SU1059669A1 - Цифровой фильтр - Google Patents

Abstract

ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР, содержащий два блока пам ти коэффициентов, блок управлени , последовательно соединенные первый блок умножени  и первый накапливак дий сумматор, выход которого подключен к первым входам первого и второго элементов И, а также третий, четвертый, п тый и шестой элементы И и последовательно соединенные второй блок умножени  и второй накапливанвдий сумматор , выход которого подключен к первому входу четвертого элемента И, выход которого  вл етс  выходом фильтра, информационным входом ко:ЕОрого  вл етс  первый вход п того элемента И, при этом выход шестого элемента И подключен к первому входу первого накапливаюцего сумматора , а к входам первого и второго блоков пам ти коэффициентов, вторым входам первого и второго накапливающих сумматоров, первого и второго , четвертого и п того элементов И и первому входу третьего элемента И подключены соответствуюгпие выходы блока управлени , о т л и ч а ющ и и с   тем, что, с целью повы- шени  точности, в него введены третий и четвертый накапливающие сумматоры, причем выход первого блока пам ти коэффициентов прддключен к первому входу первого блока умножени , выход первого элемента И через третий накапливающий cy Iмaтop i подключен к второму входу тргтьего элемента И, выход которого подклю (Л чен -к второму входу первого блока умножени , а к первому и второму входам второго блока умножени  подключены соответственно выходы второго элемента И и второго блока пам ти коэффициентов, к первому входу четвертого накапливающего сумматора подключен выход п того элемента И, к первому и второму входам сл шестого элемента И подключены соотф а ветственно выход четвертого накап .ливающего сумматора и соответств ющий выход блока управлени . о: со

Description

ф1/г.

Изобретение относитс  к средствам , используемым в системах цифровой обработки сигналов, и может быть реализовано на основе элементов цифровых вычислительных устройств .

Известен цифровой фильтр, coдep жащий счетчик, выходы которого соединены с дешифраторами, а вход счетчика соединен с входом управл емого ключа, управл ющий вход которого через блок управлени  соединен с выходами дешифраторов, причем выход ключа  вл етс  выходом фильтра СIX

Однако известный цифровой фильтр не обеспечивает высокой точности.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением  вл етс  цифровой фильтр, содержащий два блока пам ти коэффициентов, блок управлени , последовательно соединенные первый блок умножени  и первый накаливающий сумматор, выход которого подключен к первым входам первого и второго элементов И, а также третий , четвертый, п тый и шестой элементы И и последовательно соединенные второй блок умножени  и второй накапливающий сумматор, выход которого подключен к первому входу четвертого элемента И, выход которого  вл етс  выходом фильтра, информационным входом которого  вл етс  первый вход п того элемента И, при этом выход шестого элемента И .подключен к первому входу первого накапливающего сумматора а к входам первого и BTopoio блоков пам ти коэффициентов, вторцм входам первого и второго накапливающих сумматоров , первого, второго, четвертого и п того элементов И и первому входу третьего элемента И подключены соответствующие выходы блока управлени , а также два блока округлени , преобразователь аналог - код, преобразователь код - аналог, блок пам ти, седьмой, восьмой и дев тый элементы И 2 .

Однако известный цифровой фильтр обладает низкой точностью за счет большой ошибки округлени .

Цель изобретени  - повышение точности .

Дл  достижени  поставленной цели в известный цифровой фильтр, содержащий два блока пам ти коэффициентов , блок управлени , последовательно соединенные первый блок умножени  и первый накапливающий сумматор выход которого подключен к первым входам первого и второго элементов И, а также третий, четвертый, п тый и шестой элементы И последовательно . соединенные второй блок умножени  и второй накапливающий сумматор, выход которого подключен к первому

входу четвертого элемента И, выход которого  вл етс  выходом фильтра, информационным входом которого  вл етс  первый вход п того элемента И, при этом выход шестого элемента И подключен к первому входу первого накапли-ваквдего сумматора, а к входа первого и второго блоков пам ти коэффициентов, вторым входам первог и второго накапливающих сумматоров, первого, второго, четвертого и п того элементов И и первому входу третьего элемента И подключены сортветствующие выходы блока управлени , введены третий и четвертый накапливак цие сумматоры, ппичем выход первого блока пам ти коэффициентов подключен к первому йходу первого блока умножени , а выход первого элемента И черейтретий накапливающий сумматор подключен к второму , входу третьего элемента И, выход которого подключен к второму входу перв.ого блока умножени , а к первому и второму входам второго блока умножени  подключены соответственно выходы второго элемента И и второго блока пам ти коэффициентов, к первому входу четвертого накапливающего сумматора подключен выход п того элемента И, к первому и второму входам шестого элемента И подключены соответственно выход четвертого накапливающего cyfiMaTopa и соответствующий выход блока управлени .

