Цифровой фильтр с линейной дельта-модуляцией

 

Изобретение относится к вычислительной технике. Его использование для цифровой фильтрации случайных сигналов позволяет повысить быстродействие и упростить фильтр. Последний содержит регистр 1 сдвига, счетчик 2 импульсов, буферные регистры 3.1...3(М+1), двоичные сумматоры 4.1...4.М (М -длина импульсной характеристики фильтра), накапливающий сумматор 6 и источник 7 постоянного кода. Положительный эффект достигается благодаря введению двоичного сумматора 4(М + 1) и перемножителей 5.1...5.М. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 с

0

iO

,()

> (21) 4804923/24 (22) 21.03.90 (46) 29.02.92. Бюл. N 8 (71) Львовский научно-исследовательский радиотехнический институт (72) А.В.Тимчен ко (53) 621,372,542(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N- 1495979,,кл. Н 03 Н 17/06, 1987.

Авторское свидетельство СССР

N1601749,,кл. Н 03 М 3/02, 1988. (54) ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР С ЛИНЕЙНОЙ

ДЕЛ ЬТА-МОДУЛ Я ЦИ Е Й

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для цифровой фильтрации случайных процессов, в частности, в спектроанализаторах параллельного действия с использованием формата линейной дельта-модуляции (ЛДМ) для представления входного сигнала, Цель изобретения — повышение быстродействия и упрощение фильтра.

На чертеже приведена структурная схема цифрового фильтра с линейной дельтамодуля цией.

Цифровой фильтр с линейной дельтамодуляцией содержит регистр 1 сдвига, счетчик 2 импульсов, буферные регистры

3.1.;.3.(М+ 1), двоичные сумматоры

4.1...4.(M+ 1), перемножители 5.1„.5.М, где

М вЂ” длина импульсной характеристики фильтра, накапливающий сумматор 6,:источник 7 постоянного кода, информационный вход 8, тактовый вход 9, вход 10 сброса, входы 11.1...11,M задания весовых коэффициентов импульсной характеристики и выЫ2„„1716606 А1 (я)5 Н 03 M 3/02, Н 03 Н .17/06 (57) Изобретение относится к вычислительной технике. Его использование для цифровой фильтрации случайных сигналов. позволяет повысить быстродействие и упростить фильтр, Последний содержит регистр

1 сдвига, счетчик 2 импульсов, буферные регистры 3.1...3(М+1), двоичные сумматоры

4.1...4.М (М вЂ” длина импульсной характеристики фильтра), накапливающий сумматор 6 и источник 7 постоянного кода. Положительный эффект достигается благодаря введению двоичного сумматора 4(М+1) и перемножителей 5.1...5.М, 1 ил. ход 12 цифрового фильтра с линейной дельта-модуляцией.

Информационный вход регистра 1 сдвига является информационным входом 8 фильтра, тактовый вход регистра 1 объединен со счетным входом счетчика 2 и является тактовым входом 9 фильтра, вход обнуления регистра 1 сдвига объединен с входами обнуления счетчика 2 импульсов, накапливающего сумматора 6, буферных регистров 3.1...3(M+ 1) и является входом обнуления 10 фильтра, выходы регистра 1 сдвига соединены с информационными входами буферного регистра 3.(M+1), выходы которого соединены с входами двоичного сумматора 4.(М+1), Выход счетчика 2 импульсов подключен к входам разрешения записи всех буферных регистров 3 и накапливающего сумматора 6, выходы которого являются выходами 12 фильтра. Выходы источника

7 постоянного кода подключены к первым входам двоичного сумматора 4,1, выходы двоичного сумматора 4л, i = 1,M соединены с информационными входами буферного ре1716606

Тд1» Т1. Сигнал Ln(") по этим импульсам записывается и продвигается в регистре 1 сдвига. Одновременно тактовые импульсы поступают на счетный вход счетчика 2 с ко5 эффициентом пересчета, равным коэффициенту прореживания q выходного сигнала фильтра. Импульс переполнения с выхода счетчика 2 поступает на тактовые входы регистров 3.1 — 3.М+1 и накапливающего сум10 матора 6. В регистре 3.(M+1) фиксируется

q-разрядное слово, образованное последовательными значениями входного сигнала

{Ln q+r(")), r = 1,с). В сумматоре 4.(М+1) формируется сумма этих значений в позицион15 ном коде: густов 3.l. Выходы буферного регистра З,j, j =

= 1, M-1 подключены к первым входам GyMматора 4.(j+ 1). Вторые входы сумматора 4 1, i = 1,М подключены к выходам перемножителя 5,i, первые входы которого являются входами 11.1 задания весовых коэффициентов импульсной характеристики фильтра, Выходы двоичного сумматора 4,(M+1) соединены со вторыми входами всех перемножителей 5.i, выходы двоичного сумматора

4. M соединен ы с ин форма цион ными входами накапливающего сумматора 6.

Цифровой фильтр с линейной дельтамодуляцией работает следующим образом, B предлагаемом устройстве производится обработка входного ЛДМ-сигнала с использованием формата импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) для весовой последовательности, с частотой дискретизации, характерной для этого вида модуляции.

