DE3235678A1

DE3235678A1 - Transversalfilter mit einem analogen schieberegister

Info

Publication number: DE3235678A1
Application number: DE19823235678
Authority: DE
Inventors: Karl Dr.-Ing. 8011 Kirchseeon Knauer; Hans-Jörg Dr.-Ing. 8011 Zorneding Pfleiderer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-09-27
Filing date: 1982-09-27
Publication date: 1984-03-29
Also published as: US4605913A; JPS5980012A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

Berlin und München VPA 82 P 1 8 5 O DE

Transversalfilter mit einem analogen Schieberegister

Die Erfindung bezieht sich auf ein Transversalfilter mit einem analogen Schieberegister, das einen seriellen Eingang und eine Anzahl von Parallelausgängen aufweist, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solches Transversalfilter ist beispielsweise aus den Siemens Forschungs- und Entwicklungsberichten Bd. 7 (1978) Nr. 3, Springer-Verlag 1978, Seiten 138 bis 142, insbesondere Fig. 1a, bekannt. Den Signalbewertern der einzelnen Registerstufen, die hierbei jeweils in Serie zu den Parallelausgängen liegen, sind Bewertungsfaktoren a_Q bis a zugeordnet, die den in der Beziehung

H(z) = a_Q + a^ ζ + a₂ . ζ + — + a_n . zⁿ (1)

mit ag bis a_n bezeichneten Filterkoeffizienten entsprechen. H(z) stellt die Systemfunktion des gefilterten Signals dar und ζ die Verzögerungszeit, die ein abgetasteter Signalwert beim Durchlaufen einer Stufe des Schieberegisters erfährt. Nachteilig ist jedoch, daß die Bewertungsfaktoren a_Q bis a zur Realisierung bestimmter Filterkurven stark voneinander abweichende Werte annehmen
können, was eine Realisierung der Filterschaltung er-

,Q schwert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Transversalfilter der eingangs erwähnten Art anzugeben, das hinsichtlich der Signalbewerter einfacher aufgebaut und genauer an eine gewünschte Filterkurve angepaßt werden kann als das bei den herkömmlichen Filtern der Fall ist. Erfindungsgemäß wird das durch eine Ausbildung des Trans-. St 1 Wi - 21.09.1982

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. VPA 82P 1 8 60 DE

versalfilters nach den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmalen erreicht.

Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil besteht insbesondere darin, daß die den Signalbewertern zugrundegelegten Bewertungsfaktoren b_Q bis b wesentlich kleinere Differenzen gegeneinander aufweisen, als die zur Realisierung ein- und derselben Filterkurve mit einem herkömmlichen Transversalfilter benötigten Bewertungsfaktoren a_Q bis a_n.

Der Patentanspruch 2 ist auf eine bevorzugte Weiterbildung des Transversalfilters nach der Erfindung gerichtet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung und Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In Fig. 1 ist das Prinzipschaltbild eines ersten erfindungsgemäßen Transversalfilters dargestellt. Es weist ein dreistufiges analoges Schieberegister auf, dessen Stufen mit S1 bis S3 bezeichnet sind. Der Eingang von S1 steht mit dem Filtereingang E in Verbindung, der mit einem zu filternden Eingangssignal beaufschlagt ist. Die Stufen S1 bis S3 sind jweils mit Parallelausgängen A1 bis A3 versehen, die an Eingänge einer Summierschaltung oder eines Differenzverstärkers SD geführt sind. Der Ausgang von SD stellt gleichzeitig den Filterausgang A dar. Ein bei E anliegendes, zu filterndes Eingangssignal wird entweder durch S1 oder durch eine in Serie zu E liegende im einzelnen nicht dargestellte Abtaststufe periodisch abgetastet und somit in einzelne Abtastwerte zerlegt. In Serie zu S1 ist ein Signalbewerter SB1 vorgesehen, der jeden S1 durchlaufende ι Signalwert mit einem Bewertungsfaktor b^ bewertet. In sntsprechender Weise bewerten in Serie

