SU1510091A1 - Цифровой фильтр с линейной дельта-модул цией - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к вычислительной технике. Его использование дл  цифровой обработки случайных процессов (цифрова  фильтраци , спектральный анализ) позвол ет повысить быстродействие и упростить фильтр. В его состав вход т линейный дельта-модул тор 1, двоичные счетчики 2, 3, тактовый генератор 4, блок 5 оперативной пам ти, элемент И 6, элемент ИЛИ-НЕ 8, блок 9 посто нной пам ти, мультиплексор 10, элемент 11 эквивалентности, реверсивный счетчик 12, накапливающий сумматор 13 и цифроаналоговый преобразователь 14. Благодар  введению буферного регистра 7 и соответствующим соединени м исключаетс  обнуление реверсивного счетчика, который работает с накоплением, что позвол ет исключить один накапливающий сумматор. 2 ил.

Description

3 . 15

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано дл  цифровой обработки случайных процессов, например, при цифро- вой фильтрации и спектральном анализе .

Цель изобретени  - повышение быстродействи  и упрощение фильтра.

На фиг. 1 приведена функциональна  схема фильтра; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.

Цифровой фильтр содержит линейный дельта-модул тор 1, первый и второй двоичные счетчики 2 и 3, тактовый генератор , блок 5 оперативной пам ти, элемент И 6, буферный регист 7, элемент ИЛИ-НЕ 8, блок 9 посто нной пам ти, мультиплексор 10, элемент 11 эквивалентности, реверсивный счетчик 12, накапливающий сумматор 13 и цифроаналоговый преобразователь И. На фиг. 1 обозначены вход 15, первые и второй выходы 1б и 17- На фиг. 2 показаны следующие сигналы: а - тактовые импульсы с генератора 4; 6 - импульсы на выходе переполнени  счетчика 2j в - смена шагов квантовани  на выходе дельта-модул тора 1 ; г - импульсы на выходе элемента И 6; д - импульсы на выходе элемента ИЛИ-НЕ 8.; е - смена сигналов на выходе, мультиплексора 10; ж - смена сигналов на выходе блока 9 посто нной пам ти.

В сигналах (фиг. 2е,ж) условно показаны адреса блоков 5 и 9 пам ти.

В основе работы цифрового фильтра с линейной дельта-модул цией лежит следующее.

Выходной сигнал цифрового фильтра с линейной дельта-модул цией в обычном формате импульсно-кодовой модул ции представл етс  в следующем виде:

П 1 М-А

Yn ГГГ

,ix)

k- m

JH1 -w ,

(1)

где е

h)

1 - 1,

0,

L ; , i 0,M-1 - весова  последовательность в формате линейной дельта-модул ции (шаги квантовани  импульсной характеристики цифрового фильтра); , входна  последовательность (шаги квантовани  входного сигнала). ч ,,

Последовательности L ; | и ь j представл ют собой кодированные последовательности шагов квантовани 

соответствующих величин и представлены в формате линейной дельта-модул ции .

Дл  получени  алгоритма функционировани  устройства разделим (1) на два последовательных этапа, представл емых двум  последовательно включенными накапливающими сумматорами, осуществл ющими непрерывное накопление сигналов: п

Y.

VY

1

мм

VY; Z 21

(к)

(Ь)

(2)

) т

Отметим, что значение i,Y; также можно представить двум  накапливающими сумматорами:

5

0

5

0

5

0

(3)

однако пр ма  реализаци  (З) приводит к увеличению аппаратурных затрат (избыточный накапливающий сумматор ) и увеличению времени вычислени  свертки (1) из-за затрат времени в указанном сумматоре.

Цифровой фильтр с линейной дельта-модул цией работает следующим образом.

Перед началом фильтрации необходимо провести обнуление реверсивного счетчика 12 и накапливающего сумматора 13. При этом на цифровых и аналоговом выходах 1б и 17 устанавливаютс  нулевые значени  выходных сигналов. Такое обнуление необходимо также проводить пр.и случайных сбо х, например, питани , чтобы предотвратить накопление ошибок в выходном

сигнале фильтра. В блок Ь пам ти заноситс  при этом нулевое значение сигнала, т.е. последовательность (0,1). .

