Цифровий трансверсальний фільтр

Цифровий трансверсальнии фільтр, що містить послідовно включені перший і другий нагромаджуючі суматори, вихід останнього є виходом фільтра, перший обчислювальний блок, що містить першу ЛІНІЮ затримки на М/р зсувів, де М довжина вагової ПОСЛІДОВНОСТІ цифрового трансверсального фільтра, виходи якої з'єднані з входами перетворювача коду, інформаційний, тактовий і вхід скидання першої лінії затримки є ВІДПОВІДНО інформаційним, тактовим і входом скидання першого обчислювального блока, тактовий і вхід скидання якого об'єднані з тактовими і входами скидання першого і другого нагромаджуючих суматорів і є тактовим і входом скидання фільтра, інформаційним входом якого є інформаційний вхід першого обчислювального блока, який відрізняється тим, що в фільтр додатково введені р-1 обчислювальні блоки, ідентичні першому, в кожний з яких введені суматор і друга ЛІНІЯ затримки на М/р зсувів, тактовий і вхід скидання якої підключені до тактового і входу скидання обчислювального блока, виходом якого є М/р-іті виходи другої лінії затримки, інформаційні входи якої підключені до виходів суматора, перші входи якого підключені до виходів перетворювача коду, другі входи суматора є входом суми обчислювального блока, причому тактові входи і входи скидання всіх обчислювальних блоків об'єднані і підключені до тактового входу і входу скидання фільтра, інформаційні входи всіх обчислювальних блоків об'єднані і є входом фільтра, вхід суми першого обчислювального блока з'єднаний з джерелом логічного нуля, вихід /-го обчислювального блока і = 1,р-1 з'єднаний з входом суми (/+1)-го обчислювального блока, вихід р-го обчислювального блока з'єднаний з інформаційними входами першого нагромаджуючого суматора 1 ГО Пристрій відноситься до цифрової обробки сигналів і може використовуватися для цифрової фільтрації випадкових процесів із застосуванням різницевих видів подання сигналів, наприклад, у спектроаналі-заторах паралельної дії Відомий керований двійковий трансверсальнии фільтр, що містить М-розрядний регістр вагових коефіцієнтів, М елементів виключно "АБО-НІ", М-входовий суматор однорозрядних чисел, перший і другій нагромаджуючі суматори [1], який здійснює фільтрацію вхідних сигналів з однорозрядним різницевим поданням сигналів на основі лінійної дельта-модуляцм (ЛДМ) при заданій амплітудно-частотній характеристиці, яка може бути змінена шляхом перезапису імпульсної характеристики (IX) у регістрі вагових коефіцієнтів Недоліком цього фільтра є, по-перше, неможливість збільшити точність фільтрації шляхом збі льшення довжини IX без зміни структури фільтра, оскільки збільшення довжини IX призводить до необхідності збільшення числа входів суматора однорозрядних чисел, а значить, вимагає побудови нового дерева підсумовування, і, по-друге, збільшенню точності фільтрації при незмінній довжині вагової ПОСЛІДОВНОСТІ перешкоджає низька розряд-ність кроків квантування IX, яка для ЛДМ дорівнює одному біту Відомий також цифровий трансверсальнии фільтр, що містить перший і другий нагромаджуючі суматори, М-розрядний регістр вагових коефіцієнтів, М блоків вагового підсумовування, де М - довжина імпульсної характеристики цифрового трансверсального фільтра, кожна з яких містить елемент виключно "АБО-НІ", реверсивний лічильник і регістр [2] сального фільтра Однак точність фільтрації цього пристрою при незмінній довжині ваго Ю 52137 воі ПОСЛІДОВНОСТІ також обмежена низькою розрядностю кроків квантування IX, поданої у форматі ЛДМ [3] Збільшення зазначеної розрядності дозволяє підвищити точність фільтрації, однак у відомому пристрої не може бути реалізоване Крім того, значне число блоків вагового підсумовування, що дорівнює довжині вагової ПОСЛІДОВНОСТІ, призводить до більших апаратних витрат при реалізації цифрового трансверсального