DE2929899A1 - Digitales filter. - Google Patents

Digitales filter.

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Description

  • Digitales Filter
  • Beschreibung Die Erfindung betrifft ein digitales Filter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 2.
  • Derartige Filter werden zum digitalen Filtern von Meßsignalen, insbesondere zum digitalen Glätten verrauschter Meßsignale verwendet. Der das Filtern besorgende Rechner berechnet aus einer Vielzahl aufeinanderfolgender digitalisierter Meßsignalwerte einen Wert des gefilterten Meßsignales. Hierzu werden unterschiedliche Filterprogramme verwendet, die jeweils dem theoretisch zu erwartenden Idealverlauf des Meßsignales angepaßt sind, was jedoch hier im einzelnen nicht interessiert. Ganz gleich, welche Filterprogramme verwendet werden, die gleichzeitige Verwendung zeitlich vor und zeitlich nach dem gerade betrachteten Meßsignalwert liegender anderer Meßsignalwerte bringt es mit sich, daß ein gefilterter Meßsignalwert gegenüber dem vom Meßfühler abgegebenen Meßsignalwert zeitlich verzögert ist. Nun kann der zeitliche Abstand aufeinanderfolgender digitalisierter Meßsignalwerte schon deshalb nicht beliebig klein gewählt werden, weil bei einem kontinuierlichen Signalfluß durch den Rechner nach dem Kontinuitätsprinzip die Digitalisierungsperiode des Analog/Digitalwandlers nicht kürzer sein kann als die vom Rechner zum Berechnen eines gefilterten Signalwertes benötigte Zeit. Diese Zeitspanne wird nachstehend auch als Arbeitsperiode des Rechners bezeichnet. Sie beträgt bei den heute gängigen Prozeßrechnertypen und bei Verwendung von größenordnungsmäßig 100 digitalisierten Meßsignalwerten (Stützpunkten) zur Berechnung eines gefilterten Meßsignal wertes größenordnungsmäßig 20 ms. Dies bedeutet, daß das digital gefilterte Meßsignal um die Größenordnung von Sekunden gegenüber dem vom Meßfühler bereitgestellten Signal verzögert ist.
  • Nun ist es insbesondere zur Untersuchung des dynamischen Verhaltens von Systemen,aber auch bei der Untersuchung der Abhängigkeit des Meßsignales von einem zweiten Signal von großer Bedeutung, daß eine einwandfreie Zuordnung auch des gefilterten Meßsignales zu diesem anderen Signal erhalten bleibt. Dieses andere Signal kann bei der Untersuchung von Zeitabhängigkeiten auch ein monoton mit der Zeit anwachsendes Rampensignal sein; das zweite Signal kann aber auch ein echtes zweites Meßsignal sein. Als Beispiele hierfür seien genannt: auf dem Gebiet der optischen Spektroskopie das An-und Abklingverhalten der Emission von Licht durch eine Pr¢-be nach Bestrahlung mit Licht bzw. auf dem Gebiet der Elektronenspinresonanz die Mikrowellenabsorption in einer Probe in Abhängigkeit vom angelegten statischen Magnetfeld. Man könnte nun daran denken, das zweite Signal f'lrCh ein RC-Glied oder ein Laufzeitglied entsprechend di Meßsignal zu verzögern. Dies stößt aber schon deshalb auf Schwierigkeiten, weil derartige Verzögerungseinrichtungen im Sekundenbereich nur sehr schwierig zu realisieren sind und darüber hinaus zu ganz erheblichen unerwünschten Verformungen des zweiten Signales führen.
  • Durch die vorliegende Erfindung soll daher ein digitales Filter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 2 so weiter gebildet werden, daß eine durch die Filterung unbeeinflußte Zuordnung des Meßsignales zu einem zweiten Signal erhalten wird.
  • Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Filter gemäß Anspruch 1 bzw. 2.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Filter gemäß Anspruch 1 wird das zweite Signal in dem zweiten Schiebespeicher genau gleich zeitig verzögert wie das erste Meßsignal durch die Bearbeitung im Rechner. Dies ist zum einen dadurch sichergestellt, daß man den Analog/Digitalwandler und den Schiebespeicher für das zweite Signal genauso vom das Meßsignal verarbeitenden Rechner her taktet wie den Analog/Digitalwandler und den Schiebespeicher für den Meßwert selbst.
  • Da der Rechner an seiner Taktausgangsklemme immer dann ein eine neue Digitalisierung des Meßsignales startendes und das Schieberegister zur Aufnahme eines weiteren Meßsignalwertes weiterschaltendes Taktsignal bereitstellt, wenn ein neuer gefilterter Wert errechnet worden ist (eine Arbeitsperiode zu Ende ist), erfolgt das Weiterschieben der digitalisierten Werte des zweiten Signales im zweiten Schiebespeicher genau synchron zum Weiterschieben der Daten im ersten Schiebespeicher und zum Abgeben der gefilterten Meßsignalwerte durch den Rechner, und zwar völlig unabhängig vom jeweils im Rechner verwendeten Filterprogramm und darüber hinaus unabhängig vom Pegel des Meßsignales. Dies ist sehr wichtig, da man so ohne Zutun des Bedienungspersonales mit verschiedenen Filterprogrammen arbeiten kann, welche unterschiedlich rechenintensiv sind, also zu einer unterschiedlichen Arbeitsperiode führen. Außerdem werden in vielen Filterprogrammen transzendente Funktionen wie die Exponentialfunktion verwendet, die letztlich in Reihenentwicklung dargestellt und ausgeführt werden, wobei zuweilen ein für verschieden große Eingangswerte unterschiedlicher Reihenabbruch gewählt wird. Auch derartige, im Ablauf ein-und desselben Filterprogrammes auftretende Änderungen der Arbeitsperiode können bei dem erfindungsgemäßen Filter die strenge Synchronisierung zwischen Meßsignal und zweitem Signal nicht beeinflussen.
  • Zum anderen wird die Verzögerungszeit für das zweite Signal automatisch dadurch unter Berücksichtigung der Anzahl der bei der Filterung verwendeten Stützstellen angepaßt, daß man für die Einleseadresse bzw. Ausleseadresse des zweiten Schiebespeichers ein von der Stützpunktanzahl abhängendes Adreßsignal verwendet. Auf diese Weise läßt sich die effektive Länge des zweiten Schiebespeichers einstellen, durch welche die digitalisierten Werte des zweiten Signales hindurchlaufen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Filter gemäß Anspruch 2 werden dieselben Vorteile erhalten, welche oben für das Filter gemäß Anspruch 1 dargeleg wurden. Das Filter gemäß Anspruch 2 ermöglicht aber zusätzlich auch noch ein digitales Filtern des zweiten Signales. Bei dem Filter nach Anspruch 2 wird nur dasjenige der beiden Signale verzögert, bei welchem die digitale Filterung weniger zeitraubend ist, und die bei ihm vorgenommene Verzögerung wird auch nur entsprechend der Differenz der Verarbeitungszeiten ftir die beiden Signale gewählt.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
  • Bei einem Filter gemäß Anspruch 3 ist sichergestellt, daß die beiden Signale unabhängig von den verwendeten Filterprogrammen und unabhängig von der Anzahl der bei der Filterung verwendeten Stützstellen jeweils an ein- und derselben Ausgangsklemme des Filters erhalten werden.
  • Bei einem Filter gemäß Anspruch 5 ist sichergestellt, daß die Arbeitsperiode des gesamten Filters gerade gleich der längeren der Arbeitsperiode der beiden Rechner ist. Damit entstehen keinerleit Totzeiten zwischen aufeinanderfolgenden Arbeitsperioden des Filters; dieses hat die im Hinblick auf die gewünschte Filterung bzw. Glättung jeweils optimale Ansprechzeit.
  • Wird der als Frequenzselektor ausgebildete Taktgeber gemäß Anspruch 5 im Einklang mit Anspruch 6 ausgebildet, so läßt er sich sehr einfach aus im Handel erhältlichen digitalen Bauelementen aufbauen.