Выходной сигнал этого фильтра представлен в формате ИКМ с частотой дискретизации, в q раз меньшей частоты дискретизации входного сигнала, причем по сравнению с прототипом сняты всякие ограничения на коэффициент прореживания q выходного сигнала, что позволило увеличить быстродействие фильтра путем соответствующего увеличения частоты дискретизации, а также упрощен фильтр за счет уменьшения объема используемой памяти, Последнее достигается путем установления логарифмической зависимости между разрядностью частичных сумм (M+ 1)-ro двоичного сумматора и коэффициента прореживания q. Отметим также, что исползуемая весовая последовательность в формате

ИКМ позволяет получить любую наперед заданную разрешающую способность фильтра путем изменения разрядности коэффициентов импульсной характеристики (ИХ), Работа фильтра начинается с прихода установрчного импульса на вход обнуления

10 фильтра. В результате воздействия этого импульса на входы обнуления счетчика 2, регистров 3.1...3.М и накапливающего сумматора 6 на выходах указанных блоков и на выходе 11 фильтра устанавливается нулевое значение сигнала. В регистры 1 и

3.(М+1) при этом необходимо занести последовательность из чередующихся нулей и единиц (0; 1).

На информационный вход 8 фильтра поступает входной сигнал в формате ЛДМ, обладающий спектром, ограниченным частотой Т, в виде (Ы ), п> О, 1. = (е, "+

-1 (х). (х) (х)

+ 1)/2, Ln ") c. (0,1), en" -, (-1;1), который сопровождается импульсами с частотой дискретизации Тд на тактовом входе 9, -1

R и, Q 1-и-q+r (х) 4 (х) 20 — Z, en-q+r +—

1 4 (х) Ц

Последнее равенство имеет место, поскольку еп(") = 2Ln(") — 1.

Эта сумма поступает на вторые входы всех перемножителей 51, i = 1,M на первые входы которых с входов 11 1 подано значение весового коэффициента ИХ в формате импульсно-кодовой модуляции hM-ь На выходе перемножителя 5.1 формируется значеНИЕ ПрОИЗВЕдЕНИя Rn hM- КатсрОЕ х) складывается в сумматоре 4.i со значением

Sk-1+(M-(ь1И, вычисленным в сумматоре 4.(i 1) в (k"1)-м такте времени Tn= с)Тд, h = kq.

С учетом того, что на вход сумматора 4.1 подан сигнал постоянного значения с источника 7, равный D=- hm на выходе

m — 0 регистра 3.1.формируется значение сигнала (I) у . (х)

Ьс+(1) = У. Rn-m "hM-m+ D.

М вЂ” 1

"m (2, епч+ +

1 Ь (х)

m=0 г=1

Для i-M-ro регистра 3 число слагаемых этой суммы равно М, а значение

М вЂ” 1

50 Яг =yyk, ГДЕТО yk= g hmRk и+ Π— ПЕРВаЯ (м)

m=0 разность, формируемая на выходе регистра

3.М из последовательности произведений

Rk()hM I С учетом выражения (1) и значения.

55 D значение первой разности (1 у ) равно

1716606

М вЂ” 1

+ — С3-) — - 9- Х hm г

М вЂ” 1

1 с 6 (х) —, h z en-я+г

2 Ьо,й

Таким образом, на выходе регистра З.M формируется последовательность значений (чу }, Е> О, которая поступает в накапливающий сумматор 6, формируя на выходе последнего прореженный в q раз выходной сигнал цифрового фильтра с линейной дельта-модуляцией в формете ИКМ с частотой — 1

-1 Т -1. дискретизации тп - — а — ) Т:

q (х)

М вЂ” 1 q — 1

У + hm 7 : 20

m=0 i=0

n+ð — 1 M — 1 (х) Ег,„х г=1 m =0

При случайных сбоях, например по питанию, нормальная работа цифрового фильтра с линейной дельта-модуляцией восстанавливается подачей сигнала на вход обнуления 10 фильтра. 30

Затраты времени на вычисление одного значения первой разности у равныт-им1+т+им2, гдето-время выполнения операции умножения в блоке 5, им1, tsM2 — соответственно время выполне- З5 ния операции суммирования в блоках 41 и

4.(М+1) i = 1,М. Период частоты дискретизации входного сигнала соответствует периоTn t ó Т,= что позволяет 40

q q обрабатывать входной сигнал с соответствующим спектром.