фільтра Найбільш близьким до пристрою, що пропонується, за технічною суттю є цифровий трансверсальний фільтр, що містить послідовно включені перший І другий нагромаджуючі суматори, вихід останнього є виходом фільтра, обчислювальний блок, що містить ЛІНІЮ затримки, виходи якої через перетворювач коду з'єднані з виходами обчислювального блоку, Інформаційні, тактовий І вхід скидання лінії затримки є ВІДПОВІДНО Інформаційним, тактовим І входом скидання обчислювального блоку, тактовий І вхід скидання якого, об'єднані з тактовими І входами скидання першого І другого нагромаджуючого суматорів, І є тактовим І входом скидання фільтра, Інформаційним входом якого є Інформаційний вхід обчислювального блоку, вихід якого з'єднаний з Інформаційними входами першого нагромаджуючого суматора [4] Фільтр здійснює обчислення вихідного сигналу шляхом двократного підсумовування зчитаних з перетворювача коду значень другої різниці, які адресуються кроками квантування вхідного сигналу Відомий цифровий трансверсальный фільтр має просту схему і забезпечує, при заданій довжині вагової ПОСЛІДОВНОСТІ, необхідну точність фільтрації Значення другої різниці, записані у перетворювачі коду, можуть бути обчислені при будь-якій, наперед заданій, розрядності вагової ПОСЛІДОВНОСТІ Однак апаратні витрати для реалізації відомого фільтра значні Це пояснюється тим, що перетворювач коду, при високій розрядності кроків квантування вхідного сигналу і великій довжині вагової ПОСЛІДОВНОСТІ, має велике число входів, що призводить до значних апаратних витрат при його реалізації Так, наприклад, при довжині імпульсної характеристики М=24 і розрядності кроків квантування вхідного сигналу Ь=3 число входів перетворювача коду необхідне Mb =24 3=72, що при реалізації його на постійному запам'ятовуючому пристрої вимагає 2 7 2 комірок пам'яті, а тому практично не може бути здійсненим Крім того, у цьому пристрої практично неможливо підвищити точність фільтрації шляхом збільшення довжини вагової ПОСЛІДОВНОСТІ, оскільки збільшення довжини імпульсної характеристики лише на одиницю призводить до збільшення в k=2b разів необхідного обсягу пам'яті перетворювача коду Мета винаходу - зменшення апаратних витрат і підвищення точності фільтрації шляхом зміни довжини вагової ПОСЛІДОВНОСТІ Поставлена мета досягається тим, що в цифровий трансверсальний фільтр, що містить послідовно включені перший і другий нагромаджуючі суматори, вихід останнього є виходом фільтра, перший обчислювальний блок, що містить першу ЛІНІЮ затримки на М/р зсувів, де М - довжина ваго вої ПОСЛІДОВНОСТІ цифрового трансверсального фільтра, виходи якої з'єднані з входами перетворювача коду, інформаційні, тактовий і вхід скидання першої лінії затримки є ВІДПОВІДНО інформаційним, тактовим і входом скидання першого обчислювального блоку, тактовий і вхід скидання якого об'єднані з тактовими і входами скидання першого і другого нагромаджуючих суматорів, і є тактовим і входом скидання фільтра, інформаційним входом якого є інформаційний вихід першого обчислювального блоку, а у фільтр додатково введено р-1 обчислювальний блок, ідентичний першому, в кожний з яких введені суматор і друга ЛІНІЯ затримки на М/р зсувів, тактовий вхід і вхід скидання якої підключені до тактового входу і входу скидання обчислювального блоку, виходом якого є (М/р)-ті виходи другої лінії затримки, інформаційні входи якої підключені до виходів суматора, перші входи якого підключені до виходів перетворювача коду, другі входи суматора є входом суми обчислювального блоку, причому тактові входи і входи скидання всіх обчислювальних блоків об'єднані і підключені до тактового входу і входу скидання фільтра, інформаційні входи всіх обчислювальних блоків об'єднані і є входом фільтра, вхід суми першого обчислювального блоку з'єднаний з