Цифровой фильтр с регулируемым коэффициентом передачи



 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ п»783800 (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 2901,79 (21) 2718036/18-24 с присоединением заявки ND (23) Приоритет—

Опубликовано 3111.80.Бюллетень ¹ 44

Дата опубликования описания 051280

<Я)М. Кл.

G 06 F 15/36

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 681. 14 (088.8) (S4) ЦИФРОВОЙ ФИЛЪТР С РЕГУЛИРУЕМЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ

ПЕРЕДАЧИ и м

V = Е сх Х - Е Ь Y и-i i n ь

1,=0 ь=1

"и-L

Изобретение относится к области цифровой обработки сигналов, в частНосТН к цифровой фильтрации, и может быть использовано в различных циФровых комплексах, например, для обра- 5 ботки случайных процессов.

Известный рекурсивный фильтр,1) содержит запоминающее устройство, умножитель, накапливающий сумматор и реализует решение разностного уравне- 10 ния вида где X ., — значение входного сигна- 15 ла в и- -м такте; значение выходного сигнала в n- -м такте; а;, b; — коэффициенты определяющие частотную характе- 20 ристику Фильтра.

B таком фильтре можно реализовать произвольную частотную характеристику, для чего необходимо лишь задать соответствующие коэффициенты а„ и Ь;, 25

Недостатком фильтра является широкий диапазон изменения значений сигнала, обрабатываемого в блоках фильтра, и выходного сигнала, соответствующий диапазону изменения входного 30 сигнала, что приводит к необходимости увеличивать разрядность блоков фильтра и устройств обработки отФильтрованного (выходного) сигнала для достижения приемлемой точности.

Известный цифровой фильтр )2) наиболее близок по технической сущности и решаемой задаче к предлагаемому техническому решению. В известном фильтре коэффициент передачи автоматически регулируется обратно пропорционально изменению уровня фильтруемого сигнала. Это позволяет сузить диапазон изменения амплитуды выходного сигнала и, следовательно, уменьшить разрядность устройств обработки отфильтрованного (выходного) сигнала.

Известный циФровой фильтр содержит соединенные в кольцо запоминающее устройство выборок, умножитель и накапливающий сумматор, а также запоминающее устройство коэффициентов, подключенное ко второму входу умножителя, блок сравнения, к первому входу которого подключен выход умножителя, ко второму входу — датчик уровня выходного сигнала, а к выходу — интегратор, выход которого подсоединен к выходу запоминающего устройства коэффициетов.

783800

Работа этого фильтра тактирована частотой квантования входного сигнала

В каждом такте цифровой фильтр приниМает входной сигнал, вырабатывает вспомогательный выходкой сигнал, а затем и сам выходной сигнал.

Очередное значение входного сигнала поступает в запоминающее устройство выборок, где хранятся предыдущие значения входного и выходного вспомогательного сигналов. Из запоминающего устройства выборок указанные значения входного и вспомогательного выходного сигналов поочередно подаются на умножитель, где умножаются на значения соответствующих коэффициентов, поступающие из запоминающего устройства коэффициентов. Результаты перемножения складываются в накапливающем сумматоре. Полученное значение суммы, являющееся вспомогательным выходным сигналом текущего такта, записывается в запоминающее устройство выборок и поступает на умножитель.

В эта же время на второй вход умножителя с запоминающего устройства коэффициентов поступает значение корректирующего множителя. указанный множитель регулирует коэффициент передачи фильтра. Полученный в результате умножения сигнал является вы-. ходным сигналом цифрового фильтра. Этот сигнал подается на блок сравнения, на второй вход которого проходит сигнал порогового уровня от датчика уровня выходного сигнала. В блоке сравнения выходной сигнал сравнивается с пороговым уровнем. Полученная при этом разность между пороговым уровнем и выходным сигналом поступает на вход интегратора. Интегратор вырабатывает сигнал, изменение которого находится в обратной зависимости от среднего отклонения выходного сигнала от порогового уровня. Сигнал с выхода интегратора подается на запоминающее устройство коэффициентов и в качестве значения корректирующего .множителя на умножитель в очередном такте для умножения на него очередного значения вспомогательного выходного сигнала. Значение выходного сигнала Z при этом определяется выражением (2) где Y — значение вспомогательного выходного сигнала в и-м такте, определяемого формулой (1);

С вЂ” значение корректирующего множителя, определяемого уравнением

Ъ

С = С„+ k f (А- 1ZI)dt, (3) где А — сигнал порогового уровня; коэффициент интегрирования.

