Цифровой фильтр с многоуровневой дельта-модуляцией

 

Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи. Его использование в устройствах цифровой обработки случайных процессов с импульсно-кодовой или дельта-модуляцией позволяет повысить удобство эксплуатации за счет упрощения перестройки на другую передаточную характеристику (ПХ). Цифровой фильтр содержит блок 1 задержки и комбинационные сумматоры 5 - 11. Благодаря введению блока 2 задержки, блоков 3, 4 коммутации и накапливающего сумматора 12 коэффициенты ПХ вводятся в формате многоуровневой дельта-модуляции с малой размерностью, что позволяет отказаться от перемножителей. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (21) 4719237/24 (22) 11,07.89 (46) 07,07.91. Бюл, № 25 (72) А.В.Тимченко (53) 621.372(088,8) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС ГВУ (56) Известия ВУЗов. Серия. Радиоэлектроника, 1988, №3, с. 15 — 21.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1345314, кл. Н 03 Н 15/00, 1986, Авторское свидетельство СССР

¹ 1413698, кл. g 03 Н 15/00, 1987. (54) ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР С МНОГОУРОВНЕВОЙ ДЕЛЬТА-МОДУЛЯЦИЕЙ

Д

„„Я „„1661968 А1 (51)5 Н 03 Н 17/06, Н 03 M 3/04 (57) Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи, Его использование в устройствах цифровой обработки случайных процессов с импульсно-кодовой или дельта-модуляцией позволяет повысить удобство эксплуатации за счет упрощения перестройки на другую передаточную характеристику (ПХ). Цифровой фильтр содержит блок 1 задержки и комбинационные сумматоры 5 — 11, Благодаря введению блока 2 задержки, блоков 3, 4 коммутации и накапливающего сумматора 12 коэффициенты ПХ,вводятся в формате многоуровневой дельта-модуляции с малой размерностью, что позволяет отказаться от перемножителей. 1 ил.

1661968

Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи и может быть использовано в устройствах цифровой обработки случайных процессов с импульсно-кодовой модуля цией (И KM) и дельта-модуляцией (ДМ).

Цель изобретения — повышение удобства эксплуатации за счет упрощения перестройки на другую передаточную характеристику.

На чертеже приведена функциональная схема фильтра.

Цифровой фильтр с многоуровневой ДМ (МДМ) содержит первый и второй блоки 1 и

2 задержки, первый. и второй блоки 3 и 4 коммутации, первый — седьмой комбинационные. сумматоры 5 — 11 и накапливающий сумматор 12. На чертеже обозначены информационные входы 13, тактовый вход 14, вход 15 обнуления, первые и вторые управляющие входы 16 и 17, выходы 18.

Блоки 1 и 2 задержки представляют собой многоразрядные регистры сдвига, В основе работы цифрового фильтра с многоудовневой дельта-модуляцией лежит следующее. Выходной сигнал цифрового фильтра, входной сигнал (хк}, К> 0 которого представлен в формате ИКМ, а весовая последовательность в формате МДМ, выражается в виде

М вЂ” 1 уп 2 X >I — ms

1=! m=Î где (Sm . }, e.- О,M-1 — шаги квантования импульсной характеристики фильтра;

М вЂ” ее длина.

Организуем вычисление (1) в два этапа, каждый из которых реализуется при помбщи суммирования с накоплением м-! уп = .f Vy1, Vyl = 2, xl —.m SW. (2) .Введем вспомогательную последовательность(lm }, m- 0,1=1; элементы которой представлены в виде 4=(-1)1" 4, V>I II,k(0,1}, k= 1, 1:1; qo=O, 1О-1

Последовательность первых разностей (Чу1 }запишем в виде

L — M+l — 2

7 1)г Чу1 - К =. " Х1 - m Rj °, (3) к=о m=0 где дляМ< 0 и k>M.

Выделяя из (3) значение первой разности

Чу1, выходной сигнал цифрового фильтра с

МДМ (1) представим в виде ,р М -L — 2 гр L — 1

Уп =, ); (, х1 — m НЬ вЂ” g im Vyi — п1) .

m=O (4)

Преимущества метода вычислений выходного сигнала фильтра по (4) заключаются в том, что при соответствующем выборе вспомогательной последовательности (Im} и ее длины L имеется возможность резкого снижения разрядности преобразов 1 1ной весовой последовательности (Вгп },m=0, М+) -2 до значений Ri (-2,2}

1 (1) (т,е. в формате МДМ). Зто позволяет полностью исключить операции умножения при вычислении выходного сигнала фильтра и заменить их алгебраическим суммированием соответствующих отсчетов входного Сигнала (умножение на число 2 соответствует сдвигу двоичного представления отсчета на

30 единицу в сторону стар1ц)их разрядов), Обозначим через d число групп оди- наковых ненулевых значений коэффициентов. преобразованной импульсной характеристики, в нашем случае d()=-4, а (Я) аналогичное число для последовательности (lm } - Р= 2, так как img(-1,0,1}.

