SU873387A1 - Аналого-цифровой фильтр - Google Patents

Description

(54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР

t

Изобретение относитс  к радио- электронике, предназначено дл  фильтрации сигналов в быстро и медленнотекущих процессах и может быть использовано в вычислительной и локационной технике.

Известно фильтрующее устройство аналого-цифрового типа, которое сочетает высокую точность с возможностью фильтрации как быстротекущих, так и медленно измен ющихс  процеесов , и содержащее последовательно соединенные аналоговый фильтр, ана- лого-цифровой преобразователь, комт мутирующее устройство, регистр сдвига , цифро-аналоговый преобразователь, второй аналоговый фильтр и второе коммутирующее устройство, а также/ генератор тактовых импульсов, подключенный к управл ющим входам ана-i лого-цифрового преобразовател ,регистра сдвига и. обоих коммутирующих устройств l .

Фильтраци  сигнала осуществл етс  дважды - на входе и выходе устройства , с промежуточными преобразовател ми и формации. Это обуславливает использование значительного количества аппаратуры и недостаточную скорость обработки информации.

Известен также аналого-цифровой фильтр, содержащий.дифференциальный усилитель (блок сравнени ) во входной цепи, последовательно, соединенный с ним аналого-цифровой преобразователь (АЦП), выход которого  вл етс  выходом фильтра. С выхода АЦП на второй вход блока сравнени  включена цепь обратной св зи из пос10 ледовательно соединенных цифрового фильтра (ЦФ) и цифро-аналогового преобразовател  (ЦАП)23.

Однако в известном устройстве с ростом его быстродействи  значитель15 но возрастает о.бъем цифровой части устройства.

Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи .

Дл  этого в аналого-цифровой

20 фильтр, содержащий блок сравнени , первый вход которого  вл етс  входом устройства, цифро-аналоговый преобразователь , аналоговый интегратор, два ключа, элемент совпадени , счет25 чик-сумматор и последовательно включенные генератор тактовых импульсов , счетчик импульсов и дешифратор, выход которого соединен с управл пот щим входом первого ключа, введены

30 интегрирующий сумматор, компаратор.

определитель знака, дополнительные ключи и инвертор, причем блок сравнени , цифро-аналоговый преобразователь , первый ключ, аналоговый интегратор , инвертор, первый дополнительный ключ и интегрирующий сумматор соединены последовательно,второй вход интегрирующего сумматора соединен с выходом второго ключа, третий вход - с выходом второго дополнительного ключа, а выход - со входом компаратора и со входом определител  знака, выход которого подключен к одному из входов счетчикасумматора , информационные входы второго ключа и второго дополнительного ключа объадинены и подключены .к выходу цифро-аналогового преобразовател  управл ющий вход второго дополнительного ключа соединен с выходом элемента совпадени , первый вход которого объединен со вторым входом счетчика-сумматора и подключен к выходу дешифратора, а второй вход объединен с управл ющим входом третьего дополнительного ключа и подключен к выходу компаратора, информационный вход третьего дополнительного ключа соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход - с третьим входом счетчика-сумматора, выход которого подключен ко второму входу блока сравнени , при этом выход дешифратора соединен с управл ющими входами блока сравнени , второго ключа и первого дополнительного ключа .

На чертеже представлена структурна  электрическа  схема аналого-цифрового фильтра.

