Нерекурсивный фильтр

 

Изобретение относится к вычислительной технике. Цель изобретения - повышение точности при двухмерной фильтрации. Нерекурсивный фильтр (НФ) содержит дискретно-аналоговую линию задержки 1 с отводами, (N+1) весовых блоков 2-6, операционный усилитель 7, N логических блоков 8-11, N регистров 12-15 и формирователь 16 управляющих сигналов. Поставленная цель достигается введением в фильтр N логических блоков 8-11, их функциональным соединением с соответствующими блоками НФ, введением в каждый весовой блок, содержащий коммутируемый конденсатор из четырех ключей, (N-1) ключевых ячеек каждая из четырех ключей, 2N элементов ИЛИ, дополнительный коммутируемый конденсатор, и соединением между собой. НФ по п.2 отличается выполнением логического блока, содержащего М элементов И - НЕ, три дополнительных элемента И - НЕ, элемент ИЛИ, 2К выходных элементов И, последовательно соединенные инвертор, элемент И, счетчик и дешифратор, последовательно соединенные дополнительные инвертор, элемент ИЛИ, дифференцирующую RC-цепь. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1580530 (51)5 Н 03 Н 17/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, Н АBTÎPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) НЕРЕКУРСИВНЫИ ФИЛЬТР

6269 666670 6269 6666 76 62 бФ ád 6670 62 & 6666 7

И 69 6769 бб 69 67 69 66656769 636567 69

Фиа1 (21) 4381682/24=09 (22) 22. 02, 88 (46) 23.07.90. Бюл . ¹ 27 (71) Г1инский радиотехнический институт (72) В.А.Кешишьян (53) 621.396.96 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1107290, кл. Н 03 Н 17/04, 1982 ° (57) Изобретение относится к вычислительной технике.,Цель изобретения — повышение точности при двухмер-,. ной фильтрации. Нерекурсивный фильтр (НФ) содержит дискретно-аналоговую линию задержки 1 с отводами, (N+1) весовых блоков 2-6, операционный усилитель 7, N логических блоков 8-11, Я регистров 12-15 и формирователь

16 управляющих сигналов. Поставленная цель достигается введечием в фильтр

N логических блоков 8-11, их функциональным соединением с соответствующими блоками НФ, введением в каждый весовой блок, содержащий коммутируемый конденсатор из четырех ключей, (N-1) ключевых ячеек каждая из четырех ключей, 2N элементов ИЛИ, дополнительный коммутируемый конденсатор, и соединением между собой.

НФ по и. 2 отличается выполнением логического блока, содержащего Г1 элементов И-НЕ, три дополнительных элемента И-НЕ, элемент ИЛИ, 2К выходных элементов И, последовательно соединенные инвертор, элемент И, счетчик и дешифратор, последовательно соединенные дополнительные инвертор, элемент ИЛИ, дифференцирующую RC-цепь.

1 з.п.ф-лы, 6 ил.

1580530

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах регулирования и управления, а также в системах обработки и передачи дискретной или аналоговой информации, радио и гидролокации, в устройствах сейсморазведки.

Цель изобретения — повышение точйости при двухмерной фильтрации.

На фиг. 1 приведена структурная лектрическая схема нерекурсивого фильтра четвертого порядка (N = 4); на фиг. 2 — 5 — структурные электрические схемы весового блока

Логического блока, регистра и формирователя управляющих сигналов соответственно", на фиг. б — временные диаграммы, поясняющие работу формирователя управляющих сигналов.

Нерекурсивный фильтр содержит дискретно-аналоговую линию задержки (ДАЛЗ) 1, имеющую отводы 1- 1, 1 -4, N весовых блоков 2-5, (N+1)-й весовой блок б, операционный усили-, тель 7, N логических блоков 8-11, регистров !2-15, формирователь 16 управляющих сигналов, вход 17-1 и выход 17-2, N входов 18-21 весовых блоков, К управляющих входов 22-27 весовых блоков, выход 28 весовых блоков, М управляющих входов 29-37

) огических блоков, М входов 38-46 логических блоков, К выходов 47-52 догическйх блоков, М выходов 53-61 и

М входов 62-70 регистров и М+2 выхода 71-81 формирователя управляющих сигналов.

Весовые блоки 2-5 содержат N ключевых ячеек 82-85, коммутируемый конденсатор 82-1-1, дополнительный коммутируемый конденсатор 82-1-2, ключи с первого по четвертый 86-89, дополнительные ключи с первого по четвертый 86-1-89-1, 2N элементов

ИЛИ 90-1-90-8. Весовой блок б содержит коммутируемый конденсатор 6-1-1, дополнительный коммутируемый конденсатор 6-1-2, ключи с первого по четвертый 6-1 — 6-4 и дополнительные ключи с первого по четвертый 6-5—

6-8.

Логический блок содержит вход 91 сброса, М элементов И-НЕ 92-100, дополнительные инвертор 100-1, элемент ИЛИ 100-2 и дифференцирующая

RC-цепь,100-3, первый 101-1, второй

101-2 и третий 101-3 дополнительные

E+H=U

Для простоты анализа работы нерекурсивного фильтра возьмем массивы . импульсных характеристик фильтра . размера (2 с2), т.е.

< Цн "п Uis

Ь„Ь)2 = У2, 022 U2b 2)

1 1

1 1 Ь

22 22 2< 22 Э! US2 Цэе

Для осуществления операции свертки, т.е. для вычисления коэффициентов

U;>, лучше всего воспользоваться перемножением двумерных многочленов. (3) E(Z,W) ° H(Z,W) = U(Z,W) .) где E(Z W), H(Z W), U (Z W) являются двумерными (планарными) производя" щими функциями, а Е и W обозначают операторы единичной задержки по двум

50 осям.

