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Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein rekursives digitales Filter mit einer Rückkopplung Mehr im einzelnen betrifft die Erfindung ein rekursives digitales Filter mit einer rekursiven Recheneinheit zur Durchführung von arithmetischen Operationen für Eingangsdaten von vorher bestimmten signifikanten Ziffern und zur Abgabe von Ausgangsdaten mit einer gewünschten Frequenzcharakteristik.
Ein herkömmliches rekursives digitales Filter dieser Art ist in Fig 6 gezeigt, wobei an einer Eingangsklemme 1 Datenelemente dem rekursiven digitalen Filter zugeführt werden, mit 2 sind Multiplizierer, mit 3 Addierer, mit 4 Register zur Speicherung von Daten als Verzögerungswerte für die Eingangsdaten, und mit 5 eine Ausgangsklemme bezeichnet, an die die Daten als Ausgangsdaten des rekursiven digitalen Filters abgegeben werden
Jeder der Multiplizierer 2 multipliziert die Daten mit einem Koeffizienten aus der in Fig. 1 gezeigten Koeffiziententabelle Dieses herkömmliche rekursive digitale Filter kann eine arithmetische Operation an wesentlichen Ziffern mit 20 Bit durchführen
Im allgemeinen wird das herkömmliche rekursive digitale Filter zum Beispiel zur Verarbeitung von digitalen Signalen von Audiogeräten verwendet.
Dieses digitale Filter empfangt ein digitales Audiosignal, führt eine vorherbestimmte Operation an den empfangenen digitalen Audiodaten aus und gibt die digitalen Audiosignale ohne Rauschen ab.
Die Multiplizierer 2 in Fig 6 multiplizieren ein Datenelement, wie das an der Eingangsklemme 1 empfangene Eingangsdatenelement, jeweils mit einem Koeffizienten KO usw (siehe
EMI1.1
im (jeweiligen) Additionskreis 3 hinzuaddiert und unter Benützung von im (jeweiligen) Register 4 gespeicherten Daten zeit verzögert Schliesslich wird das gewünschte digitale Audiodatenelement an der Ausgangsklemme 5 abgegeben
Zusätzlich zu diesem Merkmal hat das herkömmliche rekursive digitale Filter einen Rückkopplungsweg, wie in Fig 6 dargestellt ist Wenn Daten an der Eingangsklemme 1 empfangen werden, wird das Ergebnis der Operation über den Rückkopplungsweg zur Eingangsklemme 1 rückgekoppelt So werden Daten, die nicht der Kausalität entsprechen,
an der Ausgangsklemme 5 nach aussen abgegeben
Das bekannte rekursive digitale Filter hat zufolge der vorstehend beschriebenen Konfiguration den Nachteil, dass die Ausgangdaten an der Ausgangsklemme 5 nicht gegen Null konvergieren können, d. h. es kommt durch einen Rundungsfehler, der durch die Operation mit einer beschränkten signifikanten Ziffer, wie der 20 Bit-Ziffer, hervorgerufen wird, zum Phänomen eines Grenzzyklus, selbst wenn das Eingangsdatenelement "0" wird.
Dieses Phänomen wird nun anhand von numerischen Werten mehr im einzelnen erläutert
Zuerst wird ein beliebig angenommenes Datenelement der Eingangsklemme 1 zugeführt Danach wird z. B das Datenelement "0" der Eingangsklemme 1 zugefuhrt Zusätzlich wird, wenn die Daten als Ergebnis der Operation von einem positiven Wert gegen Null gehen, das 20 Bit- Datenelement wie folgt geändert : 000000000000000.0010(2),
000000000000000 0001 (2) und
000000000000000.0000 (2)
Demgemäss nähert sich das 20 Bit-Datenelement bei jeder Wiederholung der Datenabgabe an der Daten-Ausgangsklemme 5 gegen "0". Danach konvergiert das Ausgangsdaium gegen Null.
Das bekannte, in Fig. 6 dargestellte rekursive digitale Filter hat jedoch den Nachteil, dass das Ausgangsdatenelement gegen Null konvergiert und gegen-1 geht, wenn das Ausgangsdatenelement von einem negativen Wert gegen Null geht. Daher ist es schwierig, dass das Ausgangsdatenelement korrekt gegen Null konvergiert. Dieses 20 Bit-Datenelement wird unter Verwendung einer Komplementnotation bezüglich 2 wie folgt ausgedrückt : 1111111111111111.1101 (2),
1111111111111111.1110(2) und
1111111111111111.1111(2), worin das signifikanteste Bit (MSB) ein Vorzeichenbit angibt.