Проведем группирование шагов кванто-. вания входного сигнала и первой разности по одинаковым значениям коэффициентов, обозначим число коэффициентов в каждой (Р) группе для { Rm(")} че рез Kj (Я), Nm= g К) ("), j =! (1

45 адля {1п}через Kj, Lm= ò, К) где Nm, (1 ) + (1)

j —

Lm — число ненулевых членов в поеледоваhy тельностях (кгп}, m=- О, M+ 1.-2 и (Im}, m= 1, L-1 соответственно. Тогда первую разность в (4) запишем в виде .

«)® к

Чу1 — —, Rj g х1,,—

j =! г=! (5) — Ij V Yi.

j=! г=!

1661968

Здесь (Rj }, j=1, d() и (1)), j=1, сР— последовательности различных ненулевых значений из последовательностей (nm} и (Im}

-/И/ соответственно (RI} =(-2,-1,1,2}, Щ =(1,1}, которые с увеличением длины весовой последовательности остаются неизменными.

Одновременно с резким уменьшением разрядности преобразованной весовой последовательности соответствующий выбор последовательности (Im} позволяет уменьшить число Nm ненулевых членов в { Rm }, (л) что приводит к уменьшению числа слагаемых в (5).

Таким образом, полное исключение умножений при вычислении выходного сигнала цифрового фильтра с МДМ и замена их незначительным числом сумматоров (б + б = 6) позволяет реализовать быстродейj ствующий цифровой фильтр (время суммирования существенно меньше времени выполнения операции умножения, Отметим, что один и тот же набор значений весовых коэффициентов {Rm } и (Im) позволяет (1) реализовать различные типы фильтров— нижних частот, верхних, полосовые и т.д.

Фильтр работает следующим образом, Перед началом работы цифрового фильтра с МДМ необходимо провести настройку его на заданную передаточную характеристику. Для этого на управляющие входы 16 и 17 подаются управляющие сигналы, в результате чего устанавливаются связи (j1)-х выходов блока 1 задержки с одной из групп входов сумматоров 5 — 8 и связи 02)-х Bblxoдов блока 2 задержки с одной из групп входов сумматоров 9 или 10. Связи блоков 1 и

2 с сумматорами 5 и 10 устанавливаются так, чтобы все отсчеты входного сигнала . (xi,r} и первой разности (Vyi,r}, умножаемые согласно формуле цифровой свертки (5) на одинаковое значение коэффициентов Rj u

II,, поступали на входы сумматорор 5-8 (j=1,4) и 9 — 10(k=1,2) соответственно.

Затем необходимо провести обнуление фильтра путем подачи установочного импульса на вход 15 обнуления. В результате воздействия этого импульса на входы обнуления блоков 1 и 2 и накапливающего сумматора 12 на выходах 18 фильтра и всех выходах блоков 1 и 2 устанавливаются нулевые значения сигналов. Такое обнуление необходимо также проводить при случайных сбоях, чтобы предотвратить накопление ошибок в выходном сигнале фильтра, Кроме того, обнуление является принципиально важным для обеспечения устойчивой работы фильтра, так как все полюсы этого фильтра лежат на единичной окружности и только обнуление всех блоков задержки. и сумматоров в начале каждого цикла работы принципиально предотвращает возникновение колебаний предельного цикла в та5 ких структурах.

На информационные входы 13 фильтра поступает последовательность отсчетов входного сигнала (xn}, n>0, которая по тактовым импульсам с входа 14 записывается и

10 последовательно сдвигается в блоке 1 задержки. Частота следования тактовых импульсов на входе 14 соответствует частоте дискретизации входного сигнала Т в формате ИКМ.

15 Отсчеты входного сигнала {хп,r}, г=1,kj(, умножаемые согласно формуле цифровой свертки (5) на одно и то же значение весового коэффициента преобразо1 ванной весовой последовательности Rj, 20 поступают на входы соответствующего сумматора 5 — 8 через предварительно установленные при настройке фильтра связи блока

3 коммутации; отсчеты входного сигнала, умножаемые на значение коэффициента

25 Rj =-2, поступают на входы сумматора 5; от1 счеты, умножаемые на значение коэффициента В)=-1, поступают на входы сумматора 6; отсчеты, умножаемые на значение коэффициента Rj =1, поступают на входы суммато 1

30 ра 7 и отсчеты, умножаемые на значение ! коэффициента Rj=2, — на входы сумматора 8.