Многочлены E(Z,W) и H(Z,W) можно представить в виде

55.

E(Z,W) = 111 + 112 2 + 12,0 +122ZW

H(ZФW) = h„+ 1)22Z + he# + "Й2 У (4) элементы И-НЕ, элемент ИЛИ 102, инвертор 103, элемент Й l 04, счетчик

105, дешифратор 106, выходы 106-1

106-6 дешифратора, вспомогательные элементы И 107-112, выходные элементы И 113-1-118-2.

Регистр содержит М триггеров

119-127 и вход 128 записи. Формиро1 ватель 16 управляющих сигналов содержит элементы ИЛИ 129 и 130, элемент

И 131, регистры l32 и 133 сдвига, выходные элементы И 134-144, такто- вый вход 145 и вход 146 сброса. . Нерекурсивный фильтр работает следующим образом.

Пусть входной сигнал представляет собой числовой массив Е, составленный из элементов 1, а двумерная им)1 э пульсная характеристика фильтра представляет собой числовой массив Н, составленный из элементов h ° ° . Для

Il получения выходного сигнала, представляющего собой числовой массив

U, составленный из элементов U э необходимо осуществить свертку двумерных функций:

5 158053

Перемножая многочлены от двух перемещенных Z, W и группируя слагаемые относительно операторов единичной задержки по двум соответствующим осям на плоскости, получим

+ (1н h |»+ 1лЬ ii)W + (l„h»2+10

112h 12+ Z + 12»Ь 21+ И +

«h22+ 12»h 12)WZ +

+ 12»Ь»22 откуда

l„,h(,+ О+ О+ О

112 Ь,ц +1 Ь12+ О + О

Ьг» 121h«» U»

ПЭ

13 12» (7) U

П5

30 г» 12»

U3i = lг„Ь21

Ul j

„О+ О+ О+ 1»,h»»

35 гЭ 22 12 12 12

Ui2

U2,1 (6) U13

U31

23 33

U(Z,W) — 1 Ь + (1,Ь + 1 h, )Z+

+ 122Ь i»+ 112 Ь21+ 12, Ь,» ) ZW +

+(1 Ь +1 Ь )КИ +

= 11»

U12 = 1», Ь1» + I»2h»1»

1-11 "г1+ 122" и+ 11г" г»+

"э». = 1г» Ь гг+ г г" zi 3

ПЪЪ 12»h 22 °

Проведя упорядочение относительно порядка следования коэффициентов

1; и h; вектор-столбец из Ui можно представить в виде

h, l„,+О+О+О

Ь»1 112+Ь 121,„+ 0 + 0

h 1„+О+h 1„+О

0 + h12112+ 0 + 0

Ь11 1 гг+Ь i»12.i+ht1 12+Ь»».

О+ О+ h»112+ 0

0 + Ьггlгг+ 0 + Ь22112

0+ 0+ h2i1 + h 1, О+ О+ О+ Ь„122

О 6

Из выражения (6) видно, что последовательность вычисления коэффициентов играет важную роль в правильности и быстроте определения

Так» для массимов (2 х 2) »»(2 к 2) получается массив (6), который обрабатывается несколько иначе, чем при обработке одномерных массивов. Для уяснения этого вопроса рассмотрим перемножение двух многочленов одной переменной: Е (Z) Н (Z) = U (Z), причем считаем, что количество одночленов у E(Z) и H(Z) должно быть как и у E(Z,W) и H(Z,W), т.е.

К(К) = 1,„+ 1«Z + 1, Z + 1«Z;

H(Z) = h 1„+ Ь1»Е + h»„Z + h»2Z .

Перемножая многочлены E(Z) ° H(Z) и группируя слагаемые относительно однсй переменной, получим

1 2, h 11 +11» h +1 „Ь „+ О

1»»Ь 1„+1»1Ь12+1 Ь,+11, Ь

О + 122Ь12+ l» h 2»+ 112Ь»

О + О + 1»»Ь22+ 121h22

Сравнивая выражения для результирующих коэффициентов, полученных по (6) и по (7), видно, что количество выходных коэффициентов, определяющих выходной двумерный массив, больше, чем количество выходных коэффициентов, определяющих выходной одномерный массив. Количество слагаемых, определяющих сооответствующий коэффициент выходного Массива в одномерном случае, определяется по линейному закону и строго возрастает от одного слагаемого до и слагаемых, где n — количество слагаемых входного многочлена

E(Z) и H(Z) соответственно. Количество слагаемых, определяющих соответствующий коэффициент выходного массива в двумерном случае, определяется по нелинейному закону и зависит от принятой последовательности следования коэффициентов U" представлен- :

» ных в виде вектора-столбца tU .- j ..

Выражение (7) можно переписать в виде

1580530

0 О)1

0 О

0 0

111 1

11г 1

1и 1

111 1

0 0

"г

111 1 11 1

ltd

122 1

0 0

1r 1

1rt 1+1, 2

1tr 1

0 О

111 1

l i i 1

1t 1

ltf 1 (8) +h rt

++ht1

О 0

0 0

0 0

О 0

0 О

Выражение (6) для двумерного случая можно представить в виде

0 0

0 0

О 0

112 1

1„.1

0 0

0 0

111 1

1н 1

0 0

0 0

0 О

0 0

112 1

"12 1 1

0 0 (9) =h

++ht1

12

ltd 1

111 1

О О

Ul2

lrt 1

1ю

0 0

0 О

Ug, 111 r

111 1

1и 1

0 0

1ы1

0 О

0 О

"зг

0 0

0 О

И 0 0 0 0

0 0

Uri Urq U« ° ..