Es ist daher ein Ziel der Erfindung, unter Berücksichtigung der Nachteile der herkömmlichen rekursiven digitalen Filter ein rekursives digitales Filter zur Verfügung zu steilen,das genau den Wert Null an der Ausgangsklemme abgeben kann, wenn der Wert Null (0) als
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Eingangsdatenelement empfangen worden ist.
Das erfindungsgemässe rekursive digitale Filter der eingangs angeführten Art ist gekennzeichnet durch eine Ausgangskompensationseinheit zur Kompensation der von der rekursiven Recheneinheit abgegebenen Ausgangsdaten, wobei das rekursive digitale Filter das Datenelement Null abgibt, wenn der rekursiven Recheneinheit das Datenelement Null zugeführt wird.
Gemäss einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemässen rekursiven digitalen Filters legt die Ausgangskompensationseinheit im vorhinein den Wert eines Rundungsfehlers als festes Datenelement fest, das bei Eingabe des Datenelements Null in die rekursive Recheneinheit gemäss den signifikanten Ziffern der rekursiven Recheneinheit und Koeffizienten, die für die Operation in der rekursiven Recheneinheit verwendet werden, erzeugt wird, und sie addiert das von der rekursiven Recheneinheit zugeführte Ausgangsdatenelement zum festen Datenelement.
Weiters ist es von Vorteil, wenn die rekursive Recheneinheit die arithmetische Operation für das Eingangsdatenelement von m signifikanten Ziffern, mit m = natürliche Zahl, nicht weniger als 2, ausführt und die Ausgangsdaten mit einer gewünschten Frequenzcharakteristik abgibt, wenn eine nächste Schaltung in der dem rekursiven digitalen Filter folgenden Stufe ein Datenelement von n signifikanten Ziffern, mit n = natürliche Zahl, n < m, in den Ausgangsdaten der m signifikanten Ziffern, die vom rekursiven digitalen Filter geliefert werden, verwendet, die Ausgangskompensationseinheit speichert hier im vorhinein ein Datenelement von (m - n) signifikanten Ziffern als festes Datenelement, berechnet von der am wenigsten signifikanten Ziffer in den Ausgangsdaten der rekursiven Recheneinheit,
und addiert die von der rekursiven Recheneinheit gelieferten Ausgangsdaten zum festen Datenelement
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen rekursiven digitalen Filters weist die Ausgangskompensationseinheit eine Code-Festlegungseinheit zur
EMI2.1
sowie einen Additionskreis zur Addition der von der rekursiven Recheneinheit gelieferten Ausgangsdaten mit dem festen Datenelement auf, wenn die Code-Festlegungseinheit entscheidet, dass die von der rekursiven Recheneinheit gelieferten Ausgangsdaten einen negativen Wert haben.
Andererseits hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Ausgangskompensationseinheit ein Register zur Speicherung der festen Datenelemente und einen Additionskreis zur Addition der von der rekursiven Recheneinheit gelieferten Ausgangsdaten mit den im Register gespeicherten festen Datenelementen aufweist Hierbei ist es auch günstig, wenn der Additionskreis eine Mehrzahl von Volladdierem aufweist.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen rekursiven digitalen Filters enthält die Ausgangskompensationseinheit einen Volladdierer, eine Flip-Flop- Schaltung und ein Register, wobei die Flip-Flop-Schaltung das vom Volladdierer gelieferte Ausgangsergebnis der Additionsoperation zwischen den von der rekursiven Recheneinheit gelieferten Ausgangsdaten und dem im Register 10 gespeicherten festen Datenelement um eine Ziffer überträgt, wenn ein Ubertrag erfolgt
In einer bevorzugten Weiterbildung dieser erfindungsgemässen rekursiven digitalen Filter speichert das Register ein beliebiges Datenelement als festes Datenelement, dessen signifikanter Ziffemwert ein Wert ist, der der Differenz zwischen beiden signifikanten Ziffern der rekursiven Recheneinheit und der folgenden Schaltung entspricht,
wenn die signifikante Ziffer der rekursiven Recheneinheit grösser ist als die signifikante Ziffer der folgenden Schaltung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeisplelen noch weiter erläutert. Es zeigen : 1 ein Blockschaltbild eines rekursiven digitalen Filters; Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ausgangskompensationseinheit, die im in Fig. 1 dargestellten rekursiven digitalen Filter enthalten ist ; Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Additionskreises der in Fig 2 dargestellten Ausgangskompensationseinheit ; 4 ein Blockschaltbild einer anderen Ausgangskompensationseinheit ; 5 ein Blockschaltbild noch einer anderen Ausgangskompensationseinheit, und Fig 6 ein Blockschaltbild eines herkömmlichen rekursiven digitalen Filters (wurde bereits beschrieben).
