Цифровой фильтр с многоуровневой дельта-модуляцией
Изобретение относится к вычислительной технике. Его использование для цифро-2 вой фильтрации случайных процессов позволяет 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 постоянного кода. Положительный эффект достигается благодаря введению перемножителей 6.1...6.М и соответствующему включению накапливающего сумматора 3. 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОП И САН И Е И ЗОБ РЕТЕ Н ИЯ.
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
1С)
1 !
1 (21) 4804924/24 (22) 21.03.90 (46) 29.02.92. Бюл. N. 8 (71) Л ьвовский научно-исследовательский радиотехнический институт (72) А,В.Тимченко (53) 621.372.542(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР
N 1495979, кл. Н 03 Н 17/06, 1987, Авторское свидетельство СССР
М 1601749, кл. Н 03 М 3/02, 1988. (54) ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР С МНОГОУРОВНЕВОЙ ДЕЛЬТА-МОДУЛЯЦИЕЙ (57) Изобретение относится к вычислительной технике. Его использование для цифро-.
Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для цифровой фильтрации случайных процессов, в частности, в спектроанализаторах параллельного действия с использованием формата - многоуровневой дельта-модуляции (МДМ) для представления входного сиг- . нала.
Цель изобретения — повышение разрешающей способности, быстродействия и упрощение фильтра.
На чертеже приведена структурная схема цифрового фильтра с многоуровневой дельта-модуляцией. .Цифровой фильтр с многоуровневой дельта-модуляцией 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 вЂ” длина им- . пульсной характеристики фильтра, источник,7 постоянного кода, информационные,,!Ж„„1716607 А1 (я)5 Н 03 М 3/04, Н 03 Н 17/06
2 вой фильтрации случайных процессов позволяет 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 вЂ” длина импульсной характеристики фильтра) и источник 7 постоянного кода. Положительный эффект достигается благодаря введению перемножителей 6.1.„6.М и соответствующему включению накапливающего сумматора 3.
1 ил. входы 8 фильтра, тактовый вход 9, вход 10 обнуления фильтра, входы 11.1...1,М задания весовых коэффициентов импульсной характеристики фильтра, выходы 12 фильтра..
Счетный вход счетчика 1 импульсов объединен с входом разрешения записи второго накапливающего сумматора 3 и является тактовым входом 9 фильтра, информационными входами 8 которого являются информационные входы второго накапливающего сумматора 3, выходы которого подключены к информационным входам буферного регистра 4.(М+1). Входы обнуления счетчика 1 импульсов, буферных регистров
4.1...4.(М+1), накапливающих сумматоров 2 и 3 объединены и являются входом 10 обнуления фильтра. Выходы источника 7 постоянного кода соединены с первыми входами двоичного сумматора 5.1, выходы двоичного сумматора 5л, i = 1,М подключены к информационным входам буферного регистра 4.i выходы буферного регистра 4. j, j =1, М-1 со1716607 единены с первыми входами двоичного сумматора 5.(j+1), выходы буферного регистра
4.M подключены к информационным входам первого накапливающего сумматора 2, вход разрешения записи которого объеди- 5 нен с одноименными входами блоков
4. 1...4.(Ì+1), вторым входом обнуления второго накапливающего сумматора 3 и подключен к выходу счетчика 1 импульсов.
Первые входы перемножителя 6.1...6.M яв- 10 ляются входами 11.1...11.M задания весовых коэффициентов импульсной характеристики, выходы буферного регистра 4.(М+1) подключены к вторым входам всех перемножителей 6, выходы каждого из 15 которых соединены с вторыми входами одноименного двоичного сумматора, выходы первого накапливающего сумматора 2 являются выходами 12 фильтра.
Цифровой фильтр с многоуровневой 20 дельта-модуляцией работает следующим образом.