Utr П U<> V„, "э "зг "зэ Пэ«. (10) ГПЗ =

V4t U, и„, °, Ц уП

Из выражения (8) видно, что коэффициенты 1 ° одномерной последователь1j ности, стоящие в соответствующих столбцах, строго следуют один за дру гом. Иэ выражения (9) видно, что в двумерном случае, коэффициенты не следуют строго один за другим, а зависят от порядка следования коэффициентов U и размера двумерного массива входного сигнала, поэтому для 40 оптимального нахождения выходных коэффициентов U; необходимо прежде всего знать информацию о соответствующих вектор-столбцах связей, состоящих из единиц или нулей. 45

Количество вектор-столбцов свя( зей определяется по размеру массива входных сигналов Е и массива чисел импульсной переходной характеристики фильтра Н. Так, если РазмеР Указанных массивов N x N, то количество вектор-столбцов N .

Размеры вектор-столбцов связей определяются размерами выходного массива gv 11 ). Так, если размеры входных массйвов чисел N «N, то размеры выходного массива ((2n-2)+1)

1 ((2р.-2)+1), а следовательно, размер г

, вектора-столбца равен В2п-2)+1 ) Наличие нулей и единиц.и их последовательности определяется по выходному сигналу чисел PU >g и по последовательности обхода его коэффициентов, Пусть

Для того, чтобы коэффициенты были упрорядочены как в выражении (10), необходимо, чтобы последовательность обхода коэффициентов U; быпа в соответствии

U«Ы 21 15 21 31 14

Для определения нулей и единиц в вектор-.столбце связей подматрица выходного массива (О 1 разбивается на подматрицы размера N к N, причем каждой из подматриц принадлежат только члены h P „J.

В соответствии с i-й подматрицей, если члены иэ последовательности (11) обхода коэффициентов принадлежат х-й

9 1580530 подматрице, то в вектор-столбце свя- четвертая подматрица эей будет "1", если члены из последовательности (11) не принадлежат

i-й подматрице, то в вектор-столбце пг, 1; = гг связей будет "0".

1- г

21 22

Uгг U-.э

П эг 0эю1

Таким образом, определив по размерам входных массивов размеры выходного массива, определяют векторстолбцы связей, Наличие вектор-столбцов связей позволяет достаточно просто реализовать алгоритм двумерной нерекурсивной фильтрации. 1

Рассмртрим принцип работы нерекурсивного фильтра.

Г = t 111010000 l второй вектор-столбец

F = (010110100 ) третий вектор-столбец связей

Пусть массив входных сигналов и массив импульсных переходных характеристик фильтра имеет размер (2 2), как показано в- выражении (2). Необхо- 20 димо реализовать нерекурсивную фильтрацию, т.е. получить на входе отфильтрованный двумерный массив чисел )U; ).

Здесь N = 2, следовательно, размер выходного массива ((2М-2)+1) ((2N-2)+ 21

+ 1)= ЗхЗ.

Г, = (001011010), F = (000010111 j

Определив все вектор-столбцы связей F F 2, f > Г,(, необходимо занес— ти их значения в соответствующие pе""-30 гистры i2-15 (ф регистра памяти содержит по девять триггеров 119-127 (фиг. 4). В качестве триггеров могут быть использованы таксируемые потенциалом П-триггеры. Ввод кодовой комбинации, ;îдержащейся в каждом вектор-столбце связей, в соответствующий регистр осуществляется через информацианьчlE входы б2-70 D каждого триггера (фиг. 4). При этом на вход 128 запис i подается сигнал высокого потенциала, что осуществляется от впешнего исто;— .ника одиночного импульса "Пуск", а .для хранения информации в регистрах необходимо, чтобы на входе 129 записи был всегда потенциал "0".

Ц11 012 U 3

"гь U31 U 32

1 12 И

121 12 П 21 U12

Ь„(1," ) = h„ вторая подматрица третья подматрица

111

1 г1 1;; = "21

1 г, 21 22

31 3 1

Следовательно, выходной массив Б;. 1можно представить в виде

Последовательность обхода коэффициентов выходного массива, в соответствии с (11) имеет вид

- Пи U2< - П Ъ 022 ПЬ1

"за "Зъ °

Первая подматрица

Н 12 12 1

12 J 12

1„1, U22 U 5

В соответствии с последовательностью обхода коэффициентов (0; ) и в соответствии c -й подматрчц и., первый вектор-столбец имеет виц четвертый вектор-столбец -.âÿçåé

В результате проведенной записи информации о содержимом каждого вектор-столбца связей Ft, Рг, в соответствующие регистры 12-15 на их выходах 53-61 (фиг. 4) будет код".— вая комбинация, соответствующая кодо вой комбинации i-го вектор-столбца связей. После записи кодовой коь.бп-нации в регистрах 12-15 нерекурси»вЂ” ный фильтр готов к работе.

Рассмотрим принцип действия :1огических блоков 8 — 11 (фиг. 3) вого элемента И-НЕ 92 четвертого логического блока 11 — .сигнал логической "1".

Сигнал логического "0 с выхода первого элемента И-НЕ 92 первого логического блока 8 распределяется по двум направлениям: с одной стороны поступает на вход первого дополнительного элемента И-HE 101 вЂ, с выхода которого сигнал логической "1" поступает на вторые входы выходных нечетных выходных элементов И 113-1, 114-1, 115-1, 116-1, 117-1, 118-1, с другой стороны сигнал логического

"О" с выхода первого элемента И-HE

92 поступает на первый вход третьего дополнительного элемента И-НЕ 101-3, на выходе которого сразу же появля20 ется сигнал логической "1", который с одной стороны поступает на первые входы вспомогательных элементов И

107-112, а с другой стороны — на вход инвертора 103, на выходе которо25 го оказывается сигнал логического

"О", который поступает на первый вход элемента И 104, на второй вход которого поступает (в момент времени t = 1, 2, 3, ...) импульсный сиг30 нал с выхода элемента ИЛИ 102. При этом на выходе элемента И 104 имеется сигнал логического "О", который поступает на счетный вход счетчика 105 и не меняет его состояния, причем в этот момент времени (т.е., t = 1) счетчик обнулен.