In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform eines rekursiven digitalen Filters
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gezeigt, welches eine Eingangsklemme 1 aufweist, die zur Zuführung von digitalen Daten zu einer rekursiven Recheneinheit des Filters dient, die mit einer Anzahl von Multiplizierern 2 (rekursive Recheneinheiten), Addierern 3 (rekursive Recheneinheiten) und Registern 4 (rekursive Recheneinheiten) zur Speicherung von Verzögerungsdatenelementen, die Verzögerungswerte für die Eingangsdaten angeben, aufgebaut ist ; einer Ausgangsklemme 5 des rekursiven digitalen Filters werden die bearbeiteten Daten als Ausgangsdaten abgegeben.
Zusätzlich zu diesen Komponenten umfasst das in Fig. 1 gezeigte rekursive digitale Filter eine mit der Ausgangsklemme 5 verbundene Ausgangskompensationseinheit 6 zur Kompensation der Ausgangsdaten. Gemäss Fig. 1 multipliziert jeder Multiplizierer 2 die Daten unter Verwendung eines festgelegten Koeffizienten, vgl die in Fig. 1 angegebene Koeffiziententabelle für KO, F11, F12, R11, R21, R12, R22 und R13. Ausserdem führt das rekursive digitale Filter mit der in Fig 1 gezeigten Konfiguration eine arithmetische Operation bei signifikanten Ziffern mit 20 Bit aus
Fig 2 zeigt ein etwas detaillierteres Blockschaltbild der Ausgangskompensationseinheit 6, die im rekursiven digitalen Filter von Fig. 1 enthalten ist. Gemäss Fig 2 ist ein Register 7 fur feste Daten, d. h. zur Speicherung eines festen Datenelements, vorgesehen.
Dieses fixe Datenelement ist ein Löschdatenelement zum Löschen eines Rundungsfehlers Der Wert dieses Rundungsfehlers wird im voraus für den Fall berechnet, dass bei der dargestellten Konfiguration des rekursiven digitalen Filters mit der signifikanten Ziffer und den Koeffizienten, die im Multiplizierer 2 verwendet werden, ein Datenelement Null an der Eingangsklemme 1 zugeführt wird Weiters ist gemäss Fig. 2 ein Addierer (Additionskreis) 8 vorgesehen, der das Ergebnis der arithmetischen Operation der Recheneinheit im rekursiven digitalen Filter immer zu dem in Register 7 gespeicherten festen Datenelement addiert
Fig 3 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels für den Additionskreis 8 der in Fig 2 dargestellten Ausgangskompensationseinheit 6 Dieser Additionskreis 8 ist gemäss Fig 3 mit Volladdiergliedem aufgebaut ;
für jeden dieser Volladdierer 81.... 817, 818,...820 bezeichnen "A" eine Eingangsklemme (den Eingang) und "Y" eine Ausgangsklemme (den Ausgang). Das Ergebnis der Operation der Recheneinheit im rekursiven digitalen 20 Bit-Filter der Ausführungsform gemäss Fig. 1 bis 3 wird an die Eingänge A der Volladdierer 81,... 817,818,.. 820 parallel angelegt, und das feste Datenelement "0000000000000000.0001 (2) " wird einem Eingang B jedes Volladdierers 81,... 817,818,... 820 zugeführt Dann addiert jeder Volladdierer 81, 817,818,... 820 diese Werte, und er gibt das Additionsergebnis am Ausgang Y ab.
Das in Fig. 1 dargestellte rekursive digitale Filter kann zum Beispiel im Bereich der Verarbeitung von digitalen Signalen in verschiedenen Audiogeräten eingesetzt werden. Das rekursive digitale Filter empfängt dabei digitale Datenelemente, bearbeitet diese empfangenen digitalen Datenelemente unter Verwendung einer gewünschten arithmetischen Operation, um Rauschen aus den empfangenen digitalen Datenelementen zu entfernen, und gibt die Audiosignale ab.
Gemäss Fig 1 wird das am Eingang 1 empfangene beliebige Datenelement im jeweiligen Multiplizierer 2 mit einem Koeffizienten multipliziert, der im voraus festgelegt worden ist, und im jeweiligen Addierer 2 einem Additionsvorgang unterworfen sowie unter Verwendung der in den Registern 4 gespeicherten Daten verzögert, um ein Datenelement mit der gewünschten Frequenzcharakteristik zu erhalten. Weiters erfolgt eine Rückkopplung, wobei nach Zufuhrung des Datenelements am Eingang 1 das Ergebnis der Operation zum Eingang 1 rückgekoppelt wird.