Перемножитель 5.i äëÿ одного заданного значения весового коэффициента hM-i может быть выполнен на постоянном 45 запоминающем устройстве (ПЗУ), число адресных входов которого соответствует величине logzq. Требуемый объем памяти одного

ПЗУ в этом случае равен 01= 2 0 Я = о, а суммарный объем памяти, используе- 50 мый в фильтре, соответствует значе- . нию Qz= М01 = Mq ячеек.

Сравним этот объем памяти, с объемом памяти, используемым в устройствепрототипе. Для устройства-прототипа 55 объем памяти одного преобразователя кода равен 0 „= 2Р, а суммарный объем — р памяти Q = 2р, где P — коэффициент

1 а прореживания входного сигнала фильтра.

При одинаковой частоте следования входных и выходных сигналов сравниваемых устройств, т.е. р - q, предлагаемое устройство имеет преимущество перед устройствомпрототипом в меньшем. объеме используемой памяти уже при q> 4:

Mg (2Р (p q).

М

Поскольку для ЛДМ-формата входного сигнала значение q» 1, а:аппаратурные затраты сравниваемых цифровых фильтров примерно пропорциональны используемому объему памяти, предлагаемое устройство существенно проще по сравнению с прототипом.

Одновременно, за счет логарифмической зависимости между разностью выходного сигнала сумматора 2 и коэффициентом прореживания q выходного сигнала фильтра, практически сняты ограничения на величину о, Например, в предлагаемом устройстве легко реализуется значение

q = 64, в то время как в фильтре-прототипе это требует применения преобразователя кода с 64 входами, что является трудно реализуемым. Снятие этого ограничения позволяет значительно увеличить частоту дискретизации Т, а значит соответственно увеличить быстродействие фильтра.

Дополнительно отметим, что наличие в фильтре входов 11Л, i = 1,M задания значений весовых коэффициентов позволяет использовать предлагаемое устройство в системах с быстрой перенастройкой передаточной характеристики, например, при осуществлении адаптивной фильтрации, в то время как в устройстве-прототипе для перенастройки фильтра необходимо полностью заменить записанную в преобразователях кода информацию,, что требует значительно большего времени.

Поэтому введением в известное устройство сумматора 4.(М+ 1) и перемножителей 5,1...5.M с соответствующими связями достигнута поставленная цель— увеличено быстродействие путем снятия всяких ограничений на увеличение коэффициента прореживания q выходного сигнала и упрощена схема фильтра за счет уменьшения объема. используемой памяти, достигаемого путем установления логарифмической зависимости между разрядностью частичных сумм блока

4.(М+ 1) и коэффициента прореживания q.

Остальные блоки могут быть выполнены аналогично прототипу.

171 660б

45

Составитель А,Тимченко

Техред М.Моргентал Корректор С. Шевкун

Редактор Н.Коляда

Заказ 618 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

Формула изобретения

Цифровой фильтр с линейной дельтамодуляцией, содержащий регистр сдвига, информационный вход которого является информационным входом фильтра, тактовый вход регистра сдвига объединен со счетным входом счетчика импульсов и является тактовым входом фильтра, вход обнуления регистра сдвига объединен с входами обнуления счетчика импульсов, накапливающего сумматора и первого — (М+1)-го буферных регистров (М вЂ” длина импульсной характеристики фильтра) и является входом обнуления фильтра, выходы регистра сдвига соединены с информационными входами (М+1)-ro буферного регистра, первый -М-й двоичные сумматоры и истрчник постоянного кода, выходы которого подключены к первым входам первого двоичного сумматора, выходы i-го двоичного сумматора (i = 1, М-1) соединены с информационными входами iro буферного регистра, выходы которого подключены к первым входам (i+ 1)-го двоичного сумматора, выходы М-го двоичного сумматора соединены с информационными входами М-го буферного регистра, выходы которого подключены к информационным

5 входам накапливающего сумматора, выход счетчика импульсов соединен со входами разрешения записи всех буферных регистров и накапливающего сумматора, о т л ич а ю шийся тем, что. с целью повышения

10 быстродействия и упрощения фильтра, в него введены (М+1)-й двоичный сумматор и первый -М-й перемножители, первые входы которых являются соответственно первыми

-M-ми входами задания весовых коэффици15 ентов импульсной характеристики фильтра, выходы (М+1)-ro буферного регистра соединен ы с входами (М+1)-го двоичного сумматора, выходы которого подключены к вторым входам всех перемножителей, выходы каж20 дога из которых соединены с вторыми входами одноименного двоичного сумматора, выходы накапливающего сумматора являются выходами фильтра.