Обнуление осуществляется следующим образом. При поступлении импульса пуска на вход 91 сброса по его переднему фронту пассивной дифференцирующей

RC-цепью 100-3 формируется короткий импульс, который и обнуляет счетчик

105, причем обнуление счетчика 105 практически происходит до появления на управляющем входе 29 первого импульса с блока 16. Далее после каждого периода обработки (в рассматриваемом случае после окончания девяти импульсов), т.е. по заднему фронту

9-ro импульса и формиррвателя 16 импульс инвертируется в дополнительном инверторе 100-1,и, проходя через дополнительный элемент KIH. 100-2, дифференцируется RC-цепью 100-3 (фиг. 3), При этом формируется сигнал, который периодически обнуляет счетчик 105.

При обнулении у дешифратора 106 возбужденным будет только первый

1580530 12

Каждый из логических блоков, в общем случае, содержит M управляющих входов 29-37 и M входов 38-46 (фиг. 3) . На управляющие входы 2937 соответствующих логических блоков

8-11 последовательно поступают управляющие импульсы с выходов 73-81 формирователя 16 (фиг. 5 и 6), а на вхоДы 38 — 46 логических блоков 8-11 одновременно поступает кодовая комбинация с выходов 53-61 регистров 12-15, соответствующая кодовой комбинации i-го ректор-столбца связей F

Пусть в первом регистре 12 хранится кодовая комбинация о первом вектор-столбце связей Г, = $111010000 ) т.е. на выходах 53-61 первого регистра 12 имеется кодовая комбинация

111010000 (фиг. 1). Во втором регист ре 13 хранится кодовая комбинация о втором вектор-столбце связей Fg

$010110100 ), т.е. на выходах 53-á 1 второго регистра 13 имеется

Кодовая комбинация О 10110100. В третьем регистре 14 хранится кодовая

Комбинация о третьем вектор-столбце связей F,„ = $ 001011010 ), т.е. на выходах 53-61 регистра 14 имеется кодовая комбинация 001011010. В четвертом регистре 15 хранится кодовая комбинация о четвертом вектор-столбце связей Г = (000010111 ) т.е. иа выходах 53-61 четвертого регистра 15 имеется кодовая комбинация 000010111.

В момент времени t = 1 на выходе

73 формирователя 16 (фиг. 5) возникает управляющий импульс (фиг. 6) и поступает на первый управляющий вход . 29 логических блоков 8-11. Этот управляющий импульс поступает на первый вход первого элемента И-НЕ 92 соответственно первого 8, второго 9, третьего 10 и четвертого 11 логических блоков (фиг, 3), а на второй вход первого элемента И-НЕ 9? соответственно первого 8, второго 9, третьего

10 и четвертого 11 логических блоков поступает сигнал с регистров 12-15 (фиг. 3). В результате этого на выходе первого элемента И-НЕ 92 первого логического блока 8 присутствует сигнал логический "О, на выходе первого элемента И-НЕ 92 второго логил ческого блока 9 — сигнал логический

"1" на выходе, первого элемента И-НЕ

92 третьего логического блока 10— сигнал логической "1", на выходе пер13 158 выход 106- 1 (фиг. 3), остальные выходы находятся в состоянии "0" Сигнал логической "1" с первого выхода

106-1 дешифратора 106 поступает на второй вход первого вспомогательного элемента И 107, в результате чего на его выходе будет сигнал логической

"1", который поступает на первые входы нечетного и четного выходных элементов И 113-1 и 113-2. Но так как сигнал логической "1" подан на второй вход только нечетного выходного элемента И 113-1, то íà его выходе (нечетный выход) 47-1 будет управляющий сигнал логической "1".

В этот же момент времени (t = 1) на выходе первых элементов И вЂ” НЕ 92 второго 9, третьего 10 и четвертого

11 логических блоков имеются импульсные сигналы логической "1", которые поступают на первый вход первого дополнительного элемента И-НЕ 101-1, на выходе которого оказывается импульсный сигнал логического "0" который, поступая на вторые входы нечетных выходных элементов И 113-1, 114-1, 115-1, 116-1, 117-1, 118-1, запрещает появление управляющего импульса на соответствующих выходах логических блоков 9-11. Однако с другой стороны сигнал логической " 1" с выхода первого элемента И-НЕ 92 поступает на первый вход третьего дополнительного элемента И-НЕ 101-3, на выходе которого имеется импульсный сигнал логического "0", который с одной стороны оказывается на первых входах вспомогательных элементов И 107-112 и запрещает появление сигналов логической "1" на выходах последних, а с другой стороны импульсный сигнал логического "0" поступает на инвертор 103, на выходе которого возникает импульсный сигнал логической "1", который, поступая на первый вход элемента И 104 (на второй вход которого всегда поступает разрешающий импульсный сигнал), формирует импульсный сигнал, который поступает на счетный вход счетчика

105 и по переднему фронту переводит его в новое состояние, в результате

1чего возбуждаетая второй выход 106-2 дешифратора 106 (фиг. 3).

Таким образом, при поступлении на

m-й вход логических блоков 8-11 сигнала логической "1" на соответствующем выходе соответствующего логичес0530 14 кого блока всегда имеется управляющий импульс логической "1", а при поступлении íà m-й вход логических блоков 8-11 сигнала логического "0".