Daher können Datenelemente ohne Kausalität am Ausgang 5 abgegeben werden.
Da beim bekannten rekursiven digitalen Filter die arithmetische Operation in herkömmlicher Weise unter der Konfiguration einer 20 Bit signifikanten Ziffer als endliche signifikante Ziffer durchgeführt wird, ist es durch den Rundungsfehler schwierig, die Ausgangsdaten am Ausgang 5 gegen Null konvergieren zu lassen, selbst wenn das Eingangs-Datenelement Null wird, nachdem bereits ein beliebiges Datenelement am Eingang 1 empfangen worden ist, d. h. es kommt im herkömmlichen rekursiven digitalen Filter zu einem Grenzzyklus.
Wenn andererseits das rekursive digitale Filter die in Fig 1 (bzw Fig 2 und 3) dargestellte Konfiguration aufweist, kann der Ausgang 5 das Ausgangsdatenelement Null abgeben, wenn das Eingangsdatenelement Null am Eingang 1 empfangerworden ist.
Im Betrieb speichert das in Fig. 2 dargestellte Fixdatenregister 7 ein Löschdatenelement, um
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einen Rundungsfehler als ein festes Datenelement zu löschen Der Wert des Rundungsfehlers wird im voraus fur den Fall berechnet, dass ein Datenelement "Null" am Eingang 1 zugeführt wird, und zwar auf Basis der Konfiguration des rekursiven digitalen Filters mit der signifikanten Ziffer und den Koeffizienten, die von den Multiplizierem 2 verwendet werden.
Gemäss Fig. 3 ist das im Fixdatenregister 7 gespeicherte feste Datenelement wie folgt.
0000000000000000 0001 (2)
Wie in Fig. 3 dargestellt ist, wird das Ergebnis der arithmetischen Operation des rekursiven digitalen 20 Bit-Filters parallel den Eingangsklemmen A der Volladdierer 81,... 817,818,.
820 zugeführt ("EIN"), die den Additionskreis 8 bilden. Zusätzlich wird das im Fixdatenregister 7 gespeicherte feste Datenelement immer addiert, und dann wird das erhaltene Datenelement über die Ausgangsklemme 5 abgegeben.
Die oben beschriebenen Operationen sollen nachfolgend anhand von realen Datenelementen noch naher beschrieben werden
Zuerst wird am Eingang 1 ein beliebiges Datenelement zugeführt. Danach wird das Datenelement Null an den Eingang 1 angelegt. Wenn in diesem Fall das Ergebnis der Operation von einem positiven Wert gegen Null konvergiert, geht dieses 20 Bit-Datenelement für jeden Datenausgang wie folgt gegen Null,
0000000000000000 0010 (2),
0000000000000000 0001 (2) und
0000000000000000 0000 (2).
Danach konvergiert das Ausgangsdatenelement gegen Null. Das Ausgangsdatenelement ist, wie folgt, annähernd Null, auch wenn das Ergebnis der Operation mit den im Fixdatenregister 7 gespeicherten festen Daten addiert wird
0000000000000000 0001 (2)
Wenn ferner das Ergebnis der Operation von einem negativen Wert gegen Null konvergiert, wird das 20 Bit-Datenelement unter Verwendung einer 2 er-Komplementnotation wie folgt ausgedrückt :
1111111111111111 1101 (2),
1111111111111111.1110 (2) und
1111111111111111 1111 (2), wobei das werthöchste Bit (MSB) ein Vorzeichenbit anzeigt.
So konvergiert das Ausgangsdatenelement gegen Null. Wenn dieses Ausgangsdatenelement und das feste Datenelement zueinander addiert werden, kommt es zu einem Überlauf, sodass es möglich ist, dass das Ausgangsdatenelement gegen Null konvergiert
In der ersten Ausführungsform wird gemäss Beschreibung ein rekursives digitales Filter mit signifikanten 20 Bit-Ziffern verwendet, aber die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, sie kann zum Beispiel für rekursive digitale Filter mit einer beliebigen Zahl signifikanter Bits verwendet werden. In diesem Fall wird das feste Datenelement im Fixdatenregister 7 im vorhinein entsprechend der jeweiligen Anzahl signifikanter Bits festgesetzt Dies hat den gleichen Effekt wie die beschriebene Ausführungsform.