В предлагаемом устройстве производится обработка входного МДМ-сигнала с использованием ИКМ-формата импульсной 25 характеристики, с частотой дискретизации, характерной для этого вида модуляции. Выходной сигнал этого фильтра представлен в привычном ИКМ-формате с частотой дискретизации, в q раз меньшей частоты дискре- 30 тизации входного сигнала. Причем по сравнению с прототипом сняты всякие ограничения на коэффициент прореживания q выходного сигнала, что позволило увеличить быстродействие фильтра путем соот- 35 ветствующего увеличения частоты дискретизации входного сигнала и упростить фильтр за счет уменьшения объема используемой памяти. Последнее достигается за счет существенно меньшей разряд- 40 ности суммы q шагов квантования входного сигнала по сравнению с разрядностью последовательности из q последовательных шагов, рост разрядности имеет не линейный, как в прототипе, а логарифмический 45 характер, поэтому выигрыш в объеме памяти значительный даже при сравнительно низких значениях коэффициента прореживания q, Кроме того, входной сигнал в формате МДМ и импульсная характеристика в 50 формате ИКМ позволяют получить высокую, наперед заданную разрешающую способность фильтра путем увеличения их разрядностей, что было невозможно в прототипе. 55
Работа фильтра начинается с прихода установочного импульса на вход 10 обнуления фильтра . В результате воздействия этого импульса на входы обнуления счетчика 1 импульсов, буферных регистров
4,1...4.(М+1), накапливающего сумматора 2 и вход обнуления накапливающего сумматора 3 на выходах указанных блоков и на выходе 12 фильтра устанавливается нулевое значение сигнала независимо от сигналов на других входах указанных блоков.
На информационный вход 8 фильтра поступает входной сигнал в формате
МДМ, обладающий спектром, ограниченным частотой Т, в виде (sn }, n > О, -1 х) который сопровождается импульсами с частотой дискретизации Тд ja тактовом
-1 входе 9, Тд > Т1. Сигнал з " в блоке 3 суммируется с его содержимым по импульсам на тактовом входе 9. Одновременно тактовые импульсы поступают на счетный вход счетчика 1 с коэффициентом пересчета, равнь1м коэффициенту прореживания q выходного сигнала фильтра. Импульс с выхода счетчика 1 поступает на входы разрешения записи блоков 4.1...4.(М+1), накапливающего сумматора 2 и второй вход обнуления блока 3. В результате воздействия этого импульса в буферном регистре 4.(М+1) фиксируется значение сигнала Уп, образованное суммой из q последовательных значений входного сигнала (sn-a+r " ), r = 1, q: (х)
Yn=, зп-q+r (х) а блок 3 сбрасывается в исходное нулевое состоя ние.
Значение Уп поступает на вторые входы всех перемножителей 6,i, i = 1,M. На первый вход перемножителя 6.! с входа 11.! подано значение весового коэффициента ИХ в формате ИКМ: hM-ь На выходе перемножителЯ 6.! фоРмиРУетсЯ пРоизвеДение YnhM-i которое складывается в сумматоре 5 со значением Sk-1+M-(н)), вычисленным в (1-1) блоке 5.()-1) в (k-1)-ом такте времени Tn= цТд, п=kq.
С учетом того, что на первые входы двоичного сумматора 5.1 подан сигнал нулевого значения с источника 7 кода, на выходе буферного регистра 4.i формируется значение сигнала
Sk+(i-1) Х У -mhM-m.
Для i-М-го регистра 4 число слагаемых
Этсй СУММЫ раВНО М, а ЗНаЧЕНИЕ Sr =71уг, (M)
M — 1 гДе yk =, >, !1вУП-m — пеРваЯ Разность, m =Î формируемая на выходе блока 4.М из после1716607 довательности произведений YnhM-i. Учитывая выражение для {Yn}, можно записать
М вЂ” 1
V Yk= g hm Вп-q+r.
m=1 r 1
Таким образом, на выходе буферного регистра 4.М формируется последовательность значений фут}, k > О, которая поступает на накапливающий сумматор 2, 10 формируя на выходе последнего прореженный в q раз выходной сигнал цифрового фильтра с многоуровневой дельта-модуляцией в формате ИКМ с частотой дискретизацииТп = > Т
Т, 15
Ц
М вЂ” 1 q — 1 уп+ч-1 = уп + Z hm, зп+1-m (х)
m=O i=o 20
n+ — 1 М вЂ” 1 (x)
hmsr-m
m =О
При случайных сбоях, например по пи-танию, нормальная работа цифрового фильтра с многоуровневой дельта-модуляцией восстанавливается подачей сигнала на вход
10 обнуления фильтра.
Затраты времени на вычисление одного значения первой разностирук равны
t = tn + tc, где tn u tc — время выполнения операций умножения в блоке 6 и суммирования в блоке 5 соответственно. Период частоты дискретизации входного сигнала соответствует периоду Тд = = —, что . Тп
Ц Ц позволяет обрабатывать сигнал с соответствующим спектром.
