Ранговый фильтр

 

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для построения функциональных узлов аналоговых вычислительных машин, средств автоматического регулирования и управления, аналоговых процессоров. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения выбора минимального, медианного или максимального из любого нечетного числа входных аналоговых сигналов. Устройство содержит селекторы, состоящие из реляторов, каждый из которых состоит из компаратора, булевого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, замыкающего и размыкающего ключей. 2 ил.

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для построения функциональных узлов аналоговых вычислительных машин, средств автоматического регулирования и управления, аналоговых процессоров и др.

Известны ранговые фильтры (см., например, а.с. СССР 1278902, кл. G 06 G 7/52, 1986 г.), которые выполняют операцию Z = med(x₁, x₂, x₃) выбора медианного (срединного) из трех входных аналоговых сигналов x₁, x₂, x₃.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известных ранговых фильтров, относится ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что не допускается обработка любого нечетного количества входных сигналов.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является принятый за прототип ранговый фильтр (фиг. 1 в описании изобретения к патенту РФ 2124754, кл. G 06 G 7/52, 1999 г.), который содержит два управляющих входа и выход и выполняет операцию Z= min(x₁, x₂,x₃), Z=med(x₁,x₂,x₃) или Z=max(x₁,x₂,x₃) выбора соответственно минимального, медианного или максимального из трех входных аналоговых сигналов x₁, x₂, x₃.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании прототипа, относится ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что не допускается обработка любого нечетного количества входных сигналов.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения выбора минимального, медианного или максимального из n входных аналоговых сигналов, где n ≠ 1 есть любое нечетное натуральное число.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в ранговом фильтре, содержащем два управляющих входа и выход, особенность заключается в том, что в него введены N + 1 селекторов, причем i-й и (N+1)-й селекторы содержат соответственно m = 0,5 (n + 1)-1 и m = N - 1 реляторов, каждый из которых выполнен в виде компаратора, подключенного выходом к первому входу булевого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого является входом управления релятора, а выход соединен с управляющим входом замыкающего и размыкающего ключей, выходы которых объединены и образуют выход релятора, первым и вторым входами которого являются соответственно неинвертирующий и инвертирующий входы компаратора, присоединенные соответственно к входам замыкающего и размыкающего ключей, выход j-го релятора соединен с вторым входом (j+1)-го релятора, а выход m-го релятора является выходом селектора, подключенного первым и вторым-(m+1)-м информационными входами соответственно к второму входу первого и первым входам первого-m-го реляторов, входы управления которых объединены и образуют управляющий вход селектора, выход i-го селектора соединен с i-м информационным входом (N+1)-го селектора, подключенного выходом к выходу рангового фильтра, первый и второй управляющие входы которого присоединены соответственно к объединенным управляющим входам первого-N-го селекторов и управляющему входу (N+1)-го селектора.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата, в частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования: - дополнение известного средства какой-либо известной частью (частями), присоединяемой (присоединяемыми) к нему по известным правилам для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений; - замена какой-либо части (частей) известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены; - исключение какой-либо части (элемента) средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата; - увеличение количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов; - выполнение известного средства или его части (частей) из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами этого материала; - создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними.

Описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи, либо изменении ее вида. Имеется в виду случай, когда известен факт влияния каждого из указанных признаков на технический результат, и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены исходя из известных зависимостей, закономерностей. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 и 2 представлены соответственно схема предлагаемого рангового фильтра и схема селектора, использованного при построении указанного фильтра.