Аналого-цифровой фильтр содержит во входной цепи последовательно соединенные блок 1 сравнени , цифроаналоговый преобразователь2, первый ключ 3, аналоговый интегратор 4, инвертор 5, первый дополнительный ключ 6. Выход цифро-аналогового преобразовател  2 подключен ко входам первог о и второго дополнительных ключей 1 и 8. Выходы этих ключей сое- динены с двум  входами интегрирующего сумматора 9, третий вход которого подключен к выходу ключа 6. Выход интегрирующего сумматора 9 соединен с первым входом компаратора 10 и входом определител  знака 11 интеграла. Выход компаратора 10 соединен с управл ющим входом третьего дополнительного ключа 12 и одним из входов элемента 13 совпадени , выход которого соединен с управл ющим входом ключа 8. Выход определител  знака 11 подключен к одному из входов счетчика-сумматора 14, второй вход которого соединен с выходом ключа 12. Выход счетчика-сумматора 14 подключен ко второму вПоду блока 1 сравнени  и  вл етс  выходом фильтра. Фильтр содержит устройство управлени  в виде последовательно соединенных генератора 15 тактовых импульсов сч.етчика 16 импульсов и дешифратора 17, выходы которого соединены с управл ющими входами ключей 3,6 и 7, блока 1 сравнени  счетчика-сумматора 14, вторым входом элемента 13 совпадени . Выход генератора 15 подключен ко входу ключа 12.

В исходном состо нии напр жени  на выходе интегратора 4 и интегрирующего сумматора 9 равны нулю,на входы цифро-аналогового преобразовател  2 с выхода блока 1 сравнени  поданы нули, на всех разр дах входного кода и напр жение на его выходе также равно нулю. При этом сигнал на выходе компаратора - ноль, счетчик-сумматор 14 обнулен, а состо ние определител  знака 11 любое. Ключи 3,6,7,8 и 12 разомкнуты. Сигнал на выходе инвертора 5 соответствует единичному, а на выходе элемента 13 совпадени  - нулевому.

В начальный момент времени на входе блока 1 сравнени  происходит алгебраическое суммирование входного кода, представл ющего сумму полезного сигнала и помехи, с кодом отфильтрованного сигнала, поступающего с выхода счетчика-сумматора 14. Выработанный сигнал ошибки

д --Ч-,-,

где V - текущее значение кода входного воздействи  представл ющего сумму полезного сигнала и помехи; чр .- текущее значение кода сигнала обратной св зи, поступает на вход цифро-аналогового преобразовател  2, где вырабатываетс  напр жение.

41 . 4. ОП К

, U .4)

wax

где и

опорное напр жение цифрооп аналогового преобразовател  2; .

К, - коэффициент передачи цифроаналогового преобразовател 2 при значении . fwor. Пол рность напр жени  Ц,- определ етс  знаковым разр дом числа . По сигналу, приход щему с выхода дешифратора 17, замыкаютс  ключи 6 и 7, и начинаетс  процесс фильтрации аналогового напр жени  U , постпающего с выхода цифро-аналогового преобразовател  2. Фильтраци  сигнала осуществл етс  при помощи последовательной цепи, образованной аналоговьам интегратором 4, инвертором 5, ключом б, интегрирующим сумматором 9 и параллельной цепью, образованной ключом 7 и интегрирующим сумматором 9.

