SU1171994A1 - Нерекурсивный цифровой фильтр - Google Patents

Abstract

НЕРЕКУРСИВНЫЙ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР, содержащий последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь , первый коммутатор и регистр сдвига, ш-разр дный выход которого подключен .к второму входу первого коммутатора, выходной сумматор, посто нное запоминающее устройство и формирователь управл ющих импульсов, первый выход которого соединен с входами управлени  аналого-цифрового преобразовател , первого коммутатора и входом,установки выходного сумматора , второй выход формировател  управл ющих импульсов подключен к вхот ДУ управлени  регистра сдвига; а третий выход формировател  управл ющих импульсов соединен с адресным входом посто нного запоминающего устройства, отличающийс  тем, что. С целью повышени  быстродействи , в него введены m дополнительных сумматоров, первый и вторые входы управлени , входы установки и информационные входы которых подключены к выходам соответствующих разр дов регистра сдвига, второму и перi вому выходам формировател  управл ющих импульсов и выходу посто нного (Л запоминакидего устройства соответст- венно, второй коммутатор, включенный между выходами m дополнительных сумматоров и входами выходного сумматора , вход управлени  которого объединен с входом управлени  второго коммутатора и подключен к четвертому выходу формировател  управл ющих импульсов . (;о 4

Description

Изобретение относитс  к радиотехнике и может быть использовано в системах цифровой обработки информации.

Цель изобретени  - повьшгение быстродействи .5

На фиг.1 и 2 приведена структурна  электрическа  схема нерекурсивного цифрового фильтpa;f на фиг.З диаграммы его работы; на фиг.4 структурна  электрическа  схема фор- -10 мировател  управл ющих импульсов; на фиг.5 - диаграммы работы формировател  управл ющих импульсов.

Нерекурсивный цифровой фильтр со . держит аналого-цифровой преобразова- 5 тель (АЦП) 1, первый коммутатор 2, регистр 3 сдвига, формирователь 4 управл ющих импульсов, посто нное запоминающее устройство (ПЗУ) 5, m дополнительных сумматоров 6, второй ком-20 Ыутатор 7 и выходной сумнатор 8. .

Нередурсивный цифровой фильтр по укрупненной блок-схеме (фиг.2) содержит АЦП 1, m условных нерекурсив- j, ных цифровых фильтров (НЦФ) 9, третий коммутатор 10, m умножителей 11 и выходной сумматор 8.

Формирователь 4 управл ющих импульсов содержит генератор 12 импульсов, 30 первый, второй и третий делители ISIS частоты, дешифратор 16, первый и второй элементы И 17 и 18.

НЦФ работает следующим образом.

На фиг.З обозначены непрерывный 35 входной сигнал X(t) и сигнал Х(пТ), где ,1,2,..., полученный путем дискретизации и квантовани  сигнала X(t) через равные промежутки времени Т и округлени  до ближайшего разрешен- 40 ного уровн , и - наименьший шаг квантовани  по амплитуде.

Па фиг.35,5,2, представлено преобразование аналогового сигнала X(t) аналого-цифровым преобразователем 1 в45 т-разр дные двоичные числа. Дл  нагл дности ограничимс  четьфьм  разр дами А1Д1 1, при этом фиг.з5 соответствует первому (младшему), фиг.З 6 второму , фиг.Зг- третьему, фиг.З - 50 четвертому (старшему) разр дам выхода АЦП.

На фиг. Зе ,А,Ч., и показана аппроксимаци  сигнала Х(пТ) суммой иьтульсов, отношение a mлитyд которых кратно 2. 55 Минимальна  амплитуда и шyльcoв равна Ujj - наименьшему шагу квантовани  входного сигнала (фиг.30().

На отрезке t,-Lj сигнал Х(пТ) аппроксимируетс  одним импульсом, амплитуда которого равна U (фиг.Зв); на отрезке j - импульсом с амплитудой 211 (фиг.Зж); ма отрезке 1,-Ц суммой двух импульсов с амплитудами Up (фиг.Зе) и 2Uo (фиг.З) и т.д., на отрезке - суммой трех импульсов с амплитудами U,, (фиг.Зе), 2UQ (фиг.З) и 4 U(, (фиг.Зг) , на отреке tg-tj - импульсом с амплитудой 8 Uj, (фиг.Зи).

