SU1716607A1 - Цифровой фильтр с многоуровневой дельта-модул цией - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к вычислительной технике. Его использование дл  цифро-2 вой фильтрации случайных процессов позвол ет повысить разрешающую способность и быстродействие фильтра и упростить его. Фильтр содержит счетчик 1 импульсов, накапливающие сумматоры 2, 3 буферные регистры 4.1...4.(М+1), двоичные сумматоры 5.1...5.М(М -длина импульсной характеристики фильтра) и источник 7 посто нного кода. Положительный эффект достигаетс  благодар  введению перемножителей 6.1...6.М и соответствующему включению накапливающего сумматора 3. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано дл  цифровой фильтрации случайных процес- - сов, в частности, в спектроанализаторах параллельного действи  с использованием формата многоуровневой дельта-модул ции (МДМ) дл  представлени  входного сигнала .

Цель изобретени  - повышение разрешающей способности, быстродействи  и упрощение фильтра.;

На чертеже приведена структурна  схема цифрового фильтра с многоуровневой дельта-модул цией.

Цифровой фильтр с многоуровневой дельта-модул цией содержит счетчик 1 им-: пульсов, первый и второй накапливающие сумматоры 2 и 3, буферные регистры 4.1...4.(М+1), двоичные сумматоры 5.1...5.М, перемножители-6.1...6.М, где М -длина им- - пульсной характеристики фильтра, источ- ник.7 посто нного кода, информационные

входы 8 фильтра, тактовый вход 9, вход 10 обнулени  фильтра, входы 11.1...1.М задани  весовых коэффициентов импульсной характеристики фильтра, выходы 12 фильтра. Счетный вход счетчика 1 импульсов объединен с входом разрешени  записи второго накапливающего сумматора 3 и  вл етс  тактовым входом 9 фильтра, информационными входами 8 которого  вл ютс  информационные входы второго накапливающего сумматора 3, выходы которого подключены к информационным входам буферного регистра 4.(М+1). Входы обнулени  счетчика 1 импульсов, буферных регистров 4.1...4.(М+1), накапливающих сумматоров 2 и 3 объединены и  вл ютс  входом 10 обнулени  фильтра. Выходы источника 7 посто нного кода соединены с первыми входами двоичного сумматора 5.1, выходы двоичного сумматора 5.i, i 1,М подключены к информационным входам буферного регистра 4.I. выходы буферного регистра 4:j, j 1. М-1 сосо

С

С О О VJ

единены с первыми входами двоичного сумматора 5.0+1), выходы буферного регистра 4.М подключены к информационным входам первого накапливающего сумматора 2, вход разрешени  записи которого объединен с одноименными входами блоков 4.1...4.(М+1), вторым входом обнулени  второго накапливающего сумматора 3 и подключен к выходу счетчика 1 импульсов. Первые входы перемножител  6.1...6.М  вл ютс  входами 11.1...11.М задани  весовых коэффициентов импульсной характеристики, выходы буферного регистра 4.(М+1) подключены к вторым входам всех перемножителей 6, выходы каждого из которых соединены с вторыми входами одноименного двоичного сумматора, выходы .первого накапливающего сумматора 2  вл ютс  выходами 12 фильтра.

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

В предлагаемом устройстве производитс  обработка входного МДМ-сигнала с использованием ИКМ-формата импульсной характеристики, с частотой дискретизации, характерной дл  этого вида модул ции. Выходной сигнал этого фильтра представлен в привычном ИКМ-формате с частотой дискретизации , в q раз меньшей частоты дискретизации входного сигнала. Причем по сравнению с прототипом сн ты вс кие ограничени  на коэффициент прореживани  q выходного сигнала, что позволило увеличить быстродействие фильтра путем соответствующего увеличени  частоты дискретизации входного сигнала и упростить фильтр за счет уменьшени  объема используемой пам ти. Последнее достигаетс  за счет существенно меньшей разр дности суммы q шагов квантовани  входного сигнала по сравнению с разр дностью последовательности из q последовательных шагов, рост разр дности имеет не линейный , как в прототипе, а логарифмический характер, поэтому выигрыш в объеме пам ти значительный даже при сравнительно низких значени х коэффициента прореживани  q. Кроме того, входной сигнал в формате МДМ и импульсна  характеристика в формате ИКМ позвол ют получить высокую , наперед заданную разрешающую спосрбность фильтра путем увеличени  их разр дностей, что было невозможно в прототипе .