Интегрирование аналоговым интегратором 4 длитс  в течении времени Т, напр жение U2 на выходе его равно .t-T 21/t--т -С о .о. (.1И)Т) , где С - посто нна  времени интегратора 4, Напр жение поступает на первый вход интегрирующего сумматора 9, на второй его вход приходит напр жение 0(1 . При этом интегрирующий сумматор 9 интегрирует (умму напр жений U и и напр жение на его выходе определ етс  siM-t - ., : r ViHn где -беретс  со знаком плюс, так как на входе интегрирующего сум ма тора 9 включен инвертор 5} 2 - посто нна  времени интегри рующего сумматора 9. По истечении времени интегрирова ни  Т размыкаютс  ключи 3, б и 7. Н выходе интегрирующего сумматора 9 имеетс  напр жение . Оно поступа ет на компаратор 10 и переводит его в единичное состо ние. На выходе оп ределител  знака 11 также по вл етс сигнал, определ ющий операцию (суммирование или. вычетание) в счетчике сумматоре 14. По окончании режима интегрировани  на вход цифро-аналогового преобразовател  2 по сигналу от дешифратора 17 поступает числоЛ угхзх- - --и  вл етс  величиной посто нной. Спуст  врем , равное времени уст новлени  выходного напр жени , цифро-аналоговый преобразователь 2 вы рабатБшает напр жение lUpf, К Знак этого напр жени  равен знак напр жени  . Затем по сигналу управлени  с дешифратора 17 замыкаютс  ключи 8 и 12. Напр жение U поступает на вход интегрирующего сумматора 9. Напр жение U- начинает уменьшатьс  до нул . Тогда на вы ходе компаратора 10 по вл етс  сигн логического нул , и ключи 8 и 12 размыкаютс . За врем  уменьшени  на пр жени  в интегрирующем сумматоре 9 через ключ 12 на вход счетчикасумматора 14 поступает некоторое число импульсов от генератора тактовых импульсов 15. Число этих импульсов пропорционально напр жению Uj которое было на выходе интегрирующего сумматора до момента по дачи на его вход напр жени  и . Величина напр жени  подаче напр жени  переменна. Обозначим где t - врем  интегрировани  интегрирующего сумматора 9 при записи приращений в счетчик-сумматор 14) Т - посто нна  времени интегрирующей сумматора 9 при записи приращений в счетчик-сумматор 14. В это врем  через замкнутый ключ 12 поступают импульсы с посто нной частотой f., которле суммируютс  в счетчике-сумматоре 14. Число импульсов можно определить согласно выражению v,,,,. Оно определ ет приращение выходной величины, записанной в счетчике-csMматоре 14, на i-m шаге фильтрации входного сигнала. Дл  получени  полной характеристики фильтра необходимо рассмотреть сумму из п таких шагов. Полага ,что УП;, - ДЧ-i где - приЬащение, записанное в счетчик-сумматор 14 на i-m шаге, можно определить характеристику аналого-цифрового фильтра n-i -SV,-, где n - число шагов; v --2-iKM.) - 2.0 Полага , что врем  интегрировани  Т const, можно найти врем  работы аналого-цифрового фильтра, которое определ етс  как t, nt.Значение выходной величины f записанное в счетчик-сумматор 14, подаетс  на вход блока 1 сравнени , где сравниваетс  со входным кодом. Процесс отработки входного сигнала продолжаетс  до того омента, пока невыполнитс  равенство ЛЧ. 0. Количество аппаратуры предлагаемого устройства не зависит от частоты фильтруемого сигнала. Максимальна  частота фильтруемого сигнала определ етс  быстродействием элементов схемы, в особенности быстроействием цифро-аналогового преобразовател  2 и временем интегрирова- . ни  Т. Согласно теореме Котельникова астота сигнала , представленного в виде дискретной величины, св зана периодом дискретизации соотношеием

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Аналого-цифровой фильтр, содержащий блок сравнения, первый вход которого является входом устройства, цифро-аналоговый преобразователь, аналоговый интегратор, два ключа, элемент совпадения, счетчик-сумматор и последовательно включенные генератор тактовых импульсов и дешифратор, ;выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены интегрирующий сумматор, компаратор, определитель знака, дополнительные ключи и инвертор, причем блок сравнения, цифро-аналоговый преобразователь, пёрвый ключ, аналоговый интегратор, инвертор, первый дополнительный ключ и интегрирующий сумматор соединены последовательно, второй вход интегрирующего сумматора соединен с выходом второго ключа,третий вход - с выходом второго дополнительного ключа, а выход - со входом компаратора и со входом определителя - знака, выход которого подключен к од ному из входов счетчика-сумматора,ин формационные входы второго ключа и второго дополнительного ключа объеди йены и подключены к выходу цифро. аналогового преобразователя, управляющйй вход второго дополнительного ключа соединен с выходом элемента совпадения, первый вход которого объединен со вторым входом’ счетчикасумматора и подключен к выходу де15 шифратора, а второй вход объединен с управляющим входом третьего дополнительного ключа и подключен к выходу компаратора, информационный вход третьего дополнительного ключа 20 соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход - с третьим входом счетчика-сумматора, выход которого подключен ко второму входу блока сравнения, при этом выход де25 шифратора соединен с управляющими входами блока сравнения, второго ключа и первого дополнительного ключа.