Поскольку процесс фильтрации линейный , то профильтровав отдельными условными нерекурсивными хшфровыми фильтрами 9,. (фиг.2), частотные и фазовые характеристики которых одинаковы , каждую из импульсных последовательностей (фиг.Зе,,J, и) и складыва  в моменты выходные реакции условных НЦФ 9, получим полную реакцию Y(nT) на входной сигнал Х(пТ), аналогичную свертке отсчетов входного сигнала с коэффициентами импульсной характеристики

Y(nT) 2:а-Х(пТ-1Т) (1)

14

Таким образом, отсчет выходного сигнала в общем виде

Y(nT)Y, (nD+Y (пТ) + .. .+Y(nT),(2

где Y;(nT) - реакци  одного из условных НЦФ 9 в момент времени на i-импульсную последовательность (фиг.Зе,А,j,u).

Из сравнени  диаграмм на фиг.Зб и фиг.Зе, на фиг.ЗВ и фиг.З, на фиг.Зг и фиг.З, на фиг.3| и фиг.3(/ видно, что сигналы на этих диаграмма отличаютс  только амплитудами импульсов . Если прин ть амплитуду сигналов с выходов АЦП равной Uj,, то соотношение амплитуд кратно 2.

Поэтому отсчет Y(nT), аналогичный выражению (1), на входную последовательность Х(пТ) с учетом выражени  (2) можно получить путем сложени  реакций в моменты отдельных (одинаковых) нерекурсивных цифровых фильтров на Импульсные последовательности (фиг. 35,В,2 , ч) с соответствующими весами. Веса определ ют из.отношени  амплитуд импульсов с выходов разр дов АЦП 1 (фиг .3,8 jZ, ) и соответствующих аппрокси№1руюш х импульсов (фиг.3е,,,и). Таким образом ., Y(nT)(nT)(nT) 2+Y (пТ) 4+ l-YjCnD.e,(3) .где Y,(nT) - реакци  первого условно го НЦФ 9.1 в момент времени на импульсную последовательность (фиг.з5) с выхода первого (младшего) разр да АЦП 1 (фиг,2), Y(nT) - реакци  второго условного НЦФ 9,2 в момент времени на импульсную последовательность () с выхода второго разр да АЦП 1. (nl) - реакци  третьего условно го НЦФ 9.3 в момент времени на импульсную последовательность (фиг.Зг) с выхода третьего разр да АЦП 1, Y(iiT) - реакци  четвертого услов ного НЦФ 9.4 в момент времени на импульсную последовательность (фиг.3d) с выхода четвертого (старше го) разр да АЦП 1. Поскольку отсчеты сигнала каждого разр да АЦП 1 дл  условных нерекурсивных цифровых фильтров 9.т (фиг.З) принимают только два значени  1 или О, то операции умножени  в НЦФ вьфож даютс  и вычисление дискретной сверт ки дл  каждого входного сигнала (раз р да АЦП 1) и коэффициентов НЦФ по формуле (1) осуществл етс  путем сум мировани  тех коэффициентов фильтра а, сомножители (отсчеты входного сиг нала) у которых равнЬ 1. Согласно (3) сигналы Y(nT) с выхода i-ro условного НЦФ 9.