джерелом логічного нуля, вихід і-го обчислювального блоку 1=1,р-1 з'єднаний з входом суми (і+1)-го обчислювального блоку, вихід р-го обчислювального блоку з'єднаний з інформаційними входами першого нагромаджуючого суматора Суть винаходу полягає в тому, що шляхом введення в фільтр (р-1)-го обчислювального блоку, ідентичного першому, в кожний з яких введеш суматори і друга ЛІНІЯ затримки на М/р зсувів з ВІДПОВІДНИМИ зв'язками, зменшені апаратні витрати, що забезпечується різким зменшенням обсягу пам'яті для реалізації перетворювача коду в кожному обчислювальному блоці, а сумарний обсяг пам'яті для реалізації перетворювачів кодів в усіх обчислювальних блоках, при однаковій з прототипом довжині вагової ПОСЛІДОВНОСТІ І розрядності кроків квантування вхідного сигналу, стає значно меншим Підвищення точності фільтрації, яке реалізується шляхом зміни довжини вагової ПОСЛІДОВНОСТІ, призводить ТІЛЬКИ до зміни числа включених обчислювальних блоків і не змінює структури фільтра в цілому Порівняння пристрою, що заявляється, з прототипом вказує на наявність нових блоків з ВІДПОВІДНИМИ зв'язками Тому пристрій, що заявляється, відповідає критерію винаходу "новизна" Зазначені блоки ВІДОМІ І широко використовуються [1,2,4] Однак лише їхнє введення у відомий пристрій дозволяє виявити в ньому нові властивості - апаратні витрати фільтра менші, а збільшення точності фільтрації (шляхомзбільшення довжини вагової ПОСЛІДОВНОСТІ) призводить тільки до зміни числа послідовно включених обчислювальних блоків і не змінює структури фільтра в цілому Таким чином, пристрій, що заявляється, відповідає критерію винаходу "ІСТОТНІ ВІДМІННОСТІ" На фігурі наведено структурну схему цифрового трансверсального фільтра Цифровий трансверсальний фільтр містить 52137 обчислювальні блоки 1 1-1 р, перший і другий нагромаджуючі суматори 2 та 3, джерело 4 логічного нуля, інформаційний 5, тактовий 6 і вхід 7 скидання, вихід 8 Обчислювальний блок 1 і містить першу 9 та другу 10 лінії затримки на М/р зсувів, перетворювач 11 коду, суматор 12 У блоці 1 і виходи першої лінії 9 затримки з'єднані з входами перетворювача 11 коду, виходи якого з'єднані з першими входами суматора 12, другі входи якого є входом суми блоку 1 і, інформаційним входом якого є інформаційні входи першої лінії 9 затримки Виходи суматора 12 з'єднані з інформаційними входами другої лінії затримки 10, (М/р)-ті виходи якої є виходом обчислювального блоку 1 і Тактовий і вхід скидання лінії 9 об'єднані з од-ноіменними входами лінії 10 і є тактовим і входом скидання блоку 1 і Інформаційні входи блоків 1 і,і=1,р об'єднані і є інформаційним входом 5 фільтра Вхід суми блоку 1 1 з'єднаний з джерелом 4 логічного нуля, вихід блоку 1 і, окрім 1 р, з'єднаний з входом суми блоку 1 (і+1), вихід блоку 1 р з'єднаний з інформаційними входами першого нагромаджуючого суматора 2, виходи якого з'єднані з інформаційними входами другого нагромаджуючого суматора 3, виходи якого є виходом 8 фільтра Тактові і входи скидання першого і другого нагромаджуючих суматорів 2 і 3 об'єднані з одноіменними входами обчислювальних блоків 1 і,і=1,р і є тактовим 6 та входом 7 скидання фільтра Цифровий трансверсальний фільтр працює наступним чином Цифровий трансверсальний фільтр здійснює фільтрацію вхідного сигналу, поданого у форматі багаторівневої дельта-модуляцм або диференціальної імпульсно-кодової модуляції (БДМ або ДІКМ) Вихідний сигнал цифрового трансверсального фільтра у форматі імпульсно-кодової модуляції (ІКМ) визначається за формулою v = у у у s ( x ! s(h) г-f k = I m=G м\ (h| де { S 4 } , к>0 - вхідна, { s j , m=0,M-1 - вагова БДМ ПОСЛІДОВНОСТІ Обчислення вихідного сигналу за (1) реалізується в запропонованому пристрої за допомогою двох послідовно включених нагромаджуючих суматорів, які виконують операції записаних за