В блоке 9 посто нной пам ти записана одноразр дна  последовательность

(hV

k 0,М-1 весовых коэффициенK i

тов фильтра. Запись производитс  подр д , начина  с нулевого адреса блока 9 по возрастающим адресам в том пор дке , как они записаны в последова

тельности

bt i

ПО нулевому адресу

,(и)

записываетс  значение L , по первому - и т.д., по (м-1)-му адресу записываетс  значение Ьц,.

51

Тактовый генератор k генерирует непрерывную последовательность импульсов (фиг. 2а) с частотой f

М --, где Т. - период частоты дискТА

ретизации входного сигнала, М - длина импульсной характеристики цифрового фильтра. Примем, что переходом, вызывающим изменение счетчиков 2, 3 и 12,  вл етс  переход на их счетном входе из единичного состо ни  в нулевое , т.е. изменение состо ни  счетчиков происходит по заднему фронту сигналов на их счетных входах. Примем также что запись значени  сигнала по информационным входам регистра 7 производитс  по заднему фронту сигнала на его тактовом входе , а запись значени  сигнала по информационным входам реверсивного счетчика 12 производитс  по переднему фронту сигнала на его входе размещени  предустановки. Первый двоичный счетчик 2 работает в режиме вычитани , поэтому после поступлени  М импульсов частоты f на его счетный вход на его выходе переполнени  (за- ема)- в конце периода дискретизации Тд формируетс  импульс (фиг. 26), поступающий на тактовый вход линейного дельта-модул тора 1. На выходе послЪднего при этом фиксируетс  значение шага квантовани  L входного сигнала (фиг. 2в) в п-м периоде дискретизации , которое сохран етс  на выходе блока 1 до поступлени  следующего импульса (фиг. 26) с выхода зае ма счетчика 2, Сигналы с разр дных выходов счетчика 2 подаютс  на входы элемента И 6, поэтому при состо нии счетчика 2, равном М-1, на выходе элемента И 6 формируетс  импульс (фиг. 2г) длительностью , который поступает на тактовый вход регистра 7 и вход разрешени  предустановки второго двоичного счетчика 3. По заднему фронту этого импульса в регистре 7 фиксируетс  состо ние счетчика 3 во втором такте teLt,: а в следующем периоде дискретизации

входного сигнала, по переднему фронту этого импульса, в счетчик 3 записываетс  состо ние регистра 7. Поэтому в первом такте текущего периода дискретизации состо ние счетчика 3 равно состо нию этого счетчика во втором такте t ,tj предыдущего периода дискретизации, чем обеспечи0916

ваетс  рециркул ци  адресов  чеек блока 9 посто нной пам ти.

Счетчик 3, имеющий коэффициент g пересчета М, работает в режиме сложени . Разр дные выходы счетчика 3 соединены с входами элемента ИЛИ-НЕ 8, в результате чего, при нулевом состо нии счетчика 3 на выходе эле10 мента ИЛИ-НЕ 8 формируетс  импульс (фиг. 2д) длительностью Тд/М, поступающий на управл ющие входы блока 5 пам ти и мультиплексора ТО. При наличии этого импульса блок 5 пам ти

15 находитс  в режиме записи (фиг. 2е), а мультиплексор 10 передает сигнал с выхода линейного дельта-модул тора 1 на первый вход элемента 11 эквивалентности . В отсутствии этого

0 импульса блок 5 пам ти переводитс  в режим чтени , а мультиплексор 10 передает сигнал с выхода блока 5 на первый вход элемента 11. За счет изменени  начального состо ни  счет25 чика 3 на единицу в каждом новом периоде дискретизации осуществл етс  рециркул ци  адресов  чеек блоков S и 9 пам ти - в каждом следующем периоде Тд адреса  чеек блока 9 па0 м ти смещаютс  на единицу в сторону опережени  от адресов  чеек блока 5 пам ти. Таким образом, шаги квантовани  входного сигнала , , запись которых производитс  в блок 5

g пам ти всегда при нулевом состо нии счетчика 3, записываютс  в п-м периоде дискретизации по р-му адресу, где р (M-n)modM.