55 на выходе соответствующего логического блока отсутствует управляющий сигнал, причем подача на его m-й вход сигнала логического "0 всегда приводит к возбуждению следующего по счету выхода дешифратора 106, а поступление на m-й информационный вход логической

"1" не приводит к возбуждению следующего по счету выхода дешифратора 106, а оставляет возбужденным выход, который задействован в предшествующие моменты.

Рассмотрим формирование управляющих импульсов на выходах логических блоков 8-11 в различные момен ы времени.

В момент времени t = у первого логического блока 8 на нечетном выходе 47-1 присутствует управляющий сигнал логической "1t . При этом возбужден первый выход 106-1 дешифратора

,06 (фиг. 3). У логических блоков

9-11 управляющий сигнал логической

"1 на выходах отсутствует. При этом возбуждается второй выход 106-2 дешифратора 106.

В момент времени t = 2 на четном выходе 47-2 первого логического блока

8 присутствует сигнал логической "1".

При этом возбужденным остается первый выход 106-1 дешифратора 106. У второго логического блока 9 имеется сигнал логической "1" на четном выходе 48-2.

При этом возбужден второй вьгход 106-2 дешифратора 106 (фиг. 3). У логических блоков 10 и 11 на их выходах управляющие сигналы логической "1" отсутствуют. При этом происходит возбуждение третьего выхода 106-3 дешифратора 106 обоих логических блоков.

В момент времени t = 3 появляется управляющий сигнал логической "1" на нечетном выходе 47-1 первого логического блока 8. При этом вновь оказывается возбужденным только первый выход 106-1 дешифратора 106. У второго логического блока 9 управляющий сигнал на выходе отсутствует. При этом происходит возбуждение третьего выхода 106-3 дешифратора 106. У третьего логического блока 10 присутствует управляющий сигнал логической

"1" на нечетчом выходе 49 — 1. При этом возбужденным остается третий

Представим двумерный массив входных сигналов в виде одномерной последовательности

15 1580530 выход 106-3 дешифратора 106. У четвертого логического блока 11 на вы- ходе отсутствует управляющий сигнал.

При этом происходит возбуждение четвертого выхода I06-4 дешифратора 106.

В момент времени t = 4 у первого яогического блока 8 на выходе отсутствует управляющий сигнал. При этом йроисходит возбуждение второго выхода 106-2 дешифратора 106. У второго логического блока 9 появляется управляющий сигнал логической "1" иа четном выходе 49-2. При этом возбужденным остается третий выход 106-3 дешифратора 106. У третьего логического блока 10 управляющий сигнал на выходе отсутствует. При этом происходит возбуждение четвертого выхода 106-4 дешифратора 106, У чет- 20 вертого логического блока 11 на выходе управляющий сигнал также отсутствует. При этом происходит возбуждение пятого выхода 106-5 дешифратора 106. 25

В момент времени t = 5 у первого логического блока 8 управляющий сигнал логической "1" имеется на нечет ном выходе 48-1. При этом остается возбужденным второй выход 106-2 де30 шифратора 106, У второго логического блока 9 на выходе присутствует управляющий сигнал логической "1" на нечетном выходе 49-1, При этом возбужденным остается третий выход 106-3 дешифратора 106. У третьего логического блока 10 управляющий сигнал ло гической "1" присутствует на нечетном выходе 50-1. При этом возбужден ным остается четвертый выход 106-4 дешифратора 106. У четвертого логического блока 11 управляющий сигнал логической "1" имеется на нечетном выходе -51-1. При этом возбужденным остается пятый выход 106-5 дешифрам тора 106.

В момент времени t = 6 оставшиеся кодовые комбинации, хранящиеся в первом регистре 12-и которые поступают на входы первого логического 50 блока 8, представляют собой сигналы логического "0, и очевидно, что в оставшемся цикле работы (состоящем из 9 тактов) логический блок 8 участвовать не будет. У второго логического блока 9 управляющий сигнал на выходе отсутствует. При этом возбуждается четвертый выход 106-4 дешифратора 106. У третьего логического .бло16 ка 10 сигнал логической "1" имеется на четном выходе 50-.2. Нри этом возбужпенным остается четвертый вы-, ход 106-4 дешифратора 106. У четвертого логического блока 11 на выходе сигнал отсутствует. При этом происходит возбуждение шестого выхода 106-6 дешифратор а 1 06 .

В момент времени t = 7 у второго логического блока 9 имеется сигнал логической "1" на нечетном выходе

50-1. При этом остается возбужденным третий выход 106-3 дешифрато-. ра 106. У третьего логического блока

10 отсутствует управляющий сигнал логической "1" на выходе. При этом возбуждается пятый выход 106-5 дешифратора 106. У четвертого логического блока 11 управляющий сигнал логической "1" присутствует на нечетном выходе 52-1. При этом остается возбужденным шестой выход 106-6 дешифратора. 106.

В момент времени t = 9 второй логический, блок 9 в оставшихся тактах цикла уже не участвует. У третьего логического блока 10 имеется сигнал логической "1" на четном выходе

51-2 ° При этом остается возбужденным шестой выход 106-6 дешифратора 106.

У четвертого логического блока 11 присутствует сигнал логической ".1 на четном выходе 52-2.

В момент времени = 9 участвует в работе только четвертый логический блок 11. На его нечетном выходе 52-1 имеется управляющий сигнал логической "1". Момент времени t = 9 является последним тактом в цикле работы нерекурсивного фильтра.