На входах сумматоров 5 — 8 формируются суммы указанных отсчетов входного сигнала, которые одновременно на их выходах

35 преобразуются (при необходимости) в свое дополнение для выполнения операции вычитания — на выходах сумматоров 5 и 6. В результате этого на выходах сумматоров 5—

8 формируются частичные суммы Rj Х

40,ß х, х„,r, поступающие на входы седьмого сумг =1 матора 11. Умножение на число 2 учитывается при формировании частичных сумм

45 путем сдвига их двоичного представления на единицу в сторону старших, разрядов, На выходах седьмого сумматора 11 из значений сигналов на выходах первого— шестого сумматоров 5 — 10 формируется пе50 следовательность значений первой разности (г у„}, и> О. Это производится следующим образом. Последовательность предыдущих (до и-й) значений первой разности с выходов сумматора 11 поступает на

55 информационные входы второго блока 2 задержки, где по импульсам с входа 14 производится запись и последовательный сдвиг значений первой разности.

Значения первой разности (Vyn,г}, r= 1, Kj умножаемые согласно формуле .(0.

1661968

Составитель О.Ревинский

Редактор С.Патрушева Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор А.Осауленко

Заказ 2135 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул,Гагарина, 101 цифровой свертки (5) на одно и то же значение коэффициента вспомогательной последовательности II, поступают на входы

1 соответствующего сумматора 9 или 10 через предварительно установленные при нэ- 5 стройке фильтра связи блока 4 коммутации — значения первой разности. умножаемые на значение коэффициента II =-1 поступают

1 на входы сумматора 9, а значения, умножаемые на значение коэффициента I =- 1 — на 10 1 входы сумматора 10. На выходах сумматоров 9 и 10 формируются суммы указанных отсчетов входного сигнала, которые одновременно на их выходах преобразуются (при необходимости) в свое дополнение — на 15 выходах сумматора 9, т.е, на выходах сумматоров 9 и 10 формируются частичные суммы к )

Vyn,r поступающие на входы седь1

r =1 20 мого сумматора 11.

Значение текущего отсчета первой разности Vy> согласно (5) получается на выходах седьмого сумматора 11 путем алгебраического суммирования сигналов на его входах, соответствующих суммам отсчетов входного сигнала и первой разности, умноженных на соответствующие значения коэффициентов, Текущее значение отсчета первой разности Vy„n>0 поступает на информационные входы накапливающего сумматора 12, осуществляющего непрерывное накопление значений (Чу,) формируя выходной сигнал фильтра (у ) согласно (4), путем суммирования очередного значения ул с накопленным в сумматоре 12 значением при поступлении каждого тактового импульса с входа 14, Поэтому на выходах накапливающего сумматора 12 формируется последова- 40 тельность отсчетов выходного сигнала цифрового фильтра (уп) в формате ИКМ, поступающая на выходы 18 фильтра.

Таким образом, в фильтре осуществляется обработка входного сигнала с ИКМ с 45 использованием преобразованной весовой последовательности в формате МДМ, что позволяет полностью исключить операцию умножения при вычислении выходного сигнала фильтра, обеспечив высокую разрешающую способность. Благодаря тому, что преобразованная весовая последовательность имеет предельно низкую разрядность(IRI I 2, III 1=1) изсхемы фильтра полностью исключены умножители, а перестройка на другую передаточную характеристику осуществляется простым переключением блоков 3 и 4 коммутации.

Формула изобретения

Цифровой фильтр с многоуровневой дельта-модуляцией, содержащий первый блок задержки, информационные входы, тактовый вход и вход обнуления которого являются одноименными входами фильтра, первый — четвертый комбинационные сумматоры, пятый и шестой комбинационные сумматоры, выходы которых соединены с соответствующими входами седьмого комбинационного сумматора, отличающийся тем, что, с целью повышения удобства эксплуатации за счет упрощения перестройки на другую передаточную характеристику, в фильтр введены второй блок задержки, первый и второй блоки коммутации и накапливающий сумматор, тактовый вход и вход обнуления которого объединены с одноименными входами второго блока задержки и подключены к одноименным входам фильтра, выходы первого и второго блоков задержки подключены к соответствующим информационным входам одноименных блоков коммутации, управляющие входы которых являются соответственно первыми и вторыми управляющими входами фильтра, выходы первой— четвертой групп первого блока коммутации и выходы первой и второй групп второго блока коммутации соединены с входами соответственно первого — шестого комбинационных сумматоров, выходы первого — четвертого комбинационных сумматоров подключены к соответствующим входам седьмого комбинационного сумматора, выходы которого соединены с информационными входами второго блока задержки и накапливающего сумматора, выходы которого являются выходами фильтра.