  • Bei einem Filter gemäß Anspruch 7 ist sichergestellt, daß die Auswahl der jeweils längeren der Arbeitsperioden der beiden Rechner nicht häufiger, aber auch nicht seltener erfolgt als sich die Arbeitsperiode eines der Rechner ändern kann.
  • Ein Filter gemäß Anspruch 8 eignet sich zur exakt zeitsynchronen Filterung eines Meßsignales.
  • Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen: Fig. 1: bei a) ein verrauschtes, zu filterndes Meßsignal in Abhängigkeit von der Zeit, bei b) das gleiche Meßsignal nach Filterung mit kleiner Filterkonstanten in Abhängigkeit von der Zeit, bei c) das gleiche Meßsignal nach digitaler Filterung mit größerer Zeitkonstanten; Fig. 2: ein Blockschaltbild eines digitalen Filters mit Erhaltung der Synchronisierung des Meßsignales und eines zweiten Signales über die gesamte Verarbeitung hinweg; Fig. 3: ein Blockschaltbild eines abgewandelten digitalen Filters mit Erhaltung der Synchronisierung zwischen einem Meßsignal und einem zweiten Signal über die gesamte Verarbeitung hinweg; Fig. 4: ein Blockschaltbild eines weiteren digitalen Filters zur streng synchronen digitalen Filterung zweier Signale; und Fig. 5: Einzelheiten eines anstelle eines freilaufenden zentralen Taktgebers des Filters nach Fig. 4 verwendbaren Frequenzselektors.
  • Zunächst sei auf die Fig. 2 Bezug genommen. Das dort im Blockschaltbild wiedergegebene digitale Filter umfaßt einen mit einem analogen Meßsignal 5y beaufschlagten A/D-Wandler (Analog/Digital-Wandler) 10 und einen mit dessen Ausgang verbundenen Schiebespeicher 12. Bei diesem ist wie durchgehend auch in der nachstehenden Beschreib7lng für andere Schaltkreise die Dateneingangsklemme mit DE, die Datenausgangsklemme mit DA und eine Takteingangsklemme TE bezeichnet. Der Schiebespeicher 12 ist durch einen Rechner 14 auslesbar, welcher z.B. ein 8- oder 16-3it-Mikroprozessor sein kann. Der Ausgang des Rechners 14 ist mit einem D/A-Wandler (Digital/Analog-Wandler) 16 verbunden. Dieser stellt am Ausgang ein gefiltertes analoges Meßsignal 5 y bereit, welches auf einen X-Y-Schreiber 18 gegeben wird.
  • Ein zweiter Eingang des X-Y - Schreibers ist direkt mit einem Bezugssignal 5x beaufschlagt, welches z.B. ein streng linear mit der Zeit anwachsendes Rampensignal sein kann, wenn die Zeitabhängigkeit des Meßsignales Sy von Interesse ist.
  • Dem Rechner 14 ist eine Eingabeeinheit 20 zugeordnet, welche einen ersten Wahlschalter für das jeweils gewünschte Filterprogramm m und einen zweiten Wahl schalter für die Anzahl N der bei der digitalen Filterung jeweils zu verwendenden Stützpunkte aufweist.
  • Der Rechner 14 übernimmt zur Berechnung jeweils eines digital gefilterten Meßsignawertes jeweils N im Schiebespeicher 12 gespeicherte digitalisierte Meßsignalwerte und verarbeitet diese nach dem durch Einstellen des einen Wahlschalters vorgegebenen Filterprogramm m. Derartige Filterprogramme können z.B. eine Anpassung an eine theoretisch zu erwartende Form des Meßsignales nach dem Prinzip des kleinsten Fehlers, eine geometrische oder arithmetische Mittelung mit gleicher oder unterschiedlicher Gewichtung der Stützpunkte oder dergleichen umfassen. Zur Ausführung der entsprechenden Rechenoperationen braucht der Rechner 14 eine gewisse Zeit T, seine Arbeitsperiode, welche bei den heute verfügbaren Rechnern und bei einer Anzahl der Stützpunkte von etwa 100 bei größenordnungsmäßig 20 ms liegt.