Рассмотрим работу непосредственно нерекурсивного фильтра. Пусть входной массив сигналов 1; представлен матрицей размера (2 х 2, а весовые коэффициенты также представлены матрицей размера (2 x2). Тогда выходной обработанный массив сигналов можно представить в виде

1=1 +1 Е+1 У+1, ЕИ, тельности

h = h„+ hi)Z + h tiW + h gZW.

Тогда в момент времени t = 1 на отводе 1-1 ДАЛЗ 1 имеется напряжение

1„,, которое поступает на первый àход

18 первого весового блока 2 (фиг. 1).

В этот момент времени существует только управляющий импульс на нечетном выходе 47-1 первого логического блока 8, причем выход 47-1 соединен с нечетным входом 22-1 первого весового блока 2. В результате этого на выходе первого элемента ИЛИ 90-1 присутствует сигнал логической "1" который включает ключи 86 и 89, а также вклю- 20 чает дополнительные ключи 87-1 и

86-1, что приводит к снятию имеющихся (если они были) зарядов на дополнительном коммутируемом конденсаторе

82-1-2 (фиг. 2). В это же время пер- 2$ вым управляющим импульсом с выхода

71 формирователя 16 включаются ключи

6-1 и 6-4 (а также дополнительные ключи 6-6 и 6-7, что приводит к снятию имеющихся, если они были, зарядов на дополнительном коммутируемом конденсаторе 6-1-2) . В результате этого происходит заряд коммутируемого конденсатора 82-1-1 до значения напряжения, существующего на входе 18 весового блока 2. Выход 28 весового блока 2 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 7.

Происходит заряд коммутируемого конденсатора 6-1-1 (0+1) весового бло40 ка 6. В результате на выходе устройс гва 17-2 сформируется сигнал где C C „, — коммутируемый конденсатор в дополнительном (N+1)-м весовом блоке6;

С «< — коммутируемый конденсатор первого весового блока 2.

Выбирая значение С gg (/С C-1-,=

= h ., получим

11 11" 1 и

В момент времени t = 2 на отводе 1-1 ДАЛЗ 1 имеется напряжение 1, 17 158053 а двумерный массив весовых коэффици- . ентов — в виде одномерной последова0 18 а на отводе 1-2 ЦАЛЗ 1 — напряжение 1, . Б это время имеется управляющий сигнал логической "1" на четном выходе 47- 1 первого логического блока 8, который подключен к четному входу 22-2 первого весового блока 2, В то же время имеется управляющий сигнал логической "1" на четном выходе 48-2 второго логического блока

9, который соединен с нечетным входом 23-1 второго весового блока 3.

В результате этого эти импульсы, пройдя через элементы ИЛИ 90-2 и

90-3 первого 2 и второго 3 весовых блоков соответственно, включают ключи 87 и 88, а также дополнительные .ключи 86-1 и 89-1 первого весового блока 2 и ключи 86 и 89, а также дополнительные ключи 87-1 и 88-1 второго весового блока 3, что приводит к заряду дополнительного коммутируемого конденсатора 82-1-2 (в это же время происходит разряд коммутируемого конденсатора 82-1-1 и подготавливает его к новому такту работы) ° Через открытые ключи 86 и 89 ключевой ячейки 83 второго " весового блока 3 заряжается его коммутируемый конденсатор 82-1-1. При этом управляющим сигналом со второго выхода 72 формирователя 16 включаются дополнительные ключи 6-5 и 6-8, а также ключи 6-2 и 6-3 (N+1)-го весового блока

6, что приводит к разряду коммутируемого конденсатора 6-1-1 и подготавлиаает его к коко у уакту работы, с другой стороны. заряжается дополнительный коммутирующий конденсатор

6-1-2, что приводит к тому, что у весового блока 2 первый вход 18 подключается к отводу 1-1 ДАЛЗ 1, а у весового блока 3 подключается второй вход 19 к отводу 1-2 ДАЛЗ 1. Таким образом, в момент времени t = 2 на выходе 17-2 фильтра сформируется сигнал где С (— коммутируемый кон1г- - г(3 денсатор второго весового блока.

Обозн«ая С г- - < (>> /С (,- г = "" И получим

ii тг it 11

Работа (Я+1)-го весовога блока в последующих тактах аналогична работ

1580530

20 и менты времени t = 1 и t = 2. В момент времени t = 3 управляющие им— пульсы имеются на выходах 47-1 и

49-1 логических блоков 8 и 10 соотС 2 М1 С 92- 1- < (4) 1

"21 — 21 - )1

С „„С где С 2, < <(<) — номинал коммутируемого конденсатора третьего весового блока 4.

/С

Выбирая С „2„ ., ) получим

6 „— hÄ12Ä+ h2) 1,„.

В момент времени t = 4 управляющие импульсы присутствуют на выходе

49-2 второго логического блока 9„

-который соединен с входом 24-2 второго весового блока 3. В результате этого включаются ключи 87 и 88 и дополнительные ключи 86-1 и 89-1 второго весового блока 3 и подключают его третий вход 20 к отводу )-3

ДАЛЗ 1. На отводе 1-2 в зто время имеется сигнал 1, . На выходе 17-2 фильтра появляется сигнал

В момент времени t = 5 управляю— щие импульсы присутствуют на выходах

49-1, 50-1, 51-1 логических блоков

8-11. Указанные выходы подключены к входам 23-2„24-1, 25-2, 26-1 весовых блоков 2-5. соответственно. В этот момент времени на отводах ДАЛЗ

1 имеются сигналы: на отьоде 1-1

1 на отводе 1-2 1,2, на отводе

11 P

1-3 1,, на отводе 1-4 1, . При этом оказываются подключенными входы

19, 20, 21, 18 весовых блоков 2-5 ветственно, которые соединены с входами 22-1 «и 24-1 первого 2 и третьего