га суммируютс  с разными весами (фиг.2). Но поскольку веса соответствуют числам (где m разр д выхода АЦП 1), то, следовател но, взвешивание сводитс  к сдвигу (в сторону увеличени ) выходного сиг . нала соответствующего условного ИЦФ 9.т на (т-1) разр дов. Выходной OTсчет Y(nT) получаетс  суммированием в накапливакицем выходном сумматоре 8 взвешенных реакций НЦФ в моменты . Поскольку така  реализаци  требует идентичности характеристик условных НЦФ 9.т, то дл  хранени  коэффици ентов фильтров достаточно использоват одно ПЗУ. Следовательно, вычисление дискрет ной свертки,соответствующей выражению (О, осуществл етс  лишь с помощью операции суммировани . В работе нерекурсивного цифрового фильтра можно выделить два режима: режим записи отсчета входного принимаемого сигнала Х(пТ) в регистр 3 сдвига и установки в начальное состо ние дополнительных сумматоров 6.1-6.т и выходного сумматора 8. и режим вычислени  отсчета выходного сигнала Y(nT) методом дискретной свертки N отсчетов входного сигнала, хран щихс  в регистре 3 сдвига, и коэффициентов фильтра а/, хран щихс  в ПЗУ 5. Запись отсчета входного сигнала Х(пТ) и установка в начальное состо ние составных частей НЦФ производит-, с  следукщим образом. Непрерьшный сигнал X(t) поступает на информационный вход АЦП 1, вход управлени  которого соединен с первым выходом формировател  4 управл ющих импульсов. Под воздействием импульса с первого выхода формирова- ел  4 (фиг.Зл) в момент времени АЦП 1 производит преобразование выборочного значе ни  амплитуды принимаемого сигнала Х(пТ) в т-разр дное двоичное число, которое через .первые входы первого коммутатора 2 поступает на информационные входы регистра 3 сдвига. Запись отсчета входного сигнала в регистр 3 сдвига происходит под воздействием поступающего на его (сдвиговый ) вход управлени  импульса с второго выхода формировател  4 (фнг.Зб, нулевой импульс), по времени совпадающего с импульсом с перво го выхода формировател  4 (фиг.5q). Импульсами с первого выхода формировател  4 (фиг.5о|), следующими в моменты времени , производитс  установка по входам установки дополнительных сумматоров 6,1 - б.т и выходного сумматора 8 в начальное (нулевое ) состо ние. На этом режим записи отсчета входного сигнала заканчиваетс . После окончани  импульса с первого выхода формировател  4 выходы регистра 3 сдвига подключаютс  к егоинформационным входам через вторые входы первого коммутатора 2, что обеспечивает круговой сдвиг информации в регистре 3 сдвига. Режим вычислени  отсчета выходного сигнала Y(nT) осуществл етс  межу записью в регистр 3 сдвига смежных тсчетов входного сигнала Х(пТ) и