Ранговый фильтр содержит два управляющих входа 1₁ и 1₂; выход 2; селекторы 3₁-3_N+1, где n≠1 есть нечетное натуральное число. Селекторы и 3_N+1 содержат соответственно m= 0,5(n+1)-1 и m=N-1 реляторов 4₁-4_m; информационные входы 5₁-5_m+1; управляющий вход 6; выход 7. Каждый релятор выполнен в виде компаратора 8, подключенного выходом к первому входу булевого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9, второй вход которого является входом управления релятора, а выход соединен с управляющим входом замыкающего и размыкающего ключей 10₁ и 10₂, выходы которых объединены и образуют выход релятора, первым и вторым входами которого являются соответственно неинвертирующий и инвертирующий входы компаратора 8, присоединенные соответственно к входам ключей 10₁ и 10₂, выход релятора 4_j соединен с вторым входом релятора 4_j+1, а выход релятора 4_m является выходом 7 селектора, подключенного входами 5₁ и 5₂-5_m+1 соответственно к второму входу релятора 4₁ и первым входам реляторов 4₁-4_m, входы управления которых объединены и образуют вход 6 селектора. Выход селектора 3_i соединен с входом 5_i селектора 3_N+1, подключенного выходом к выходу 2 рангового фильтра, входы ₁ и 1₂ которого присоединены соответственно к объединенным входам 6 селекторов 3₁-3_N и входу 6 селектора 3_N+1.

Работа предлагаемого рангового фильтра осуществляется следующим образом. На информационные входы селекторов 3₁-3_N подаются неповторяющиеся наборы x₁₁,...,x_1k-x_N1,...,x_Nk∈{x₁,...,x_n}, где k=0,5(n+1); 1≅i1...<ik≅n; x₁,..., x_n есть информационные аналоговые сигналы (напряжения); n≠1 есть нечетное натуральное число. На входы 1₁, 1₂ фильтра подаются соответственно цифровые управляющие сигналы f₁,f₂∈{0,1}. Если на входе управления релятора присутствует логический "0" (логическая "1") и сигнал на его первом входе больше либо меньше сигнала на его втором входе, то ключ 10₁ соответственно замкнут (разомкнут) либо разомкнут (замкнут), а ключ 10₂ соответственно разомкнут (замкнут) либо замкнут (разомкнут). Следовательно, если на входе 6 селектора присутствует логический "0" (логическая "1"), то этот селектор будет выделять на своем выходе 7 наибольший (наименьший) из сигналов, действующих на его входах 5₁-5_m+1. Таким образом, операция, воспроизводимая предлагаемым фильтром, определяется выражением: где символами и обозначены соответственно операции max и min.

Вышеизложенные сведения позволяют сделать вывод, что предлагаемый ранговый фильтр обладает более широкими по сравнению с прототипом функциональными возможностями, так как обеспечивает выбор минимального, медианного или максимального из n (n≠1 - любое нечетное натуральное число) входных аналоговых сигналов.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного устройства следующей совокупности условий: - средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в области автоматики и аналоговой вычислительной техники в качестве функционального узла аналоговых вычислительных машин, спецпроцессоров и др.;
- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Формула изобретения

Ранговый фильтр, содержащий два управляющих входа, выход и два селектора, каждый из которых содержит релятор, выполненный в виде компаратора, подключенного выходом к первому входу булевого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого является входом управления релятора, а выход соединен с управляющим входом замыкающего и размыкающего ключей, выходы которых объединены и образуют выход релятора, первым и вторым входами которого являются соответственно неинвертирующий и инвертирующий входы компаратора, присоединенные соответственно к входам замыкающего и размыкающего ключей, отличающийся тем, что в него дополнительно введены аналогичные упомянутым селекторы и в каждый селектор дополнительно введены реляторы, выполненные аналогично упомянутым реляторам, причем выход релятора соединен с вторым входом (j+1)-го релятора, а выход m-го релятора является выходом селектора, подключенного первым и вторым - (m+1)-м информационными входами соответственно к второму входу первого и первым входам первого - m-го реляторов, входы управления которых объединены и образуют управляющий вход селектора, выход селектора соединен с i-м информационным входом (N+1)-го селектора, подключенного выходом к выходу рангового фильтра, первый и второй управляющие входы которого присоединены соответственно к объединенным управляющим входам первого - N-го селекторов и управляющему входу (N+1)-го селектора, при этом (n ≠ 1 есть нечетное натуральное число), а i-й и (N+1)-й селекторы содержат соответственно m=0,5(n+1)-1 и m=N-1 реляторов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2