3 весовых блоков соответственно, и включаются ключи 86 и 89 и дополнительные ключи 87-1 и 88-1 весовых блоков 2 и 4, При этом первый вход

18 весового блока 2 вновь подключается к отводу 1-1 ДАЛЗ 1, а третий вход 20 весового блока 4 — к отводу

1-3 ДАЛЗ 1. На отводах 1 — 1 и 1-3

ДАЛЗ 1 в это время имеются сигналы соответственно 12, и 1, в результате чего на. выходе l7-2 фильтра сформируется напряжение к отводам ДАЛЗ 1 1-2, 1-3, 1-4, 1-1 соответственно. На выходе 17-2 фильт— ра появляется сигнал

С 82- «,2(и) Сg2- <-i(э) + ) 1

+ —,— — — — — — 1

12 м>

Сб-, „ С- -(- где С (<) — номинал коммутируемого конденсатора четвертого весового блока 5.

6- -1 k22

1с

Обозначая С 82- - получим

" гг = "« .г " 21 г " г 2 "e и

И

В момент времени t = б управляющие импульсы присутствуют на выходе

50-2 трeòüåãî логического блока 10.

Указанный выход подключен к входу

25-1 третьего весового блока 4. В

25 результате этого подключается четвертый вход 21 третьего весового блока 4 и к отводу 1-4 ДАЛЗ 1, на котором в этом случае имеется сигнал 1, . г!а выходе 17-2 фильтра появляется сигнал

С„22- - i«)

U =--" — — — -1 =) 1

31 г! L t 21

6-3- 1

В момент времени t = 7 управляю35 щие импульсы присутствуют на выходе

50-1 и на выходе 52- 1 логических блоков 9 и l1 собтветственно, Указанные выходы соединены с входами

25-2 и 27-1 весовых блоков 3 и 5.

При этом включаются ключи 87 и 88 и дополнительные ключи 86-1 и 89-1 второго 3 и четвертого 5 весовых блоков и включают отводы 1-4 и 1-2

ДАЛЗ 1 к входам 21 и 19 соответственно второго 3 и четвертого 5 весовых блоков. На отводах ДАЛЗ 1 появляются сигналы: на отводе 1-2 1 2, а на отводе 1-4 12 .На выходе 17-2 фильтра появляется сигнал

C g2- 3- g,(Ы С 82-f- 2(3)

U ) 1

С, 1 22 Сб-1 1 1Й

11 22 221 12

В момент времени t = 8 управляющие импульсы присутствуют на выходах 51-2 и 52-2 логических блоков 10 и 11, которые подключены к входам 26-2 и 27-2

5 С ю2-s - а (a) Cg2- - «Э)

К

+ 1„+

22- С,, 1 С 4.f f

15805 соответственно третьего 4 и четвертого 5 весовых блоков. При этом включаются ключи 87 и 88 и дополнительные ключи 86-1 и 89-1, а .также ключи 86 и 89 и дополнительные ключи 87-1 и 88-1 соответственно весовых блоков 4 и 5, в результате чего подключаются перный 18 и второй

19 входы соответственно третьего 4 и четвертого 5 весовых блоков к отводам 1-2 и 1-1 ДАЛЗ 1. В это время на этих отводах имеются сигналы: на отводе 1-2 12,, на отноде 1-1 112.

На ныходе 17-2 фильтра появляется сигнал

15

В момент времени t = 9 присутствует управляющий импульс на выходе 52-1 четвертого логического блока 11, который соединен с входом 27-1 четверто- 25 го весового блока 5. При этом включаются ключи 87 и 88 и дополнительные ключи 86-1 и 89-1 и подключают вход

19 четвертого несового блока 5 к отводу 1-2 ДАЛЗ 1, На отводе 1-2 в это время имеется сигнал 1 . Тогда на выходе 17-2 фильтра появляется сигнал

С 51- i-1(к)

U = — — — — ---1 =h 1 эз

Таким образом,. за девять тактов управляющих импульсов с выхода формирователя 16 формируется полный массив обработанных двумерных выходных сигналов размера (3 K 3). Далее процесс 4О обработки повторяется.

Фррмирователь 16 управляющих сиг, налов работает следующим образом.

Тактовые импульсы от внешнего генератора тактовых импульсов поступают 45 на вход 145, а. также на входы С регистров 132 и 133 и через элемент

И 131 на вторые входы выходных эле- ментов И 134-144.

Внешний источник одиночного им- 5Q пульса "Пуск" подключается к входу

146 формирователя 16 (фиг. 5} для определения начала работы фильтра, по которому на выходах элементов ИЛИ

129 и 130 формируются сигналы подго1товки приема информации в регистры

132 и 133. По 11ереднему фронту тактового импульса попавшего в строб сигнала подготовки приема информа30 22 ции осуществляется запись кода 1,0 в регистр 132 и кода 1,0, ..., 0 в регистр 133, т.е. происходит запись логическои "1" н первые разряды регистров, в результате чего на ныходах 71 и 73 формируются управляющие сигналы. Далее принцип работы форми рователя 16 очевиден. Временная диаграмма работы формирователя 16 при.ведена на фиг. 6.