В уравнении (3) для упрощения дискретное интегрирование разности порогового уровня и выходного сигнала заменено негрерывным интегрированием.

Недостатком известного фильтра является то, что несмотря на сужение диапазона выходного сигнала фильтра динамический диапазон сигнала, обрабатываемого в самом фильтре, остается широким, а именно равным динамическому диапазону входного сигнала. (Это обстоятельство приводит к необходимости увеличивать разрядность блоков фильтра, т. е. к увеличению его веса-габаритных характеристик.

Цель изобретения — сокращение обо1 рудования путем уменьшения разрядности его блоков без сужения динамического диапазона входного сигнала, который может обработать фильтр.

Сущность изобретения заключается в том, что производится предварительная регулировка мощности входного сигнала путем умножения его на корректирующий множитель, приводящая к уменьшению его динамического диапазона, затем такой вспомогательный входной сигнал обрабатывается в фильтре, после чего осуществляется окончательная регулировка мощности отфильтрованного сигнала путем умножения его на тот же корректирующий множитель.

З0 Так как уменьшение динамического диапазона сигнала происходит таким образом, что мощный сигнал несколько ослабляется, а слабый сигнал усиливается, после каждого умножения сиг35 нала на корректирующий множитель производится сдвиг произведения в сторону старших разрядов, чтобы сместить динамический диапазон отрегулированного сигнала к верхней границе динамического диапазона входного сигнала и работать всегда с достаточно мощным сигналом.

Поставленная 1ель достигается тем, что в цифровой фильтр, содержащий блок памяти выборок, блок памяти коэффициентов, накапливающий сумматор, блок умножения, блок сравнения, датчик уровня выходного сигнала, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, выходом подключенного ко входу интегратора, выход накапливающего сумматора подсоединен ко входу блока памяти выборок а ныход блока памяти коэффициентов — к первому входу блока умножения, введены коммутатор выборок, коммутатор коэффициентов, коммутатор слагаемых и регистр сдвига, выход которого является выходом фильтра и соединен со вторым входом блока сравнения и первым вхо® дом коммутатора слагаемых. При этом выход коммутатора слагаемых, подключен ко входу накапливающего сумматора, выходом соединенного с первым входом коммутатора выборок, выход которого подключен ко второму входу блока

783800 умножения, ныходом соединенного со входом регистра сдвига и вторым вхо дом коммутатора слагаемых, третий вход которого является нулевым входом фильтра. Выход интегратора подключен к первому и второму входу коммутатора коэффициентов, третий нход

5 которого служит установочным входом фильтра, выход блока памяти выборок подключен ко второму входу коммутатора выборок, третий вход которого является входом фильтра. Вход блока памяти коэффициентов соединен с выходом коммутатора коэффициентов соединен с выходом коммутатора коэффициентов, управляющий вход которого объединен с управляющими входами ком- 15

35 мутатора выборок и коммутатора слагаемых и является управляющим входом фильтра.

На чертеже изображена структурная схема цифрового фильтра с регулируемым коэффициентом передачи.

Цифровой фильтр содержит последовательно включенные накапливающий сумматор 1 и блок 2 памяти выборок, . последовательно включенные блок 3 памяти коэффициентов, блок 4 умножения, регистр 5 сдвига, блок б сравнения и интегратор 7, датчик 8 уровня выходного сигнала, коммутатор 9 выборок, коммутатор 10 коэффициентов, коммутатор 11 слагаемых, вход 12 управления, установочный вход 13, нулевой вход 14.

Принцип работы цифрового фильтра с регулируемым коэффициентом передачи заключается в следующем.

Работа цифрового фильтра тактирована частотой квантования входного сигнала. В каждом такте цифровой фильтр принимает входной сигнал, вырабатывает вспомогательный входной сигнал и далее вспомогательный выходной сигнал, а затем и сам выходной сигнал.

Для выполнения указанных трех этапов обработки коммутаторы 9, 10, 11 по командам, поступающим со входа 12;. управления, синхронно подключают к своему выходу последовательно первый, второй и третий входы.

Кроме того, в каждом такте фильтр вырабатывает очередное значение. корректирующего множителя, регулирующего коэффициент передачи фильтра.

В начале каждого такта коммутаторы 9, 10, 11 находятся в первом положении, когда.их первые входы подключены к выходам. Очередное значение входного сигнала Х> поступает х1 на коммутатор 9 выборок и через не-, го на блок 4 умножения, на другой вход которого подается сигнал корректирующего множителя с выхода интегратора 7 через коммутатор 10 коэффи.циентов и блок 3 памяти коэффициен- тов.