Bei der beschriebenen ersten Ausführungsform konvergiert das Ausgangsdatenelement durch die Addition des im Fixdatenregister 7 gespeicherten festen Datenelements gegen Null, selbst wenn sich das Ergebnis der Operation von einem negativen Wert auf Null ändert. Abweichend hiervon ist es aber zum Beispiel auch möglich, im Fixdatenregister 7 das feste Datenelement einzustellen. Dieses feste Datenelement wird von Null um einen sehr geringen Wert verschoben, wenn dies keine Auswirkungen hat, dass sich dieses feste Datenelement nachteilig auf nachfolgende Schaltkreise auswirkt, die sich hinter der Stufe mit dem digitalen rekursiven Filter befinden.
Wie beschrieben, wird beim rekursiven digitalen Filter in der ersten Ausführungsform im voraus auf Basis der Konfiguration der im rekursiven digitalen Filter enthaltenen Recheneinheit, des Werts der signifikanten Stellen und der Koeffizienten, die von den Multiplizierem 2 verwendet werden, ein Rundungsfehler berechnet, wenn das Eingangsdatenelement "0" am Eingang zugeführt wird. Ausserdem werden das feste Datenelement, das den Wert des Rundungsfehlers löschen kann, und das Ergebnis dei Operation des rekursiven digitalen Filters immer im Additionskreis 8 addiert.
Daher kann das rekursive digitale Filter gemäss Fig. 1 bis 3
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genau das Ausgangsdatenelement Null abgeben, wenn das Eingangsdatenelement Null zugeführt wird
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der Ausgangskompensationseinheit 60 im rekursiven digitalen Filter.
In Fig 4 ist ein Volladdierglied 9 gezeigt, das an ein Register 10 sowie an eine Flip-Flop- Schaltung 11 angeschlossen ist Die anderen Komponenten des Filters sind die gleichen wie diejenigen der ersten Ausführungsform.
Auch bei dieser Ausführungsform gemäss Fig. 4 wird im voraus auf Basis der Konfiguration der arithmetischen Recheneinheit im rekursiven digitalen Filter, des Werts der signifikanten Ziffer und der Koeffizienten, die von den Multiplizieren 2 verwendet werden, ein Rundungsfehler für den Fall berechnet, dass das Eingangsdatenelement "0" dem Eingang des rekursiven digitalen Filters zugeführt wird Zusätzlich wird das feste Datenelement, das den Wert des Rundungsfehlers mit Hilfe des Additionskreises löschen kann, im Register 10 gespeichert Gemäss Fig 4 wird das feste Datenelement 0001 (2) verwendet.
Das Ergebnis der Operation des rekursiven digitalen Filters von 20 Bit wird dem Eingang A des Volladdierers 9 zugeführt, und die festen Daten von 4 Bit, die im Fixdatenregister 7 gespeichert sind, werden an den Eingang B des Volladdierers 9 gelegt Der Volladdierer 9 berechnet deren Summe Die Flip-Flop-Schaltung 11 addiert "1"zur oberen Zahl, wenn bei der Additionsoperation ein Übertrag erfolgt
Das Ausgangsdatenelement kann somit zufolge der beschriebenen Konfiguration der Ausgangskompensationseinheit 60 gemäss Fig 4 gegen Null konvergieren.
Dies hat den gleichen Effekt wie die erste Ausführungsform
Wenn die Ausgangskompensationseinheit 60, wie anhand von Fig 4 beschrieben, einen Volladdierer 9, ein Register 10 und eine Flip-Flop-Schaltung 11enthält, ist es möglich, die Anzahl der Volladdierer 9 im Vergleich zur Ausgangskompensationseinheit 6 gemäss der ersten Ausführungsform (vgl. Fig. 3) zu reduzieren und im rekursiven digitalen Filter die Ausgangskompensationseinheit 60 in einer einfachen Konfiguration auszubilden.
Bei den bisher beschriebenen rekursiven digitalen Filtern wird der Wert eines in einem Register 7 gespeicherten festen Datenelements im Hinblick auf die Konfiguration der Recheneinheiten im rekursiven digitalen Filter, auf die signifikanten Ziffern und die Koeffizienten, die in den Multiplizierern 2 verwendet werden, im voraus berechnet und eingestellt. In der nun zu beschreibenden dritten Ausführungsform der Ausgangskompensationseinheit wird hingegen das feste Datenelement gemäss der signifikanten Ziffer der Recheneinheit im rekursiven digitalen Filter und einer signifikanten Ziffer einer Schaltung, die sich in einer folgenden Stufe des rekursiven digitalen Filters befindet, im voraus berechnet und gegebenenfalls im Festdatenregister 7 eingestellt.
In der nachfolgenden Beschreibung wird beispielhaft angenommen, dass die signifikante Ziffer des rekursiven digitalen Filters 20 Bit und die signifikante Ziffer der in der nächsten Stufe befindlichen folgenden Schaltung 16 Bit ist.