Перемножитель 6.i äëÿ одного заданного значения весового коэффициента Ьм-i может быть выполнен на постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ), число адресных входов которого соответствует раз- 45 рядности значений {Yn). При разрядности входного сигнала Ь1, разрядность значений {Yn) Равна Ьг= Ь1+ logzq, а тРебУемый в этом случае объем памяти одного ПЗУ равен Q1=2 q2, Суммарный объем используемой памяти составляет 0 = MQ1= Mq2 ь 50 ячеек.
Сравнивая этот объем памяти с объемом памяти преобразователей кода
М и рототипа Q = 2Р, где P — коэффици- 55 ент прореживания входного сигнала в формате линейной дельта-модуляции (ЛДМ) известного устройства, получим
С i/Q = 2Р/М 2 + Ч Ч=2Р 1/pq Ррр
Е p одинаковой частоте следования входных и выходных сигналов сравниваемых устройств р = q, тогда соотношение Q /О > 1
I при типовом значении Ь1= 4 уже для q 11.
Отметим, что сравнение производилось для входного сигнала в формате ЛДМ устройства-прототипа и входного МДМ- сигнала предлагаемого устройства с разрядностью b1 = 4, что сразу же предопределяет за счет уменьшения разрядности не только выигрыш в объеме используемой памяти и соответственном упрощении фильтра, но и существенном увеличении разрешающей способности за счет увеличения разрядности входного сигнала.
Одновременно за счет нелинейной (логарифмической) зависимости роста разрядности b2= Ь1 + !оц2ц от коэффициента прореживания q практически сняты ограничения на величину qt поскольку например, при Ь1=4 и ограничении b2-13 (выполнении блока 6.i на ПЗУ типа KP 556 РТ17) значение коэффициента прореживания может достигать q = 512, в то время как в фильтре-прототипе при использовании ЛДМ формата такое значение q требует построения преобразователя кода с 512 входами, что нереализуемо. Поэтому снятие этого ограчения позволяет дополнительно значительно увеличить частоту дискретизации Тд, а значит соответственно увеличить быстродействие фильтра.
Отметим, что наличие в фильтре входов 11.i, i = 1,М, 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 осуществления перенастройки фильтра необходимо полностью заменить записанную в преобразователях кода информацию, что требует значительно большего времени.
Поэтому введением в известное устройство перемножителей 6.1...6,М с соответствующими связями достигнута поставленная цель — повышена разрешающая способность фильтра, его быстродействие и упрощена конструкция за счет снятия всяких ограничений на увеличение коэффициента прореживания q выходного сигнала и логарифмической зависимости роста разрядности входных сигналов перемножителей 6 от значения q.
1716607
Составитель А.Тимченко
Техред М,Моргентал Корректор Л.Бескид
Редактор Н,Коляда
Заказ 618 Тираж Подписное
8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж;35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат, "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
Формула изобретения
Цифровой фильтр с многоуровневой дельта-модуляцией, содержащий счетчик импульсов, счетный вход которого является тактовым входом фильтра, выход счетчика импульсов подключен к первым входам обнуления первого и второго накапливающих сумматоров и входам разрешения записи первого -(М+1)-го буферных регистров (М— длина импульсной характеристики фильтра), входы обнуления всех буферных регистров и счетчика импульсов объединены с вторыми входами обнуления накапливающих сумматоров и являются входом обнуления фильтра, первый -М-й двоичные сумматоры и источник постоянного кода, выходы которого соединены с первыми входами первого двоичного сумматора, выходы
i-го двоичного сумматора (i = 1, М-1) подключены к информационным входам i-го буферного регистра, выходы которого соединены с первыми входами (i+1)-го двоичного сумматора, выходы M-ro двоичного сумматора подключены к информационным входам Мго буферного регистра, выходы которого соединены с информационными входами первого накапливающего сумматора, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения
5 разрешающей способности фильтра, его быстродействия и упрощения, в него введены первый -М-й перемножители, первые входы которых являются соответственно первыми -М-ми входами задания весовых
10 коэффициентов импульсной характеристики фильтра, информационные входы второго накапливающего сумматора являются информационными входами фильтра, тактовый-вход второго накапливающего суммато15 ра подключен к тактовому входу фильтра, выходы второго накапливающего сумматора соединены с информационными входами (M+1)-ro буферного регистра, выходы которого подключены к вторым входам всех пе20 ремножителей, выходы каждого из которых соединены с вторыми входами одноименного двоичного сумматора, выходы первого накапливающего сумматора являются выходами фильт ра.