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zu S2 und S3 angeordnete Signalbewerter SB2 und SB3 alle über S2 und S3 laufenden Signalwerte mit b£ bzw. mit b*. Der Stufe S1 ist ein mit b bewertender Signalbewerter SBa vorgeordnet, der in Serie zu E liegt, wobei ein weiterer Parallelausgang AO so angeordnet ist, daß über ihn abgeleitete Abtastwerte des Eingangssignals nur SBe durchlaufen, nicht aber die anderen Signalbewerter.

Das an A auftretende, gefilterte Ausgangssignal setzt sich in folgender Weise aus den einzelnen Abtastwerten des Eingangssignals zusammen: Zu einem vorgegebenen Zeitpunkt sei ein mit b bewerteter Abtastwert des Eingangssignals am Ausgang AO abgreifbar. Zu diesem wird in der Schaltung SO derjenige Abtastwert des Eingangssignals addiert, der um ein bestimmtes Zeitintervall ζ früher abgetastet, über die Stufe S1 und den Signalbewerter SB1 übertragen wurde und über den Ausgang A1 abgegriffen wird. Dieser Abtastwert hat beim Durchlaufen der Stufe S1 eine Verzögerungszeit ζ erfahren. Weiterhin addiert sich derjenige Abtastwert des Eingangssignals, der um das doppelte Zeitintervall, also 2z, vor dem vorgegebenen Zeitpunkt abgetastet wurde, über die Stufen S1 und S2 übertragen wurde und am Ausgang A2 abgegriffen wird. Dieser Abtastwert wurde beim Durchlaufen der Signalbewerter SB1 und SB2 mit b. und b~ bewertet sowie beim Durchlaufen von S1 und S2 jeweils um die Verzögerungszeit ζ verzögert. Schließlich muß noch ein Abtastwert hinzuaddiert werden, der um das dreifache Zeitintervall, also 3z, vor dem vorgegebenen Zeitpunkt abgetastet, über die Stufen S1, S2 und S3 übertragen wurde und am Ausgang A3 abgegriffen wird. Dieser Abtastwert hat beim Durchlaufen von SB1, SB2 und S33 nacheinander eine Bewertung mit b,,, b₂ und b^ erfahren und wurde in jeder der Stufen S1 bis S3 um eine Verzögerungszeit ζ verzögert. Sämtliche der genannten Abtastwerte haben den Signalbewerter SBe mit dem Bewertungsfaktor b_Q durchlaufen. Faßt man die zu dem vorgegebenen Zeitpunkt an Ao bis A3 abgegriffenen Abtastwer-

BAD 0RI6INÄL

ό 16 b b / ö

te in der Schaltung SE zusammen, so ergibt sich am Ausgang Ä für das Summensignal die Beziehung

H(z) = b_o . (i+b_rz(i+b₂.z(i+b₃.z))) (2)

wobei vorausgesetzt ist, daß sich der Funktionswert des zu filternden Eingangssignals während der drei Zeitintervalle," also 3z, nicht wesentlich verändert, sondern jeweils einem normierten Wert 1 entspricht.

Erweitert man das in Fig. 1 dargestellte Schieberegister mit den Stufen S1 bis S3 sinngemäß auf ein solches mit einer Gruppe ύοώ. η Stufen S1 bis Sn, wobei diesen η Signalbewerter SB1 bis SBn mit Bewertungsfaktoren b. bis b und η Parallelausgänge-, Ä1 bis A zugeordnet sind, so läßt sich die Beziehung (2) durch die allgemeinere Beziehung