Формула изобретения

-1. Нерекурсивный фильтр, содержащий операционный усилитель, выход которого является выходом нерекурсивного фильтра, N весовых блоков, цискретно-аналоговую линию задержки, вход которой является входом нерекурсивного фильтра, а ее i-й отвод, где

1 N, соединен через i-й весовой блок с инвертирующим входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а также (N+i)-й весовой блок, вход и выход которого соединен с входом и выходом операционного усилителя соответственно, и формирователь управляющих сигналов, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым управляющими входами (9+1)-го весового блока соответственно, а каждый весовой блок содержит коммутируемый конденсатор и ключевую ячейку, содержащую четыре ключа, выход первого из которых соединен с входом третьего ключа, управляющий вход которого соединен с упранляющим входом второго ключа, выход которого соединен с входом четвертого ключа, управляющий вход которого соединен с управляющим входом первого ключа, причем первая и вторая обкладки коммутируемого конденсатора соединены с выходами первого и третьего ключей соответственно, вход перного и выход четнертого ключа являются входом и выходом весового блока соответственно, а первым и вторым управляющими. входами 01+1)-ro весового блока являются управляющие входы первого и нторого ключей соответственно, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при двухмерной фильтрации, введены

N логических блоков, m-й управляющий вход каждого из которых, где m =

1,М соединен с (m+2)-м выходом

24

23

1580530 формирователя управляющих сигналов, Я регистров, M входов, каждого из которых являются 1 и группой управляющих входов нерекурсивного фильтра, а m — и выход i — го регистра соединен с m-м входом х — го логического блока, I j-й выход которого, где j = 1, К, сов

;динен с j-м управляющим входом i-ro, весового блока, входы которого с ,второго по N-й подключены к соответ,ствующим отводам дискретно-аналого вой линии задержки, а в каждый i-й .весовой блок введены (N-1) ключевых ячеек, в каждую из которых введены четыре дополнительных ключа, управляющий вход первого из которыХ соединен с управляющими входами второго ключа и четвертого дополнительного ключа, вход которого соединен с выходом второго дополнительного ключа, .:управляющий вход которого соединен с управляющими входами первого ключа и третьего дополнительного ключа,. вход .которого соединен с выходом. первого дополнительного ключа, 2N элементов

ИЛИ, входы которых являются управляющими входами. i-ro весового блока„ а выход (2i-1)-ro элемента ИЛИ соединен с управляющим входом первого ключа i-й ключевой ячейки, вход которого соединен с входом первого дополнительного ключа,i-й ключевой ячейки, управляющий вход которого соединен с выходом 2i-го элемента ИЛИ, и дополнительный коммутируемый конденсатор, первая и вторая обкладки которого соединены с выходами первого и второго дополнительных ключей всех ключевых ячеек, причем выходы первого и второго ключей первой ключевой ячейки соединены с выходами первого и второго ключей введенных ключевых ячеек соответственно, входы первых ключей которых являются соответствующими входами весового блока, входы вторых, вторых дополнительных и выходы третьих и третьих дополнитель— ных ключей ключевых ячеек соединены с общей шиной, а выходы четвертых и четвертых дополнительных ключей ключевых ячеек объединены, а также введен дополнительный коммутируемый конденсатор в (N+1)-й весовой блок, в ключевую ячейку которого введены четыре дополнительных ключа„ выход первого из,которых соединен с первои обкладкой дополнительного коммутируемого конденсатора и входом третьего

5О

55 дом j— - го вспомогательного элемента

И, а также последовательно соединенные дополнительный инвертор, вход которого соединен с первым входом

M-ro элемента И, дополнительный элемент ИЛИ, второй вход которого является входом сброса логического блока, .и дифференцирующую RC-цепь, выход которой соединен с входом сброса счетчика, причем выход первого дополдополнительного ключа, управляющий вход которого соединен с управляющим входом первого ключа и второго до5 полнительного ключа, выход которого соединен с второй обкладкой дополнительного коммутируемого конденсатора и входом четвертого дополнительного ключа, управляющий вход которого соединен с управляющими входами третьего ключа и первого дополнительного ключа, вход которого соединен с входом первого ключа, выход четвертого ключа соединен с выходом четвертого дополнительного ключа, а входы второго и второго дополнительного, третьего и третьего дополнительного ключей соединены с общей шиной.

2.. Фильтр по п. 1, о т л и ч а—

29 ю шийся тем, что логический блок содержит М элементов И-НЕ, пер- вый и второй входы m-ro из которых являются m-м управляющим и m-м входами логического блока соответственно, первый дополнительный элемент

И-НЕ, входы которого соединены с выходами элементов И вЂ” НЕ с нечетными номерами, второй дополнительный элемент И-НЕ, входы которого соединены 0 .с выходами элементов И-HE с четными номерами, третий дополнительный элемент И-НЕ, входы которого соединены с выходами элементов И-НЕ, элемент

ИЛИ, входы которого соединены с первыми входами элементов И-НЕ, 2К выходных элементов И, выходы (2j-1)-го и 21-го из которых являются j-M выходом логического блока, К вспомогательных элементов И, выход j-го

4О из которых соединен с первым входом (2) — 1) -го и 2j — го выходных элементов

И, последовательно соединенные инвертор, вход которого соединен с первыми входами вспомогательных элементов

И и выходом третьего дополнительного элемента ИЛИ, элемент И, второй вход которого соединен с выходом элемента

ИЛИ, счетчик и дешифратор, j-й выход которого соединен с вторым вхо25 1 580530 26 нительного элемента И-НЕ соединен с тельного элемента И-НЕ соединен с вторыми входами (2)-1)-х выходных вторыми входами 2)-х выходных элеэлементов И, а выход второго дополни- ментов И, 1

18 75 2Р 21

1580530

55 59 55 55 57 58 59 И 61

Фиг.4

77

72 об

77б

i3

79

j5

77

Ю

79

8r юг.б пп и и и и л а -пппп и ппп

71 JL

78

78

47иг.б

Составитель С,Музычу1

Техред Л.Серд1окова Корректор MiÏoæî

Редактор И. Горная

Тираж á54

Заказ 2021

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета па изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101