Работа фильтра начинаетс  с прихода установочного импульса на вход 10 обнулени  фильтра. В результате воздействи  этого импульса на входы обнулени  счетчика 1 импульсов, буферных регистров

4.1...4.(М+1), накапливающего сумматора 2 и вход обнулени  накапливающего сумматора 3 на выходах указанных блоков и на выходе 12 фильтра устанавливаетс  нулевое значение сигнала независимо от сигналов на других входах указанных блоков.

На информационный вход 8 фильтра поступает входной сигнал в формате МДМ, обладающий спектром, ограниченг-1

ным частотой Т , в виде {snv }, п О, который сопровождаетс  импульсами с частотой дискретизации на тактовом входе 9, Тд . Сигнал sn(x в блоке 3 суммируетс  с его содержимым по импульсам на тактовом входе 9. Одновременно тактовые импульсы поступают на счетный вход счетчика 1 с коэффициентом пересчета, равным коэффициенту прореживани  q выходного ригнала фильтра. Импульс с выхода

счетчика 1 поступает на входы разрешени  записи блоков 4.1...4.(М+1), накапливающего сумматора 2 и второй вход обнулени  блока 3. В результате воздействи  этого импульса в буферном регистре 4.(М+1) фиксируетс  значение сигнала Yn, образованное суммой из q последовательных значений входного сигнала {sn-q+r }, г 1, q:

Yn

г 1

Sn-q+r

r.x)

а блок 3 сбрасываетс  в исходное нулевое состо ние.

Значение Yn поступает на вторые входы всех перемножителей 6., i 1 ,М. На первый вход перемножител  6.I с входа 11.1 подано значение весового коэффициента ИХ в формате ИКМ: Ьм-i. На выходе перемножител  6.i формируетс  произведение YnhM-i, которое складываетс  в сумматоре 5.i со значением Sk-HM-(i-i) . вычисленным в блоке 5.(Ы) в (k-1)-OM такте времени Tn qTA, .

С учетом того, что на первые входы двоичного сумматора 5.1 подан сигнал нулевого значени  с источника 7 кода, на выходе буферного регистра 4,i формируетс  значение сигнала

50

Sk-Ki-1)W 2 Yn-mhM-n

m 1

Дл  i-M-ro регистра 4 число слагаемых этой суммы равно М, а значение S/M уг,

м -1 где 7Ук X hmYn-m - перва  разность,

m 0

формируема  на выходе блока 4.М из последовательно сти произведений Ynhiyi-j. Учитыва  выражение дл  {Yn}, можно записать

М-1 -о

V Yk 2 nm 2, Sn-q+r. r 1

Таким образом, на выходе буферного регистра 4.М формируетс  последовательность значений fyyk}, к 0, котора  поступает на накапливающий сумматор 2, формиру  на выходе последнего прореженный в q раз выходной сигнал цифрового фильтра с многоуровневой дельта-модул цией в формате И КМ с частотой дискретизации V1 Г1:

М -1q -1

yn+q-1 yn+- Ј hm E SrvH-mW

m 0

i - о

n + q - 1 M - 1

2E hmSr-mW.

r 1 m 0

При случайных сбо х, например по питанию , нормальна  работа цифрового фильтра с многоуровневой дельта-модул цией восстанавливаетс  подачей сигнала на вход 10 обнулени  фильтра.

Затраты времени на вычисление одного значени  первой разности7Ук равны t tn + tc, где tn и tc - врем  выполнени  операций умножени  в блоке 6 и суммировани  в блоке 5 соответственно. Период частоты дискретизации входного сигнала

соответствует периоду Тд -- - , что

позвол ет обрабатывать сигнал с соответствующим спектром.

Перемножитель 6.i дл  одного заданного значени  весового коэффициента hw-i может быть выполнен на посто нном запоминающем устройстве (ПЗУ), число адресных входов которого соответствует разр дности значений {Yn}. При разр дности входного сигнала bi, разр дность значений {Yn} равна b2 bi+ logaq, а требуемый в этом случае собьем пам ти одного ПЗУ равен QI

. Суммарный объем исполь

I- - - VJA - j - - - - (.т

зуемой пам ти составл ет Q MQi Mq2 4  чеек.