H(z) = b_o.(i+b₁.z(i+b₂.z(... (1+Vz)))) (3) ersetzen. Ein mathematischer Vergleich der Beziehung (3) mit der Beziehung (1) zeigt nun, daß die jeweils beschriebenen Systemfunktionen H(z) vollständig gleich sind, wenn

sich die Bewertungsfaktoren b. (i=1 n) in folgender

Weise aus den Filterkoeffizienten a_i (i=1...n) ergeben:

^ai

^bo = V

^ai"¹

Das bedeutet, das jedes Transversalfilter der eingangs genannten Art durch ein Filter nach Fig. 1, das auf η Stufen S1 bis Sn erweitert worden ist, ersetzt werden kann, wobei die Bewertungsfaktoren b. der Signalbewerter SB1 bis SBn sich jeweils als Quotienten ^ai zweier FiI-

^ai^ 1

terkoeffizienten der Beziehung (1) darstellen. Obwohl die Werte a^ für bestimmte Filterkurven stark unterschiedlich sein können, weichen jeweils einander benachbarte Werte a.^ land a_i_₁ nicht sehr stark voneinander ab, so daß sich für die Bewertungsfal· toren b. der in dem erfindungsgemässen Transversalfilter verwendeten Signalbewerter SB1 bis

-Zf- C VPA 82 P 1 δ δ 0 OE

SBn ebenfalls nur relativ wenig voneinander abweichende Werte ergeben. Damit sind aber die Signalbewerter SB1 bis SBn relativ einfach zu realisieren.

Charakteristisch für das Transversalfilter nach der Erfindung ist, daß bei Verwendung eines Schieberegisters mit einer Gruppe von η Stufen sämtliche diesen Stufen zugeordnete η Signalbewerter in ein?>m vom Eingang der ersten Stufe über alle η Stufen verlaufenden Signalpfad liegen.

^⁰ In Fig. 1 sind beispielsweise bei drei Stufen S1 bis S3 die diesen zugeordneten Signalbewerter SB1 bis SB3 in einem Signalpfad angeordnet, der vom Eingang der Stufe S1 über S1, SB1, S2, SB2, S3 und SB3 bis zum Parallelausgang A3 der dritten Stufe verläuft. Die Schaltungsteile si, SB1 sind in Fig. 1 zu einer ersten Filterstufe FS1 mit dem Parallelausgang A1 zusainmengefaßt, die Schaltungsteile SZ, SB2 zu einer zweiten Filterstufe FS2 mit dem. Parallelausgang A2 und die Schaltungsteile S3 und SB3 zu einer dritten Filterstufe FS3 mit dem Parallelausgang A3.

In Fig. 2 ist eine Weiterbildung des Filters nach Fig. 1 gezeigt, die in vorteilhafter Weise dann verwendet wird, wenn die Bewertungsfaktoren b1, b2 und b3 bei einer Ausbildung nach Fig. 1 größer als 1 oder kleiner als O sind. Ist z. B. der Bewertungsfaktor b, (Fig. 1) größer als 1 oder kleiner als 0, also negativ, so wird er auf einen Wert b, (Fig. 2) normiert, der kleiner oder gleich 1 ist aber größer als 0. Das geschieht dadurch, daß b~ durch

^J einen Divisor +D, geteilt wird. Zum Ausgleich hierfür muß einerseits in Serie zum Parallelausgang A2 der zweiten Stufe S2 ein weiterer Signalbewerter SB21 vorgesehen werden, der die über A2 abgegriffenen Abtastwerte mit

einem Bewertungsfaktor + bewertet, und andererseits

"C^

der Bewertungsfaktor ^2 (Fig. 1) der zweiten Stufe S2 mit dem Divisor + D3 multipliziert werden. Ist der hierbei entstehende Bewertungsfaktor b^ seinerseits größer als 1