  • Nach Ablauf der Arbeitsperiode T kann dann ein neuer digitalisierter Wert des Meßsignales in den Schiebespeicher 12 übernommen werden und ein zur Filterung nicht mehr benötigter alter Meßsignalwert aus dem Schiebespeicher 12 verworfen werden.
  • Schon aus den obigen Darlegungen ist ersichtlich, daß ein digital gefilterter Wert des Meßsignales gegenüber dem zugeordneten Wert des vom Meßfühler abgegebenen Signales um eine Zeitspanne r verzögert vom Rechner bereitgestellt wird. Diese Zeitspanne hängt grob gesprochen von der Anzahl N der verwendeten Stützpunkte und der Arbeitsperiode T ab.
  • Letztere ist ihrerseits implizit wieder von der Stützpunktanzahl N abhängig, da bei Verwendung einer größeren Anzahl von Stützpunkten auch eine größere Rechenzeit erforderlich wird. Man kann also vereinfacht ansetzen: t ~ N x T (N) Die Größe r ist offensichtlich zugleich ein Maß für die Güte der Filterung oder Glättung und kann daher auch als Filterkonstante des digitalen Filters bezeichnet werden.
  • Die obigen Ausführungen finden eine grafische Veranschaulichung in Fig. 1. Bei a) ist dort ein verrauschtes glockenkurvenförmiges Meßsignal S in Abhängigkeit über der Zeit t aufgetragen, z.B. das Ausgangssignal eines Fotomultipliers, das beim Vorbeilaufen einer Spektrallinie am Ausgangsspalt eines Spektrometers erhalten wird. Das Maximum dieses Signales wird zur Zeit t0 erhalten. Die Arbeitsperiode T des digitalen Filters ist schematisch angedeutet.
  • Bei b) ist ein unter Verwendung von etwa 6 Stützpunkten gefiltertes Signal S aufgezeichnet, dessen Maximum erst zu einem um die Zeitspanne r1 = 6 T verzögerten Zeitpunkt erhalten wird. Eine noch bessere Filterung erhält man bei weiterer Vergrößerung der Filterkonstanten r , wie dies in Fig. 1 bei c) gezeigt ist. Allerdings ist nun auch das gefilterte Signal um eine erheblich größere Zeitspanne r 2 verzögert.
  • Eine derartige Verzögerung des gefilterten Meßsignales ist in vielen Fällen hinnehmbar. Für andere Fälle, in denen man ein Meßsignal gerade in Abhängigkeit von einem zweiten Signal messen will, kann man aber die beiden Signale aufgrund bei der digitalen Filterung erhaltenen erheblichen Verzögerung des Meßsignales nicht mehr in der gewünschten Eindeutigkeit zuordnen.
  • Um dem zu begegnen, ist bei dem digitalen Filter nach Fig.
  • 2 für ein zweites Signal Sx ein zweiter A/D-Wandler 22 vorgesehen, dessen Ausgang mit einem zweiten Schiebespeicher 24 verbunden ist. Die Anzahl der Speicherplätze ist in den beiden Schiebespeichern 12 und 24 gleich groß gewählt. Der A/D-Wandler 22 und der zweite Schiebespeicher 24 erhalten ihre Taktimpulse ebenfalls vom Rechner 14. Das Einlesen in den Schiebespeicher 24 erfolgt stets bei dessen niederster Adresse, während das Auslesen bei einer durch einen Auslesesteuerkreis 26 vorgegebenen Adresse erfolgt, die umso niederer ist, je geringer die Anzahl N der beim Filtern verwendeten Stützpunkte ist. Hierzu ist eine Adresseneingangsklemme AE des Auslesesteuerkreises 26 mit demjenigen Ausgangssignal der Eingabeeinheit 20 beaufschlagt, welches die Stützpunktanzahl N vorgibt.