Полученный при этом сигнал произведения поступает с выхода блока 4 на

65 регистр 5 сдвига, где производится его сдвиг íà m разрядов в сторону .старших. С выхода регистра сдвига полученный таким образом вспомогательный входной сигнал поступает через коммутатор 11 слагаемых, через накапливающий сумматор 1 н блок 2 памяти выборок. При этом соотношение между входным сигналом и вспомогатель ным входным сигналом имеет следующий вид: (4) х„=х„с г и и число m разрядов, на которое производится сдвиг сигнала произведения в регистре 5 сдвига, согласовано с величиной сигнала, поступающего с датчика 8 уровня выходного сигнала, таким образом, чтобы вспомогательный входной сигнал Хп был достаточно большим и попадал в старшие разряды блока 2 памяти выборок. В блоке 2 памяти выборок хранятся также предыдущие значения вспомогательного нхоцного и вспомогательного выходного сигналов.

Далее по команде, поступающей со входа 12 сигнала управления, коммутаторы 9, 10 и 11 переключаются во второе положение, при котором к их выходам оказываются подключенными вторые входы. При этом из блока 2 памяти выборок указанные значения вспомогательного входного и нспомогательного ныходнсго сигналов поочередно проходят через коммутатор 9 выборок на блок 4, где переумножаются на соответствующие значения коэффициентов, поступающие из блока 3 памяти коэффициентов, в которой они предварительно (перед началом работы) эаписываются через установочный вход

13 и коммутатор 10 коэффициентов.

Результаты перемножения в блоке 4 поступают через коммутатор 11 слагаемых в накапливающий сумматор 1, где суммируются. Полученное значение У,„ суммы является вспомогательным выходным сигналом текущего такта. Оно определяется выражением (1) и записывается н блоке 2 памяти выборок для использования в следующих тактах работы фильтра. Затем по команде, поступающей со входа 12 сигнала управления, коммутаторы 9, 10 и 11 переключаются в третье положение, при котором к их ныходам оказываются подключенными третьи входы. При этом вспомогательный выходной сигнал, полученный в накапливающем сумматоре 1, поступает с его выхода через коммутатор 9 выборок на второй вход блока

4, на первый вход которого подается корректирующий множитель С с выхода интегратора 7 через коммутатор 10 коэффициентов и блок 3 памяти коэФ фициентов. Полученный при этом сигнал произведений поступает с выхода блока 4 на регистр сдвига, где производится его сдвиг íà m разрядов и

783800

СТОРОНУ СTBPL(IHX И фОРМИРУсЕ7:С;Я I а!<И(Л образом выходной сигнал 2П бил),тра, определенный выра:((eние>л:

,5)

С-2

Накапливающий сумматор 1 )еодк)1(очается через комму-.ВТор слагаемых к нулевому входу 14 и обнуляется.

Выходной сигнал с регистра 5 сдвиrB под-ется на Слок 6 сравнения, на второй вход которого поступает сигнал порогового уровня с дa.T-IHка 8 уровня выходного сигнала. )3 блоке 6 сравнения ьыходной сигнал сравнивается с пороговьем уровнем. Полученная при этом разность между пороговым t5 уровнем и выходным сигEIBëoM постугает на вход интегратора 7. Ик.егрд op

7 вырабать!вдет OI.II" íBJ(,. изменение коТорог o E(B)

С ВыходB Iy H TOT pBTopB 7

Кс) ВХОГЫ КОМ)Лу ТдТОрд. 10 1<озф<:lyil!lei(тo)3

К >:

T0D Г!ОС.ГУПд.о"Т D СС!QTÂЕТ-<;ТВ A(0(II..ЛС . ОМ. П ты Бремени ка блок 4, как бьло показано, Значение корректирующего множителя

C (;ри этом 0(-.peiye(iяетс-) Выражен::ем (3) . 30

3(()фЕКТИс3НОС i Ь П) ЕД)10;!(Рн l!ОГО ЦифРО—

Бого фильтра с регулируемым коэффициентом передачи состoH — в том, "то

I

ЕТCH ДЛЯ РЕГУЛ .PODc.КИЯ ile ТОЕ(ЬКО DlyХОДсlОГО ((О и БХО))ЧОГО C!(: Кс Ча E) СООТВЕТСТВИИ С: DBDellСТВОМ (4) 1(СИ Э С.".\

НссР ЯДУ СО СТаби. (Е! 3 а<(>(ОЙ В IХСДНО . О

CHÃ НаЛа (1)ИЛЬ ТРс1 ПРО>(3 ВОД ITÑ Я

" cID (ПРe Б(1(ОИТ ЕЛЬ (iа:. ),ЗЕс У)!>(БОВИ B

МОЩНОСТИ ВХО В(КОГО СИГ(lс)ЛВ, (4 ХОТЯ последний стаб IJiHз ур< характеристик, тс м не менее его ди:)а((ический д IBDBBO((<.