Сравнива  этот обьем пам ти с объемом пам ти преобразователей кода

прототипа Qj - 2Р. где Р - коэффициент прореживани  входного сигнала в формате линейной дельта-модул  ции (ЛДМ) известного устройства, получим

м р

2Р/М 2bl Hcq24 2p bVpq. При

одинаковой частоте следовани  входных и выходных сигналов сравниваемых устройств р q, тогда соотношение QC/QЈ 1 при типовом значении bi 4 уже дл  q 11. Отметим, что сравнение производилось дл  входного сигнала в формате ЛДМ устройства-прототипа и входного МДМ0 сигнала предлагаемого устройства с разр дностью bi 4, что сразу же предопредел ет за счет уменьшени  разр дности не только выигрыш в объеме используемой пам ти и соответственном упрощении филь5 тра, но и существенном увеличении разрешающей способности за счет увеличени  разр дности входного сигнала.

Одновременно за счет нелинейной (логарифмической ) зависимости роста разр д0 ности b2 bi + logaq от коэффициента прореживани  q практически сн ты ограничени  на величину q поскольку например, при и ограничении 02 13 (выполнении блока 6.i на ПЗУ типа КР556 РТ17) значение

5 коэффициента прореживани  может достигать q 512, в то врем  как в фильтре-прототипе при использовании ЛДМ формата такое значение q требует построени  преобразовател  кода с 512 входами, что нереали0 зуемо. Поэтому сн тие этого ограчени  позвол ет дополнительно значительно увеличить частоту дискретизации Тд , а значит соответственно увеличить .быстродействие фильтра.

5 Отметим, что наличие в фильтре входов 11,Г, i 1,М, задани  значений весовых коэффициентов позвол ет использовать предлагаемое устройство в системах с быстрой перенастройкой передаточной

0 характеристики, например, при осуществлении адаптивной фильтрации, в то врем  как в устройстве-прототипе дл  осуществлени  перенастройки фильтра необходимо полностью заменить запи5 санную в преобразовател х кода информацию , что требует значительно большего времени.

Поэтому введением в известное устройство перемножителей 6.1 ...6.М с соот0 ветствующими св з ми достигнута поставленна  цель - повышена разреша- . юща  способность фильтра, его быстродействие и упрощена конструкци  за счет сн ти  вс ких ограничений на увели5 чение коэффициента прореживани  q выходного сигнала и логарифмической зависимости роста разр дности входных сигналов перемножителей 6 от значени  q.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Цифровой фильтр с многоуровневой дельта-модул цией, содержащий счетчик импульсов, счетный вход которого  вл етс  тактовым входом фильтра, выход счетчика импульсов подключен к первым входам обнулени  первого и второго накапливающих сумматоров и входам разрешени  записи первого -(М+1)-го буферных регистров (М - длина импульсной характеристики фильтра ), входы обнулени  всех буферных регистров и счетчика импульсов объединены с вторыми входами обнулени  накапливающих сумматоров и  вл ютс  входом обнуле- ни  фильтра, первый -М-й двоичные сумматоры и источник посто нного кода, выходы которого соединены с первыми входами первого двоичного сумматора, выходы i-ro двоичного сумматора (i 1, М-1) подключены к информационным входам i-rp буферного регистра, выходы которого соединены с первыми входами (i+1)-ro двоичного сумматора , выходы М-го двоичного сумматора подключены к информационным входам М0

   5

   0

   5

   го буферного регистра, выходы которого соединены с информационными входами первого накапливающего сумматора, отличающийс  тем, что, с целью повышени  разрешающей способности фильтра, его быстродействи  и упрощени , в негр введены первый -М-й перемножители, первые входы которых  вл ютс  соответственно первыми -М-ми входами задани  весовых коэффициентов импульсной характеристики фильтра, информационные входы второго накапливающего сумматора  вл ютс  информационными входами фильтра, тактовый вход второго накапливающего сумматора подключен к тактовому входу фильтра, выходы второго накапливающего сумматора соединены с информационными входами (М+1)-го буферного регистра, выходы кото рого подключены к вторым входам всех перемножителей , выходы каждого из которых соединены с вторыми входами одноименного двоичного сумматора, выходы первого накапливающего сумматора  вл ютс  выходами фильтра.