  • Der über den Auslesesteuerkreis 26 ausgelesene Signalwert wird über einen zweiten D/A-Wandler 28 wieder in ein analoges Signal 5x umgesetzt, welches nun genau um die gleiche Zeitspanne z verzögert ist wie das digital gefilterte Signal 5 y Das in Fig. 3 wiedergegebene digitale Filter ist ganz ähn.-lich aufgebaut wie das in Fig. 2 gezeigte. Entsprechende Bauteile sind wieder mit denselben Bezugszeichen versehen und brauchen nicht noch einmal im einzelnen beschrieben zu werden. Während bei dem Filter nach Fig. 2 die Verzögerungsstrecke für das Signal Sx im Schiebespeicher 24 durch die Ausleseadresse vorgegeben war, ist beim Filter nach Fig. 3 die Ausleseadresse stets die oberste Speicheradresse, während das Einlesen der neuen digitalisierten Werte des Signales Sx über einen Einlesesteuerkreis 30 bei einer Adresse erfolgt, die dieser in Abhängigkeit von der ihm übermittelten Stützpunktanzahl N bestimmt (je größer N, umso niederer wird die Einleseadresse festgelegt). Im Ergebnis arbeitet das Filter nach Fig. 3 somit genauso wie das Filter nach Fig. 2.
  • Zusätzlich ist gestrichelt in Fig. 3 gezeigt, daß das zweite Signal Sx von einem linearen Rampengenerator 32 bereitgestellt werden kann, wenn das Meßsignal 5y in Abhängigkeit von der Zeit gemessen werden soll.
  • Fig. 4 zeigt ein weiteres digitales Filter, welches eine streng synchrone Filterung zweier Signale sogar bei Verwen- dung unterschiedlicher Filterprogramme durchführen kann.
  • Ein erstes Signal 5 wird in einem ersten A/D-Wandler 34 y digitalisiert. Ein erster Schiebespeicher 36 übernimmt die digitalisierten Signalwerte und stellt sie einem ersten Rechner 38 bereit. An einer ersten Eingabeeinheit 40 des ersten Rechners 38 kann man das Filterprogramm m2 und die jeweils verwendete Stützpunktanzahl N2 einstellen. Ganz ähnlich sind zur Verarb£itung des zweiten Signales Sx ein zweiter A/D-Wandler 42, ein zweiter Schiebespeicher 44 und ein zweiter Rechner 46 mit einer zugeordneten Eingabeeinheit 48 vorgesehen.
  • Ein zentraler Taktgeber 50 ist mit Takteingangskleminen TE der A/D-Wandler 34, 42, der Schieberegister 36, 44 und der Rechner 38, 46 verbunden. Seine Periode ist von Hand so eingestellt, daß sie zumindest gleich, in der Regel aus Sicherheitsgründen größer als die längere der Arbeitsperioden der beiden Rechner 38 und 46 ist. Stattdessen kann man auch Takteingangsklemmen TEl und TE2 des Taktgebers 50 mit Taktausgangsklemmen TA der beiden Rechner 38 und 46 verbinden, an denen jeweils zum Ende einer Arbeitsperiode der Rechner ein Impuls erhalten wird. Der Taktgeber 50 wird dann so ausgebildet, daß er denjenigen der von den Rechnern abgegebenen Taktimpulszüge am Ausgang bereitstellt, der die kleinere Frequenz hat. Einzelheiten eines so ausgebildeten Taktgebers werden später unter Bezugnahme auf Fig. 5 noch näher erläutert.
  • Die den jeweils gewünschten Stützpunktanzahlen N1 und N2 und damit den Filterkonstanten entsprechenden Ausgangssignale der Eingabeeinheiten 40 und 48 werden auf einen vorzeichenrichtig arbeitenden Subtrahierkreis 52 gegeben.
  • Das an dessen einer Ausgangsklemme Sgn erhaltene, dem Vorzeichen der Differenz N1 - N2 entsprechende Signal dient nach Verstärkung in einem Verstärker 54 zur Ansteuerung eines "zweipoligen" Umschalters 56. Dessen beide Eingänge DE1, DE2 sind mit den Ausgängen DA der beiden Rechner 38, 46 verbunden. Eine erste Ausgangsklemme DA1 des Umschalters 56 ist mit einem weiteren Schiebespeicher 58 verbunden, dem ein Auslesesteuerkreis 60 zugeordnet ist.