Wie für die rekursiven digitalen Filter des Standes der Technik und der ersten Ausführungsform beschrieben, wird zunächst, wenn das Datenelement Null am Eingang 1 angelegt wird, nachdem zuvor ein beliebiges Datenelement dem Eingang 1 zugeführt worden ist, und wenn das Datenelement als Ergebnis der arithmetischen Operation von einer positiven Zahl gegen Null konvergiert, die Änderung des 20 Bit-Datenelements wie folgt ausgedrückt:
0000000000000000.0010 (2),
0000000000000000 0001 (2) und
0000000000000000 0000 (2)
Das Ausgangsdatenelement ist also bei jeder Abgabe der Ausgangsdaten am Ausgang 5 fast gleich Null. Danach konvergiert das Ausgangsdatenelement gegen Null.
Wenn weiters das Ergebnis der arithmetischen Operation von einem negativen Wert gegen Null konvergiert, wird das 20 Bit-Datenelement unter Verwendung einer 2er-Komplementnotation wie folgt ausgedrückt
1111111111111111. 1101 (2),
1111111111111111.1110 (2) und
1111111111111111. 1111 (2).
Der Wert konvergiert also gegen -1.
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Wenn ein Wert im Bereich der folgenden zwei Werte als das im Fixdatenregister 7 gespeicherte feste Datenelement, nämlich von
0000000000000000. 0001 (2) bis
0000000000000000.1111 (2), festgelegt wird, kann der Ausgangswert am Ausgang 5 gegen Null gehen, wenn er von einem positiven Wert gegen Null konvergiert, da die signifikante Zahl der folgenden Schaltung 16 Bit ist Wenn der Ausgangswert weiters von einem negativen Wert gegen Null konvergieren kann, geht er gegen Null, indem er einen Überlauf bewirkt.
Dieses Phänomen wird unter Verwendung realer Datenelemente im folgenden erläutert. Es wird zum Beispiel das folgende Datenelement als das feste Datenelement im Fixdatenregister 7 eingestellt:
0000000000000000.1111 (2).
Wenn der Ausgangswert von einem positiven Wert gegen Null konvergiert, werden die ersten zwei der folgenden Werte addiert.
0000000000000000. 0000 (2)
0000000000000000.1111 (2)
0000000000000000.1111 (2).
Das letzte der drei oben angeführten Datenelemente gibt den Ausgangswert am Ausgang 5 an Da in diesem Fall die signifikante Ziffer der nächsten Schaltung, die sich in der Stufe nach der Stufe des rekursiven digitalen Filters befindet, 16 Bit ist, verwendet die nächste Schaltung nur die ersten 16 Bit
0000000000000000 (2) im 20 Bit-Ausgangsdatenelement Daher wird dieser Ausgangswert von der nächsten Schaltung mit der signifikanten 16 Bit-Ziffer als Null betrachtet
Wenn weiters das Ausgangsdatenelement von einem negativen Wert gegen Null konvergiert, werden die ersten beiden der folgenden Werte addiert.
1111111111111111. 1111 (2)
0000000000000000.1111 (2)
0000000000000000.1110 (2).
Das letzte der drei oben beschriebenen Datenelemente bezeichnet den Ausgangswert an der Ausgangsklemme 5 Da die signifikante Ziffer der nächsten Schaltung, in der nächsten Stufe nach dem rekursiven digitalen Filter, 16 Bit ist, verwendet die nächste Schaltung nur die ersten 16 Bit
0000000000000000 (2) im 20 Bit-Ausgangsdatenelement.
Daher wird dieser Ausgangswert von der nächsten Schaltung mit der signifikanten 16 Bit-Ziffer als Null angenommen
Wenn die signifikante Ziffer der Recheneinheit im rekursiven digitalen Filter grösser ist als die signifikante Ziffer der folgenden Schaltung, und wenn ein beliebiger Wert, der der Differenz der beiden signifikanten Ziffern der beiden Schaltungen entspricht, als festes Datenelement im Fixdatenregister 7 festgelegt wird, wird der vom rekursiven digitalen Filter gelieferte Ausgangswert von der folgenden Schaltung also als Null angesehen
Bei der zuletzt beschriebenen Ausführungsform wird also ein beliebiger Wert in Entsprechung zur Differenz der beiden signifikanten Stellen der beiden Schaltungen als festes Datenelement im Fixdatenregister 7 eingestellt,
wenn die signifikante Ziffer der Recheneinheit im rekursiven digitalen Filter grösser ist als die signifikante Ziffer der folgenden Schaltung. So ist es möglich, den Einstellbereich dieses festen Datenwerts zu erweitern Zusätzlich zu diesem Effekt wird der vom rekursiven digitalen Filter abgegebene Ausgangswert von der folgenden Schaltung als Null angesehen, selbst wenn Null dem rekursiven digitalen Filter zugeführt wird. So kann verhindert werden, dass das rekursive digitale Filter die ihm nachgeordnete Schaltung negativ beeinflusst.