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oder kleiner als O, so wird er durch einen Divisor + D2 geteilt, so daß wieder ein normierter Bewertungsfaktor b₂ entsteht. Zum Ausgleich hierfür wird in Serie zum Parallelausgang A1 ein weiterer Signalbewerter SB11 ein-

gefügt, der mit + bewertet, wobei außerdem der Bewer-

"^D2

tungsfaktor b,, der ersten Stufe S1 mit dem Divisor + Dg multipliziert wird. Ergibt sich dadurch ein Wert für b^, der größer als 1 ist, oder kleiner als O, so wird auch für die erste Stufe S1 eine Normierung des zugehörigen Bewertungsfaktors auf einen Wert b^ vorgenommen. Zu diesem Zweck wird b^ durch einen Divisor + D_-1 auf den Wert b„ geteilt, in Serie zum Parallelausgang Ao ein weiterer Signalbewerter SBeI vorgesehen, der mit + ___ bewer-

" ^D1 tet, und der Bewertungsfaktor b von SBS mit dem Divisor + D.. multipliziert.

t i I

Dieses Normierungsverfahren für b,. , b~ und b-, läßt sich natürlich auch bei einer Erweiterung des Filters auf η Registerstufen S1 bis Sn sinngemäß anwenden. Wesentlich ist dabei, daß die Normierung des Bewertungsfaktors b_i der Stufe S^ (i=2...n-i) dazu führt, daß in Serie zum Parallelausgang der Stufe S. _Λ ein weiterer Signalbewer-1
ter vorgesehen wird, der mit + bewertet und daß der

Signalbewerter der Stufe S^₁ mit einem korrigierten Bewertungsfaktor b. _Λ . (+ D.-) bewertet.

Bei einer Realisierung des erfindungsgemäßen Transversalfilters kann der Signalbewerter SBe entfallen, da er nur eine Verstärkung oder Abschwächung des zu filternden Eingangssignals bedeutet, die auch außerhalb des Filters vorgenommen werden könnte.

2 Patentansprüche
2 Figuren

Leerseite

Claims

VPA 82 P 1 g 8 O DE Patentansprüche

1. Transversalfilter mit einem analogen Schieberegister, das einen seriellen Eingang und eine Anzahl von parallelen Ausgängen aufweist, wobei ein Eingangssignal über den seriellen Eingang in Form von nacheinander abgetasteten Signalwerten zuführbar ist, während an den parallelen Ausgängen abgreifbare Teilsignale einer Summier- und/oder Substrahiervorrichtung zuführbar sind, deren Ausgangssignal das gefilterte Signal darstellt, und wobei eine Anzahl von den Stufen des Schieberegisters zugeordneten Signalbewertern vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet , daß die einer Gruppe von η Stufen (S1...S3) zugeordneten η Signalbewerter (SB1...SB3) in einem vom Eingang der ersten Stufe (S1) dieser Gruppe über sämtliche Stufen derselben verlaufenden Signalpfad angeordnet sind und daß die Signalbewerter (SB1...SB3) der ersten bis η'ten Stufe dieser Gruppe jeweils nach Filterkoeffizienten b^ bis b_n bewerten, die dadurch bestimmt sind, daß das gefilterte Signal der Systemfunktion

H(z)= b₀ . (i+b₁.z(i+b₂.z(... (1+b .z)))) genügt, wobei ζ die jeweils auf eine Stufe des Schieberegisters entfallende Verzögerung beim Verschieben der abgetasteten Signalwerte darstellt.

2. Transversalfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Signalbewerter jeder i'ten Stufe (i=2...n), dessen Filterkoeffizient einen Wert größer als 1 oder kleiner als 0 aufweist, nach einem normierten, d. h. durch einen Divisor D. ge-

J 1

teilten, Filterkoeffizienten b_i bewertet, der kleiner ist als 1 aber größer als 0, wobei am parallelen Ausgang der i-1'sten Stufe ein weiterer Signalbewerter vorgesehen ist, der eine· Bewertung mit + __ durchführt und wobei der Signalbewerter der i-1'sten Stufe nach einem korrigierten Filterkoeffiziei.ten b... (+ D.) bewertet.