X(n+1)tJ методом дискретной свертки N отсчетов входного сигнала, xpaFiHiuHxr.H в регистре 3 сдвига и N коэффициентов фильтра ао, хран щихс  в ПЗУ 5.

Дл  этого формирователь 4 импульсов управлени  на втором выходе формирует серию из N импульсов (фиг.5, импульсы 1,2,...,N), которые поступают на вход управлени  (сдвига) ре-, гистра 3 сдвига, чем обеспечиваетс  круговой сдвиг информации по принципу , когда каждый выходной сигнал под тактом записываетс  на вход, и на вторые входы управлени  дополнительных сумматоров 6.1-6.т. При этом ка: ады 1 разр д выхода регистра 3 сдвига соединен с первым входом управлени  соответствующего дополнительного умматора 6,1-6.т.

Одновременно на третьем выходе формировател  4 управл ющих импуль сов в двоичном коде формируютс  адресные Р-раэр дные числа от О до N-15 которые управл ют выборкой ПЗУ 5 по соответствующим адресным Р-выходам . При этом S выходов ПЗУ 5 соединены с информационными входами дополнительных сумматоров 6.1-6.га.

Под воздействием сигналов формировател  4 с выхода регистра 3 сдвига последовательно вьшоц тс  т-разр дные отсчеты входного сигнала на соответствующие первые входы управлени  дополнительных сумматоров 6.1-6.т а из ПЗУ 5 последовательно считываютс  S-разр дные коэффициенты фильтра а на информационные входы дополнительных сумматоров 6.1-6.т. Если сигнал разр да отсчета входного сигнала поступающий на первьш вход управлени  соответствующего дополнительного сумматора 6.1-6.т, имеет значение 1, то. коэффициент фильтра, поступающий на информационный вход дополнительных сумматоров 6.1-6.т, под тактом, поступающим на вторые входы управлени  дополнительных сумматоров 6.1-6.т, складываетс  с ранее вычисленной суммой . Если сигнал разр да отсчета равен О, то сложение не производитс  и сумма в дополнительных сумматорах 6.1-6.т на этом такте не измен етс .

Таким образом за N тактов суммы, накопленные в каждом из дополнительных сумматоров 6.1-6.т, соответствуют дискретной свертке N коэффициенто

фильтраа и и сигналов одного из раз р дов N отсчетоввходного сигнала Д| 7

После этого вычисл етс  отсчет выходного сигнала У(пТ) путем сложени  с определенными весами полученных сумм в дополнительных сумматорах 6,16 .т. Вес каждой из сумм равен 2 , где m - разр д в отсчете входного сигнала Х(пТ), которым соединены первые входы управлени  дополнительных сумматоров 6.1-6.т. Под воздействием m тактов с четвертого выхода фop tиpoвател  4 (фиг.5&) на вход управлени  второго коммутатора 7 происходит поочередна  коммутаци  накопленных сумм с выходов дополнительных сумматоров 6.1-6.т через соответствующие входы второго коммутатора 7 на вход выходного сумматора 8. При этом коммутаци  разр дов с га выходов m дополнительных сумматоров б.т производитс  со сдвигом на (т-1) относительно одноименных разр дов выходного сумматора 8. Этим достигаетс  увеличение числа с выходов m дополнительных сумматоров б.т в 2 %аза, Так, число с дополнительного сумматора 6.1 поступает на вход выходного сумматора 8 без изменени . Число с дополнительного сумматора 6.2 поступает на вход выходного сумматора 8 увеличенным в 2 раза. Число с дополнительного сумматора 6.3 увеличиваетс  в 4 раза. Число с выхода дополнительного сумматора б.т увеличиваетс  в 2 раз.

Под m тактами с четвертого выхода формировател  4 на вход управлений выходного сумматора 8 происходит накопление с.уммы чисел с вьгходов дополнительных сумматоров 6.1-6.т.

Полученна  таким образом сумма соответствует отсчету выходного сигнала Y(nT) (дискретной свертке N коэффициентов фильтра и N отсчетов входного сигнала).

После записи очередного отсчета входного сигнала в регистр 3 сдвига процесс по вычислению следующего отсчета выходного сигнала повтор етс .

На основании изложенного можно сделать вывод, что быстродействию фильтра, равное

+mt.,

&

где m - разр дность отсчета входного сигнала

tg - врем  сложени  двух чисел, существенно повьииаетс .

И 8Ио

7Иа бНо

5Яо 4Яо 3ffo

гио

И„

ff б г

д

Ио

Фиг.З

Claims (1)

1. НЕРЕКУРСИВНЫЙ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР, содержащий последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, первый коммутатор и регистр сдвига, щ-разрядный выход которого подключен к второму входу первого коммутатора, выходной сумматор, постоянное запоминающее устройство и формирователь управляющих импульсов, первый выход которого соединен с входами управления аналого-цифрового преобразователя, первого коммутатора и входом,установки выходного сумма- тора, второй выход формирователя управляющих импульсов подключен к вхоДУ управления регистра сдвига; а третий выход формирователя управляющих импульсов соединен с адресным входом постоянного запоминающего устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены ш дополнительных сумматоров, первый и вторые входы управления, входы установки и информационные входы которых подключены к выходам соответствующих разрядов регистра сдвига, второму и первому выходам формирователя управляю- § щих импульсов и выходу постоянного запоминающего устройства соответственно, второй коммутатор, включенный между выходами ш дополнительных сумматоров и входами выходного сумматора, вход управления которого объединен с входом управления второго коммутатора и подключен к четвертому выходу формирователя управляющих импульсов .

   SU„„ 1171994 >