  • Dieser erhält an seiner Adresseneingangsklemme AE das von den Ausgangsklemmen Abs des Subtrahierkreises 52 bereitgestellte Signal, welches dem Betrag der Differenz N1 - N2 entspricht.
  • Die Taktsteuerung des Schiebespeichers 58 und des Auslesesteuerkreises 60 erfolgt ebenfalls vom gemeinsamen Taktgeber 50 her.
  • Man erkennt, daß bei dieser Ausbildung des Filters die Ausleseadresse für den Schiebespeicher 58 umso höher gewählt wird, je größer die Differenz der zeitlichen Verzögerungen bei der digitalen Filterung der beiden Signale und Sy ist, und es wird dasjenige der Signale Sx, 5y zusätzlich im Schiebespeicher 58 verzögert, welches im zugeordneten Rechner schneller verarbeitet werden konnte.
  • Das langsamer verarbeitete Signal wird dagegen keiner weiteren Verzögerung unterworfen.
  • Um sicherzustellen, daß man auf ein- und derselben Ausgangsleitung des Filters auch immer das Signal Sx oder 5 y erhält, ist ein zweiter "zweipoliger" Umschalter 62 vorgesehen, welcher ebenfalls vom Ausgang des Verstärkers 54 her angesteuert wird. Dateneingangsklemmen DE1 und DE2 des Umschalters 62 sind mit dem Ausgang des Auslesesteuerkreises 60 bzw. dem zweiten Ausgang DA2 des ersten Umschalters 56 verbunden, während Ausgänge DA1, DA2 des zweiten Umschalters 62 mit in der Zeichnung nicht wiedergegebenen D/A-Wandlern für die Signale Sx und 5 very bunden sind. Es versteht sich, daß man die gefilterten, noch digital vorliegenden Signale 5x und 5 stattdessen y auch zur numerischen Auswertung (z.B. Quotientenbildung) einem weiteren Rechner überstellen kann, der in der Zeichnung ebenfalls nicht wiedergegeben ist.
  • In Fig. 5 ist ein Taktgeber 50 genauer wiedergegeben, welcher die zentrale Taktfrequenz des Filters automatisch exakt gleich der ArbeitsErequenz des langsamer arbeitenden der Rechner 38 und 46 wählt und damit für die gewünschte Güte der Filterung das optimale Ansprechverhalten des Filters sicherstellt. Bei Einstellung des Taktgebers 50 von Hand verbleiben dagegen schon aus Sicherheitsgründen Totzeiten zwischen dem Ende der Arbeitsperiode des langsameren Rechners und dem Beginn einer neuen Arbeitsperiode, welche zur Güte der Filterung nichts beitragen, dagegen das Ansprechverhalten des Filters verschlechtern.
  • Der in Fig. 5 wiedergegebene Taktgeber hat einen hochfrequenten freilaufenden Frequenzgenerator 64. Dessen Ausgang ist mit den Zählklemmen Z zweier Zähler 66, 68 verbunden. Rückstellklemmen R der letzteren sind mit den Taktsignaleingangsklemmen TEl 1 und TE2 des Taktgebers verbunden. Der Inhalt der Zähler 66 und 68, welcher beim Rückstellen der Zähler vorliegt, ist somit direkt ein Maß für die Arbeitsperiode des zugeordneten der Rechner 38 und 46. Zugleich mit dem Rückstellen der Zähler 66 und 68 werden die jeweils erreichten Zählerstände in Pufferspeicher 70 bzw. 72 übernommen, die hierzu mit Takteingangsklemmen TE mit den Takteingangsklemmen TEl und TE2 des Taktgebers verbunden sind.
