второго селектора по г длительности второго блока фильтрации, первый выход К -ro (где ы = 1,...,2> ) селектора по длительности -го блока фильтрации подключен к входу (2К-1)ro селектора по длительности (, +1)-ro кроме е-го, блока фильтрации, второй выход t.-ro селектора по длительности

j -го блока фильтрации — к входу 2К-ro селектора по длительности (+1)-го, кромею -ro, блока фильтрации, а вы-ходы селекторов по длительности N-ro блока фильтрации являются выходами

} -го канала фильтрации.

Блок логической обработки выполнен на элементах ИЛИ и И, реализующих уравнение

; е® й-1 е-1 - - g + Е,„, Яс Xq ) где р =и 2 — количество входов (выHl .

° ходов) блока логической обработки;

"°

=1,...,р — значения выходных сигСе1 налов блока логической обработки; хо = 1,...,р — значения входных сигна- лов блока логической обработки.

На чертеже представлена структур- . ная электрическая схема цифрового фильтра (для 2-разрядного квантователя и двух блоков фильтрации, .т.е.

1в 2,ет1 =2), Цифровой фильтр содержит 2-разрядный квантователь 1, два канала 2- 1 и 2-2 фильтрации, каждый из которых состоит из двух блоков 3-1-1,3-1.-2, 3-2-1 и 3-2-2 фильтрации, блок 4 логической обработки, цифроанал6говый преобразователь 5.

Первый блок 3-1-1 фильтрации (для первого канала 2-1 фильтрации образо1109888 с ван подключением к каждому из его входов элемента ИЛИ-НЕ 6-1-1, элемента И-НЕ 7-1-1 и элементов 8-1-1 задержки.и дополнительного элемента

9-1-1 задержки на период центральной (резонансной) частоты цифрового фильтра.

Во втором блоке 3-2-1 фильтрации содержится два селектора rro длительности, первый из *оторых выполнен на элементах И-НЕ 6-2-1 и ИЛИ-НЕ

7-2"1, элементах 8-2-1 и 9-2-1 задержки, а второй — на элементах

И-НЕ 6-2-2 и ИЛИ-НЕ 7-2-2, элементах

8-2-2 и 9-2-2 задержки.

Блок 4 логической обработки выполнен на элементах И и ИЛИ.

Цифровой фильтр работает следующим образом.

При поступлении входного аналогового сигнала.он квантуется с помощью квантователя 1. Полученные на его выходе стандартные по амплитуде импульсы с различной длительностью поступают на блоки 3-1 -1 и 3-1-2 фильтрации.

Длительность задержки-одинакова и равна периоду центральной (резонансной) выделяемой в фильтре частоты. В результате выполнения логических операций и задержки длительности изменяется и увеличивается их количество. При этом для синусоидального сигнала, частота которого совпадает с центральной частотой фильтра при выполнении логических операций И и

ИЛИ после задержки на период, длительности импульсов не будут изменяться, так как такая задержка просто приводит к их точному наложению.

Поэтому после перегруппировки на выходе блока 4 логической обработки они будут занимать в четыре раза больше выходных шин. На выходе цифроаналогового преобразователя 5 им будут соответствовать такой же сину- соидальный сигнал учетверенной амплитуды. нения логических операций часть длительностей будет расширена, а часть обужена. В результате часть длительностей, соответствующих крайним сверху и крайним снизу частям сигнала будет либо тождественно обращаться в ноль, либо в единицу. Поэтому общее число длительностей, отличных от

10 тождественных, будет меньше, чем учетверенное число длительностей на входе.

Таким образом в результате прохождения синусоидальных сигналов происC

t5 ходит их неравномерное усиление, которое максимально для выделяемой частоты, что соответствует увеличению доли выделяемой частоты в суммарном входном сигнале.

Упорядоченную форму выходного сигнала позволяет получить блок 4 логической обработки, последовательно подсоединенный к второму блоку 3-2-1 или 3-2-2 фильтрации..

Количество входных шин блока 4

25 логической обработки соответствует количеству выходных шин второго блока

3-1-2 фильтрации двух каналов 2-1 и

2-2 фильтрации. Блок 4 логической

ЗО обработки работает таким образом что.

Э все последовательности импульсов выстраиваются упорядоченно по шинам квантования в соответствии с их длительностью.

Если, например, логическая единиЗ5 ца будет на самой верхней входной шине блока 4 логической обработки, а на всех остальных входных шинах будут в это время нули, то, проходя через элементы ИЛИ, расположенные вдоль

40 правой стороны пирамиды, эта логическая единица переместится на самую нижнюю выходную шину.

Пусть теперь логическая единица будет на самой верхней входной шине

45 блока 4 логической обработки и на всех входных шинах, исключая вторую сверху шину. Тогда логические единицы на входных шинах, начиная с третьей сверху, будут в результате взаимо50 действия проходить на. соответствующие им выходные шины. В то же время будет обеспечено перемещение логической единицы на вторую выходную шину, которая пройдет через элемейт И с

55 левой стороны пирамиды.

При отклонении частоты синусоидального сигнала в ту или иную сторону от выделяемой частоты увеличение числа длительностей будет меньше и поэтому амплитуда на выходе цифроаналогового преобразователя 5 будет увеличиваться менее чем в четыре раза. Это вызвано тем, что при наложении после сдвига на период центральной выделяемой частоты и выполСогласно логике работы этого блока на самом нижнем уровне располагаются последовательности наибольшей дли I

1109888

S тельности, на втором уровне — с меньшей длительностью и т.д. Тем самым обеспечивается восстановление единой формы сигнала, разнесенной и раздробленной из-за операций квантования и логической обработки, приводящей к увеличению точности фильтрации.

1109888

ВНИИПИ Заааз 6 100/41 Тираа 862 Подписиое

Филиал ШШ "Патввт", з.Ужгород, уа.Проектиак, 4