На фиг. 1 представлена структурна  электрическа  схема цифрового фильтра; на фиг. 2 - структурна  электрическа  схема блока управлени  .

Цифровой фильтр- содержит первый блок 1 пам ти коэффициентов, первый блок 2 умножени , первый накапливающий cyr-iMaTop 3, первый элемент И 4, .второй накапливанвдий сумматор 5, второй элемент И б, третий элемент И 7, третий накапливающий сумматор 8, четвертый элемент И9, второй блок 10 пам ти коэффициентов, п тый элемент И 11, второй блок 12 умножени , четвертый накапливающий сумматор 13, шестой элемент И 14, блок 15 управлени , содержащий задаю1дий генератор 16, счетчик 17 и шyльcoв, 1дешифратор 18.

Работа цифрового фильтра описываетс  системой уравнений

vCKj yfKj+( (iPf-JjvfK-f}; хГк()Х(;к-1};

(Я

.(si jnp|v(;K-ij, ), реализующих передаточную функцию

положительном полюсе фильтра Р- О система уравнений 1 принимает

(P-i;V k-fJ; + XCk-1J;

(21 ( ,(J.

Вычисление отсчетов выходного сигнала иСк 3 в каждом из циклов производитс  по тактам в соответствии с тактовыми командами 1 - 7, выраба туваемыл-ш блоком 15 управлени .

До начала вычислений в каждом из циклов К в регистрах накапливакадих сумматоров 3, 8 и 13 должны быть записаны соответственно значени  переменных -т 13, - 2, xfK - 1 }, полученных в предыдущих циклах, а регистр второго суМматора 5 установлен в нуль.

В первом такте команда 1 с выхода блока 15 управлени  подаетс  на входы элементов И 4, б и 11 и вход второго блока 10 пам ти коэффициентов . При этом отсчёт входного сигнала XfK через п тый элемент И 11 поступает на вход четвертого накапливающего сумматора 13 и складываетс  с сигналом X CK - 1, записанным вего регистре, образу  сумму - iJ. Одно временно с выхода первого накапливающего сумматора 3 через первый элемент И 4 на вход третьего накапливающего сумматора 8 подаетс  сигнал - 1, что приводит к образованию на выходе третьего накапливающего cyr iaTopa 8 сигнала - 1J - 1 + - 2. Кроме того, поступление разрешающих сигналов на вход второго блока 10 пам ти коэффициентов и вход второго элемента И 6 обеспечивают одновременное поступление кодов коэффициента а-, (с выхода второго блока 10-пам ти ) и сигнала - 1 (с выхода первого накапливающего сумматора 3 на входы второго блока 12 умножени . Полученное на выходе второго блока 12 умножени  произведение - 1} записываетс  в регистр второго накапливающего сумматора 5.

Во втором такте по команде 2 производитс  установка в нуль регисра первого накапливающего сумматора 3.,

В третьем такте вычислений разрешающие команды подаютс  на входы первого блока 1 пам ти коэффициентов и третьего элемента И 7. При этом сигнал - 1 с выхода третьего накапливающего сумматора 8 через третий элемент И 7 поступает на второй вход первого блока 2

умножени , на первый его вход с вы-: хода первого блока 1 пам ти коэффициентов подаетс  код коэффициента (I Ь; j - 1) . Полученное произведение (Iti-if - - 1J, с выхода первого блока 2 умножени  подаетс  на вход первого накапливающего сумматора 3 и записываетс  в его регистре . . В четвертом такте по команде 4,

подаваемой на первый вход шестого

элемента И 14, сигнал с выхода четвертого- накапливающего сумматора 13 через шестой .элемент И 14 подаетс  на вход первого накапливающего cyiviMaTopa 3 и складываетс  с 1записанным в его регистре в третьем такте сигналом, образу  сумму

V KJ-XCKh(|m-()

в п том такте команда 5 подаетс  на вход второго блока 10 пам ти коэфс ициентов и первый вход второг .о элемента И 6. При этом на входы

второго блока 12 умножени  с выхода первого накапливающего сумматора 3 через второй элемент И 6 поступает сигнал V Ск J, и с выхода, второго блока 1C пам ти коэ.ффициентов - код коэффициента а. Произведение - 1 с выхода второго блока 12 умножени  поступает на вход второго накапливающего сумма- тора 5 и суммируетс  с записанным .в его регистре произведением , образу  отсчет выходного сигнала

UCKJra VfKj o,.

шестом такте по команде 6, подаваемой на первый вход четвертого элемента И 9, отсчет выходного сигнала с выхода второго накаплиющего сумматора 5 через четвертый

элемент И 9 подаетс  на выход фильтра .

В седьмом такте производитс  установка в нуль регистра вт.орого накапливающего сумматора 5.