  • In einem vorzeichenrichtig arbeitenden Subtrahierer 74 werden die so gespeicherten Zählerstände der beiden Zäh- ler 66 und 68 voneinander abgezogen. Das von der Ausgangsklemme Sgn bereitgestellte, dem Vorzeichen der Differenz entsprechende Signal wird zur Ansteuerung eines zweipoligen Umschalters 76 verwendet. Dessen EingangsklemmenDE1, DE2 sind mit den Taktsignalen TEl und TE2 beaufschlagt; seine eine Ausgangsklemme DA1 ist mit der Ausgangsklemme.
  • TA des Taktgebers 50 verbunden, seine andere Ausgangsklemme DA2 ist mit einer Takteingangsklemme TE des Subtrahierers 74 verbunden. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Richtigkeit der bisherigen Stellung des Umschalters 76 gerade so oft überprüft wird, wie ein neues Ergebnis vernünftigerweise erwartet werden kann.
  • In der Zeichnung und der obigen Beschreibung wurden nur diejenigen Teile des digitalen Filters berücksichtigt, welche von der logischen Funktion her des Filters notwendig sind. Es versteht sich, daß Trennverstärker, Signalformkreise und der Trägheit der jeweils verwendeten Bauelemente Rechnung tragende Verzögerungskreise vom Fachmann bei der Realisierung des Filters in der ihm wohlbekannten und daher nicht im einzelnen anzugebenden Art und Weise noch einzufügen sind.

Claims (8)

  1. Patentan-sprUche /Ih ,~ (7? Digitales Filter mit a) einem das zu verarbeitende Meßsignal erhaltenden Analog/Digitalwandler, b) einem mit dessen Ausgang verbundenen Schiebespeicher für eine Mehrzahl aufeinanderfolgender digitalislcrter Meßsignale, c) einem mit dem schiebespeicher zusanmenarbei'enden und diesen sowie den Analog/Digitalwandler taktenden Rechner, und d) einem mit dem Rechnerausgang verbundenen Digital/ Analogwandler, dadurch gekennzeichnet, daß e) für ein zweites Signal (Sx) ein zweiter Analc/ Digitalwandler (22) vorgesehen ist, f) mit dem Ausgang des letzteren ein zweiter Schiebespeicher (24) für eine Mehrzahl aufeinanderfolgender digitalisierter zweiter Signalpegel verbundes ist, g) ein Einlesesteuerkreis (30) oder ein Auslesesteuerkreis (26) für den zweiten Schiebespeicher (24i ebenso wie der zweite Analog/Digitalwandler (22) vom Rechner (14) getaktet ist, h) der Einlesesteuerkreis (30) für den zweiten Schiebespeicher (24) als Einleseadresse bzw. der Auslesesteuerkreis (26) des zweiten Schiebespeichers (24) als Ausleseadresse mit einem Signal beaufschlagt ist, welches der Anzahl (N) der bei digitalen Filtern des Meßsignales (5 ) bei Berechnung eines gey filterten Wertes verwendeten aufeinanderfolgenden digitalisierten Meßsignale zugeordnet ist, und i) ein zweiter Digital/Analogwandler (28) vorgesehen ist, welcherntt den aus dem zweiten Schiebespeicher (24) ausgelesenen Signalen beaufschlagt ist.
  2. 2. Digitales Filter mit a) einem das zu verarbeitende Meßsignal erhaltenden Analog/Digitalwandler, b) einem mit dessen Ausgang verbundenen Schiebespeicher für eine Mehrzahl aufeinanderfolgender digitalisierter Meßsignale, c) einem mit dem Schiebespeicher zusammenarbeitenden und diesen sowie den Analog/Digitalwandler taktenden Rechner, und d) einem mit dem Rechnerausgang verbundenen Digital/ Analogwandler, dadurch gekennzeichnet, daß für für ein zweites Meßsignal (Sx) ein zweiter Analog/ Digitalwandler (42) vorgesehen ist, f) mit dem Ausgang des letzteren ein zweiter Schiebespeicher (44) für eine Mehrzahl aufeinanderfolgender digitalisierter zweiter Signalwerte verbunden ist, g) mit dem Ausgang des zweiten Schiebespeichers (44).