Fig. 5 ist ein Blockschaltbild einer anderen Ausgangskompensationseinheit 70, gemäss einer vierten Ausführungsform der Erfindung Die Ausgangskompensationeinheit 70 ist von einem anderen Typ, verglichen mit den bisher beschriebenen Ausgangskompensationseinheiten. In Fig. 5 ist eine Code-Festlegungseinheit 12 zur Festlegung des Werts des Codes des Ergebnisses der Operation des rekursiven digitalen Filters gezeigt.
Ein Additionkreis 8 addiert das resultierende Datenelement des rekursiven digitalen Filters nur dann zum im Fixdatenregister 7 gespeicherten festen Datenelement, wenn die Code-
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Festlegungseinheit 12 entscheidet, dass der Code des Ergebnisses der arithmetischen Operation des rekursiven digitalen Filters einen negativen Wert hat Die übrigen Komponenten der Ausgangskompensationseinheit 70 des rekursiven digitalen Filters sind die gleichen wie jene der Ausgangskompensationseinheit 6 der ersten Ausführungsform
Wenn bei der Ausfuhrungsform gemäss Fig 5 zum Beispiel das folgende Datenelement
1111111111111111 1111 (2) erhalten und am Ausgang 5 als Ergebnis der arithmetischen Operation des rekursiven digitalen Filters abgegeben wird,
erkennt die Code-Festlegungseinheit 12 das höchste Bit in diesem Datenelement Da der Code des höchsten Bit in diesem Fall "1" ist, entscheidet die Code- Festlegungseinheit 12, dass dieses Datenelement einen negativen Wert hat. Der Additionskreis 8 addiert das Ergebnis der arithmetischen Operation des rekursiven digitalen Filters daher in diesem Fall zum im Fixdatenregister 7 gespeicherten Datenelement
Wenn das feste Datenelement zum Beispiel
0000000000000000 0001 (2) ist, wird am Ausgang 5 folgendes Datenelement abgegeben
0000000000000000 0000 (2).
In diesem Fall ist die Funktionsweise gleich wie bei der ersten Ausführungsform
Wenn das Ergebnis der arithmetischen Operation andererseits
0000000000000000 0000 (2) ist, so erkennt die Code-Festfegungseinheit 12 das höchste Bit des Ergebnisses der arithmetischen Operation als positiven Wert, da er "0" ist.
Da der Additionskreis 8 zum Ergebnis der arithmetischen Operation der im rekursiven digitalen Filter enthaltenen Recheneinheit nur dann das im Fixdatenregister 7 gespeicherte feste Datenelement addiert, wenn die Code-Festlegungseinheit 12 feststellt, dass das höchste Bit des berechneten Datenelements einen negativen Wert hat, wird in diesem Beispiel das Datenelement
0000000000000000.0000 (2) direkt als Ausgangsdatenelement des rekursiven digitalen Filters am Ausgang 5 abgegeben.
Beim rekursiven digitalen Filter nach der ersten Ausführungsform (Fig. 1 bis 3) wird das Ergebnis der Operation zum festen Datenelement addiert, selbst wenn das Ergebnis der Operation gegen Null konvergiert, und es wird das folgende Datenelement erhalten
0000000000000000 0000 (2).
Demgemass wird hier das Datenelement
0000000000000000 0001 (2) am Ausgang 5 als Ausgangsdatenelement abgegeben Im Gegensatz dazu kann gemäss der vierten Ausführungsform der vorstehende Fehler nicht im rekursiven digitalen Filter entstehen.
In der Ausführungsform gemäss Fig. 5 addiert der Additionkreis 8 zum Ergebnis der arithmetischen Operation der Recheneinheit im rekursiven digitalen Filter nur dann das im Fixdatenregister 7 gespeicherte feste Datenelement, wenn die Code-Festlegungseinheit 12 entscheidet, dass das höchste Bit des berechneten Datenelements einen negativen Wert hat.