Поэтому в п-м периоде дискретиза0 ции по сигналам с выходов разр дов счетчиков 2 и 3, поступающих на адресные входы блоков 5 и 9 пам ти соответственно , считываютс  с выхода мультиплексора 10 последовательность

n-(n+M-1-S)modM, S М-1,0 .(фиг. 2е) и с выхода блока 9 после- довательность m (n+r)mociM, г О,М-1 (фиг. 2ж), которые поступают синхронно на входы элемента 11

0 эквивалентности. Отметим, что nmodM- начальное состо ние счетчика 3 в п-м периоде дискретизации. На выходе элемента 11 эквивалентности (элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ) формируетс  произведение I L © Г |. Последовательность таких произведений поступает на вход, управл ющий направлением счета реверсивного счетчика 12, который измен ет свое состо ние на единицу после поступлени  на его счетный вход очередного заднего фронта тактового импульса (фиг. 2а). В результате через М тактов на выходах реверсивного счетчика 12 формируетс  значение свертки (3) в п-м периоде дискретизации (k+m n-(n+M-1-a)modM +(n+r)moaM, а так как г М-1-s и, учитыва  начальное состо ние счетчика 3 в п-м периоде дискретизации, равное nmodM, получаем k+m nmoaM). Указанное соотношени  между индексами последовательностей и ъ по соответствующим адресам блоков 5 и 9 пам ти проиллюстрированы на фиг. 2 дл  случа  nmodM 0.

В конце текущего периода дискретизации по импульсу с выхода заема счетчика 2 (фиг. 26) накопленное в реверсивном счетчике 12 значение записываетс  в накапливающий сумматор 13, где суммируетс  с его предыдущим значением. В следующем, (п+1)-м периоде дискретизации значение сигнала на выходах реверсивного счетчика 12 изменитс  на величину.,, поэтому после п периодов дискретизации, учитыва  нулевое начальное значение, сигнал на выходах реверсивного счетчика 12 равен Y.

Таким образом, отсутствие обнулени  реверсивного счетчика 12 позволило исключить непроизводительные затраты времени на эту операцию, а также объединить в нем выполнение двух последовательных суммирований (2). Накопление значений выходного сигнала реверсивного счетчика 12 в накапливающем сумматоре 13 дает, сог ласно (2), отсчет выходного сигнала цифрового фильтра в формате им- пульсно-кодовой модул ции, который преобразуетс  цифроаналоговым преобразователем 1 в аналоговую форму Y(t).

При фильтрации периодических сигналов выходной сигнал фильтра, а также перва  разность (З)  вл ютс  периодическими функци ми времени, поэтому отсутствие переполнени  счетчика 12 обеспечиваетс  выбором его разр дности из услови  максимального значени  амплитуды первой разности .

Таким образом, в цифровом фильтре с линейной дельта-модул цией полностью исключена задержка времени фоо

0

5

0

5

0

5

0

5

мировани  адресов блоков посто нной и оперативной пам ти, исключены также непроизводительные затраты времени на обнуление реверсивного счетчика и выполнение дополнительного суммировани  .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Цифровой фильтр с линейной дельта- модул цией, содержащий линейный дельта-модул тор, информационный вход которого  вл етс  входом фильтра , а выход соединен с первым информационным входом мультиплексора и информационным входом блока оперативной пам ти, выход которого подключен к второму информационному входу мультиплексора , выход которого соединен с первым входом элемента эквивалентности , выход которого подключен к управл ющему входу реверсивного счетчика , тактовый генератор, выход которого соединен со счетными входами реверсивного счетчика и первого двоичного счетчика, выходы разр дов которого подключены к адресным входам блока оперативной пам ти и входам элемента И, второй двоичный счетчик, выходы которого соединены с входами элемента ИЛИ-НЕ и блока посто нной пам ти, выход которого подключен к второму входу элемента эквивалентности , накапливающий сумматор, выходы которого соединены с входами цифро- аналогового преобразовател  и  вл ютс  первыми выходами фильтра, выход переполнени  первого двоичного счетчика подключен к тактовому входу линейного дельта-модул тора , выход элемента ИЛИ-НЕ соединен с управл ющими входами блока оперативной пам ти и мультиплексора, выход цифро- аналогового преобразовател   вл етс  вторым выходом фильтра, отличающийс  тем, что, с целью повышени  быстродействи  и упрощени  фильтра, в него введен буферный регистр , информационные входы и выходы которого подключены соответственно к выходам и установочным входам второго двоичного счетчика, счетный вход которого подключен к выходу тактового генератора, выход элемента И соединен с тактовым входом буферного регистра и входом разрешени  предустановки второго двоичного счетчика, вы- ходь1 реверсивного счетчика соединены

   с информационными входами накапливающего сумматора, тактовый вход которого подключен к выходу переполнени  первого двоичного счетчика.

   гг 5

   JLJ JLJl fLJ-Jb

   f J „ Т  /М

   Фиг. 2