Таким образом, в результате выполнени  К-го цикла вычислений на выходе фильтра получен отсчет выходного сигнала в регистрах накапливающих сумматоров 3, 8, 13 записаны значени  сигналов VfKj,

- 1, XtKJ соответственно, а . регистр второго накапливающего сумматора 5 приведен в нуль, т.е. в регистрах сумматоров фильтра записаны все значени  переменных, необходимых дл  проведени  вычислений в (к + 1) цикле. Работа фильтра в последующих циклах описываетс  аналогично .

При отрицательном полюсе фильтра Р О работа пpeдлaгae 1oгo фильтpa может быть описана системой уравнений

Vj:Kj XCKJ-(|PM)

К К хСК -Х1:к-1 ;

(3)

V K} VCK -VfK-i ;

.Ск-1.

Из соотношений (3) следует, что при PiO формирование , переменных ХСК и производитс  путем сложени  отсчётов VCKjc инвертированными значени ми - 1 и - 1J соответственно. Следова тельно, в этом случае операци м сложени  должны предшествовать one рации инвертировани  знаков содержимых регистров накапливающих сумматоров 8, 13.

Результирующа  ошибка округлени  предлагаемого фильтра описываетс  выражением :

).

,v2/

2oi

-wVi

(4)

Из равенства (4 видно, что результирующа  ошибка .округлени  предлагаемого фильтра имеет дл  устойчивых фильтров ограниченное значение во всем возможном интервале значений полюсов, а ее значение уменьшаетс  при приближении значе НИИ полюсов к единичной окружности

Сравнение выражений (i (l+ % п 1 V

+ а I

(4 J дает возможность + 1 р2 /и

определить область значений полюсов передаточной функции, при которых дисперси  результирующей ошибки округлени  предлагаемого фильтра меньше дисперсии аналогичной ошибки фильтра - прототипа. Эта область определ етс  решением неравенства

/1 ..all . 2ai ) /..,

- .1 .ттгрт-/ 5;

12

и составл ет

;|Р| 0,5.

Таким образом, предлагаемый цифровой фильтр {ЦФ1 обеспечивает ограниченное значение ошибки округлени , диапазон которой, например при а ()иа,, 1 опреедл етс  неравенством

(6/

3 / db, 2 f ,

и существенное повышение точности при полюсг1Х расположённых вблизи или на единичной окружности Z-плоскости ,

Предлагаемый цифровой фильтр оказываетс  эффективным и дл  реализации пе редаточных функций высоких пор дков как в параллельной, так и в последовательной формах. При параллельной реализации дисперси  результирующей ошибки оцениваетс  вьлражением (

, („

где N - число элементарных-звеньев, используемых дл  реализации передаточной функции; дисперси  ошибки на выходе )-го звена.

На основе равенств (6 J и (71 следует , что при а 1 дисперси  результирующей ошибки на выходе ЦФ, реализующего передаточную функцию, имеющую N действительных полюсов, ,лежит в пределах

- (1 + 2N) й

(1 + 3N),(

если каждое из элементарных .звеньев реализуетс  на основе предлагаемого ЦФ, в то врем  как при использовании цветных ЦФ она неограниченно ворастает , если хот  бы один из полюсов . лежит в единичной окружности.

Claims (1)

1. ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР, содержащий два блока памяти коэффициентов, блок управления, последовательно соединенные первый блок умножения и первый накапливающий сумматор, выход которого подключен к первым входам первого и второго элементов И, а также третий, четвертый, пятый й шестой элементы И и последовательно соединенные второй блок умножения и второй накапливающий сумматор, выход которого подключен к первому входу четвертого элемента И, выход которого является выходом фильтра, информационным входом которого является первый вход пятого элемента И, при этом выход шестого элемента И подключен к первому входу первого накапливающего сумматора, а к входам первого и второго блоков памяти коэффициентов, вторым входам первого и второго накапливающих сумматоров, первого и второго, четвертого и пятого элементов И и первому входу третьего элемента И подключены соответствующие выходы блока управления, отличающийся тем, что, с целью повы- шения точности, в него введены третий и четвертый накапливающие сумматоры, причем выход первого блока памяти коэффициентов подключен к первому входу первого блока умножения, выход первого элемента И через третий накапливающий сумматор подключен к второму входу третьего элемента И, выход которого подключен к второму входу первого блока умножения, а к первому и второму входам второго блока умножения подключены соответственно выходы второго элемента И и второго блока памяти коэффициентов, к первому входу четвертого накапливающего сумматора подключен выход пятого элемента И, к первому и второму входам шестого элемента И подключены соответственно выход четвертого накапливающего сумматора и соответствующий выход блока управления.

   SU „„105966

   СО >

   Фиг. /