$ò(((PC ГD P (i НО CЧ ((аРTCkj, (тo (,03 Б ОЛПЕT сн к 3 и тi> Pcl 3Pßä. -:Ость блО(<О)3 цис)70 ВОro фильтра, ВВКДУ к длич(-: Я обРс1тно!л 3 с) В;(си(«lo<.— ти мРжду мО!НнОсть(о БХОдкОГО сит (BJ .а (» () и зкачением корректирую=,el о множите- ..О лЯ С g Бытскдющl(ЕI кз Вырах(ений ((— 5 ) больши>л з(а=ениям Вход;- .ого с;(гнал-i

C 0O T l3 e T C " . В У() т М с(ЛЫ Е 3 Е (с(I e k(H Я С К наоборот. При умножении так ух с(омножителей на умно>ителе с фккскрс)ьакной запятой результат умно>ксния Бсег-.

Дд. СyЩPСTD РИКО МР((ЬК1Е ((аКСКмсЗЛЬЕ)О

ВОЗМО>КНОГО 3 Нс(ЧСНКЯ ВЫХОДНОГО CEIÃE)B— лд. умкОж1!тРлЯ . СДвкГ ре 3ульTBTcl Б cTQ рону старк:их разрядов послс каждого 7Ч умножения ка корректирую ((кй м:0)!(H

Те J1b ПОз БОлЯет IpHá(%(3 кть ре B!jJIDTBт умножения к максимально возможному значению;: при сужении динамического диапазона сигнала за счет регулирования сместить его к верхней границе динамического диапазона сигнала до рс.гулирования.

Зффективность и:3обретения особенко высока прк обработке нестационар— ных сигналов с L(IHpok

Цифровой фильтр с регулируемым коэффициентом передачи, содержащий блок памяти вь(боро:<, бло;< памяти коэ(()(()и— циентов, какаплква(ощий сумматор, блок умно><ения, бло!< сравкекия, датчик урозкя выходного сигнала, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, выход которсго подключен ко -;ходу интегратсра, Выход накапливаю(((Ос ГО сумматора по цк (lоч ek! (< o Входу б. (01< а г! мяти D <00pGI(д. эыхОД блОк а и:1м)ет!1 !<Оэ()с)кце(ен т Ое3 сОеди не н с 1epâ вьм входом блока умкоженкя, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью сокращения оборудования, он содержит

1<0."

<од которо "o подк:но-ен (

Выход блока памяти Выборок подключен ((o 13 тОрОму В>(ОДу 1< 0(лму7 д! Ор а 13ь! бОрбк третий вход которого Я13ляетcë входом фильтра, вход бло <а памяти коэффицHPíтов соединен с Выходом коммугдтора коэффициентов, управт(яю(цкй вход котоОо ГО ОбсьРДи >1е н с уп ра Бляющк! ".к ВхоДами коммУ гатОРа выбоРок и ко(смУтатоРа сла-!

":=.eмых и является у!)равд)((о(",км Входом фе(-.!В-,оа .

Ис .гочнккк лнфooìàции, е(ркнятые во Внима((ие при экспертизе

1. Патент .Ctl!2(. - 3703692„ кл. 235-152, опубл. 1973.

2. 2<вторское свидетельство СССР

577533, кл. G 06 j(15/34с 06.0!.76. азВОО

Составитель А. Баранов

Техред A,ùåïàíñêàÿ Корректор О. Ковинская

Редактор И. Грузова

Заказ 8550/52

Тираж 751 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. ужгОрод, ул. Проектная, 4

Цифровой фильтр с регулируемым коэффициентом передачи Цифровой фильтр с регулируемым коэффициентом передачи Цифровой фильтр с регулируемым коэффициентом передачи Цифровой фильтр с регулируемым коэффициентом передачи Цифровой фильтр с регулируемым коэффициентом передачи 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть применено для целей моделирования и управления
Наверх