    ein zweiter Rechner (46) zusammenarbeitet, h) ein Subtrahierkreis (52) vorgesehen ist, welcher mit Signalen (N1, N2) beaufschlagt ist, die der Anzahl beim Berechnen eines gefilterten Meßsignales (Sy) y jeweils verwendeter digitalisierter Meßsignalwerte bzw. der Anzahl beim Berechnen eines gefilterten zweiten Signalwertes jeweils verwendeten digitalisierten zweiten Signalwerte zugeordnet ist, i) ein dritter Schiebespeicher (58) über einen vom Vorzeichenausgang (Sgn) des Subtrahierkreises (52) her angesteuerten zweipoligen Umschalter (56) mit dem Ausgang des einen oder des anderen der Rechner (38, 46) verbindbar ist, k) ein Einlesesteuerkreis oder ein Auslesesteuerkreis (60) für den dritten Schiebespeicher (58) mit dem betragsmäßigen Ausgangssignal (Abs) des Subtrahier- kreises (52) zur Vorgabe der Einleseadresse bzw.
    der Ausleseadresse beaufschlagt ist, und 1) der Digital/Analogwandler für das Meßsignal und ein weiterer Digital/Analogwandler für das zweite Signal mit dem Ausgangssignal an der zweiten, freien Ausgangsklemme des steuerbaren Umschalters (56) bzw.
    mit den aus dem dritten Schiebespeicher (58) aus lesenen Signalwerten beaufschlagt sind.
  3. 3. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Digital/Analogwandlern ein weiterer steuerbarer jmschalter (62) vorgeschaltet ist, dessen Eingangsklemmen mit den aus dem dritten Schiebespeicher (58) ausgelesenen Signalwerten bzw. mit den vom zweiten Ausgang des ersten steuerbaren Umschalters (56) bereitgestellten S gnalwerten beaufschlagt sind und welcher ebenfalls in Abl.cingigkeit vom Vorzeichenausgangssignal (Sgn) des Subtrahierkreises (52) angesteuert wird.
  4. 4. Filter nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen gemeinsamen Taktgeber (50) für die Analog/Digitalwandler (34, 42), die Schiebespeicher (36, 44, 58), die Rechner (38, 46) und den Subtrahierkreis (52), dessen Periode zumindest genauso groß ist wie die längere der Arbeitsperioden der beiden Rechner (38, 46).
  5. 5. Filter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgeber (50) ein mit Taktausgangssignalen der beiden Rechner (38, 46) beaufschlagter Frequenzselektor ist, welcher die kleinere der auf ihn gegebenen Frequenzen an seinem Ausgang bereitstellt.
  6. 6. Filter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daB der Frequenzselektor aufweist: a) einen hochfrequenten freilaufenden Frequenzgenera- tor (64), b) zwei mehrstellige Zähler (66, 68), deren Zählklemmen (Z) mit dem Ausgang des Frequenzgenerators (64) verbunden sind und deren Rückstellklemmen (R) mit den Eingangsklemmen (TE1, TE2) des Frequenzselektors verbunden sind, c) einen Subtrahierer (74), der mit den zwischengespeicherten (70, 72) maximalen Zählerständen der beiden Zähler (66, 68) beaufschlagt ist, und d) einen zweipoligen Umschalter (76), der von der Vorzeichenausgangsklemme (Sgn) des Subtrahierers (74) her angesteuert wird, dessen Eingangsklemmen (DE1, DE2) mit den beiden Eingängen (TEIl TE2) des Frequenzselektors verbunden sind und dessen eine Ausgangsklemme dasjenige der aufgeprägten Taktsignale bereitstellt, welches die kleinere Frequenz hat.
  7. 7. Filter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Ausgangsklemme des Umschatters (76) mit der Taktklemme (TE) des Subtrahierers (74) verbunden ist.
  8. 8. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen das zweite Signal (Sx) bereitstellenden linearen Rampengenerator (32).
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DE3606976A1 (de) * 1986-03-04 1987-09-10 Hugo Dr Borst Signalfilter

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