Die Erfindung wird dadurch aber nicht eingeschränkt Es kann zum Beispiel der gleiche Effekt erzielt werden, wenn der Wert zum Löschen des Rundungsfehlers und der Wert "0" im vorhinein im Fixdatenregister 7 gespeichert werden, und der Additionskreis 8 addiert zum Ergebnis der arithmetischen Operation der Recheneinheit im rekursiven digitalen Filter dann das feste Datenelement zum Löschen des Rundungsfehlers, wenn die Code-Festlegungseinheit 12 entscheidet, dass das höchste Bit des Datenelements als Ergebnis der Operation einen negativen Wert hat, hingegen addiert er zum Ergebnis der arithmetischen Operation des rekursiven digitalen Filters das feste Datenelement Null, wenn die Code-Festlegungseinheit 12 entscheidet, dass das höchste Bit des berechneten Datenelements ein positiver Wert ist So kann ein rekursives digitales Filter zur Verfügung gestellt werden,
das das Auftreten eines Fehlers von unendlich kleinem Wert verhindern kann, der durch die Addition des festen Datenelements entsteht, auch wenn das Ergebnis der arithmetischen Operation gegen Null konvergiert
Wie vorstehend im Detail beschrieben, enthält das vorliegende rekursive digitale Filter eine
EMI7.1
rekursiven digitalen Filter enthaltenen Recheneinheit kompensieren kann, sodass der Wert "Null"
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als Ausgangsdatenelement des rekursiven digitalen Filters abgegeben wird, wenn Null als Eingangsdatenelement eingegeben wird.
Weiters wird ein Rundungsfehler, der entsteht, wenn der im rekursiven digitalen Filter enthaltenen Recheneinheit der Wert Null als Eingangsdatenelement zugeführt wird, als festes Datenelement eingestellt, und die Ausgangskompensationseinheit des rekursiven digitalen Filters addiert zum Ausgangsdatenelement als Ergebnis der Operation der Recheneinheit dieses feste Datenelement. So ist es möglich, den Effekt zu erzielen, dass der Wert Null genau als Ausgangsdatenelement des rekursiven digitalen Filters abgegeben werden kann, wenn der Wert Null als Eingangsdatenelement zugeführt wird.
Wenn weiters die im rekursiven digitalen Filter enthaltene Recheneinheit ein Datenelement von m Ziffern, mit m = natürliche Zahl, nicht kleiner als 2, bearbeitet und eine Schaltung in einer folgenden Stufe des rekursiven digitalen Filters ein Datenelement von n Ziffern, mit n < m, n = natürliche Zahl, bearbeitet, können die (m - n) Ziffern des Ausgangsdatenelements, berechnet von der am wenigsten signifikanten Ziffer, im vorhinein als festes Datenelement gespeichert werden, und die im rekursiven digitalen Filter enthaltene Ausgangskompensationseinheit addiert das Ausgangsdatenelement der Recheneinheit mit diesem festen Datenelement So ist es möglich, den Einstellbereich des festen Datenelements zu erweitern.
Zusätzlich zu diesem Effekt ist es möglich, ein rekursives digitales Filter zu erhalten, das eine Beeinflussung der folgenden Schaltung vermeiden kann, da das Ausgangsdatenelement des rekursiven digitalen Filters von der nächsten Schaltung als Null-Wert angenommen wird, wenn der Wert Null als Eingangsdatenelement eingegeben wird.
Die Ausgangskompensationseinheit kann weiters eine Code-Festlegungseinheit zur Festlegung oder Erkennung des Codes des Ausgangsdatenelements der im rekursiven digitalen Filter enthaltenen Recheneinheit aufweisen, und der Additionskreis addiert zum Ausgangsdatenelement der Recheneinheit das feste Datenelement dann, wenn die Code- Festlegungseinheit entscheidet, dass der Code des Ausgangsdaieneiements dei Recheneinheit einen negativen Wert hat. Daher ist es möglich, ein rekursives digitales Filter zur Verfügung zu stellen, das das Auftreten eines Fehlers von infinit kleinem Wert vermeidet, der durch die Addition des festen Datenelements entsteht, auch wenn das Ausgangsdatenelement der Recheneinheit gegen Null konvergiert.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Rekursives digitales Filter mit einer rekursiven Recheneinheit zur Durchführung von arithmetischen Operationen für Eingangsdaten von vorher bestimmten signifikanten Ziffern und zur Abgabe von Ausgangsdaten mit einer gewünschten Frequenzcharakteristik, gekennzeichnet durch eine Ausgangskompensationseinheit (6,60, 70) zur Kompensation der von der rekursiven Recheneinheit (2,3, 4) abgegebenen Ausgangsdaten, wobei das rekursive digitale Filter das Datenelement Null abgibt, auch wenn der rekursiven
Recheneinheit (2, 3, 4) das Datenelement Null zugeführt wird.