ВІДПОВІДНИМИ адресами перетворювача 11 КОДІВ в (p-q)-My обчислювальному блоці 1 (p-q) Робота цифрового трансверсального фільтра починається з нагромадження імпульсу встановлення по шині 7 скидання В результаті його дії на входи скидання обчислювальних блоків 1 і,і=1,р, першого та другого суматорів 2 та 3, незалежно від наявності сигналів, які присутні на Інших входах цих блоків, на виходах зазначених блоків, встановлюється нульове значення сигналу Одночасно, по тому ж імпульсу з шини 7 відбувається скидання всіх регістрів ЛІНІЙ 9,10 затримки, і встановлюється нульовий стан на виходах перетворювача 11 коду і суматора 12 Припустимо, що прийом і зсув інформації в Л І НІЯХ 9,10 затримки і запис значення сигналу у нагромаджуючі суматори 2 і 3 здійснюються по передньому фронту синхронізуючого сигналу з шини 6 Тоді, ПІСЛЯ скидання всіх блоків цифрового трансверсального фільтра по імпульсу скидання з шини 7, по першому імпульсу синхронізації з шини 6 в лінії 9 усіх обчислювальних блоків 1і,і=1,р з входу 5 фільтра записується перший крок квантування вхідного сигналу S ( x | i, а в лінії 10 всіх обчислювальних блоків 1 і записується нульове значення сигналу з виходів суматора 12 Під ВПЛИВОМ коду сигналу S ( x | i на виході перетворювача 11 з'являється сигнал, який відповідає неповній згортці сигналів в і-му обчислювальному блоці 5yi+ q M/p=s M is (h| qM/p, q=p-i,i=1 p, що надходить на перші входи суматора 12 На другі входи суматора 12 зі входу суми всіх обчислювальних блоків 1 і надходить нульове значення сигналу (на вхід суми блоку 1 1 нульове значення надходить з джерела 4 логічного нуля, на вхід суми блоків 1і,і=2,р нульове значення надходить з виходу лінії 10 затримки блоку 1 (і-1), онуленої на початку роботи фільтра) Тому значення 5уі+дм/Р з виходу суматора 12 надходить на вхід лінії 10 затримки, куди записується по передньому фронту наступного синхроімпульсу з шини 6, а в лінії 9 відбувається зсув першого значення кроку квантування вхідного сигналу S ( x | i і запис на його місце другого (x| значення S 2 Внаслідок цього перетворювач 11 виробляє нове значення неповної згортки в 1-му обчислювальному блоці qM/p+l к=1 r=l де значення V ук, що дорівнює Р-1 Ук= (2) є другою різницею, що формується на виході обчислювального блоку 1 р з ПОСЛІДОВНОСТІ значень l v s k-msm (3) qM/p яке підсумовується в суматорі 12 з черговим нульовим значенням, і по передньому фронту чергового синхроімпульсу з шини 6 здійснюється зсув записаного раніше в ЛІНІЮ 10 затримки значення Syi+qM/p і запис (на його місце) значення 5у2+дм/р Одночасно в лінії 9 затримки відбувається зсув значень S ( x | i, S(x|2 і запис на місце останнього значення S(x|3 Далі заповнення ЛІНІЙ 9,10 затримки відбувається аналогічно, і тому, після М/р тактів, що відповідає ПОСТІЙНІЙ затримці вихідного сигналу фільтра (після надходження М/р+1-го імпульсу з шини 6 синхронізації), на виходах лінії 10 затримки з'являється значення 5уі+дм/Р, яке з виходу обчис 8 52137 лювального блоку 1 і,і=1,р-1 надходить на вхід суми блоку 1 (і+1), а значення Vyi3 виходу блоку 1 Р надходить на інформаційні входи першого нагромаджуючого суматора 2 На виходах перетворювача 11 коду і-го блоку 1 і,і=2,р в цьому такті формується значення Syi+(q+i)qM/p, що надходить на перші входи суматора 12, на другі входи якого з входу суми надходить значення 5yi +qM /p Сума значень 5уі +дМ /р+5уі +ід+ і)дм/р з ВИХОДІВ суматора 12 по черговому передньому фронту синхроімпульсу з шини 6 записується в ЛІНІЮ 10 затримки, а перетворювач 11 коду формує значення 5yi+(q+i)qM/P, що підсумовується в суматорі 12 зі значенням 5у2+дм/р, яке надходить на вхід суми блоку 1 і сального фільтра відновлюється подачею установочного імпульсу на шину 7 скидання Значення вихідного сигналу перетворювача 11 блоку 1 і у вигляді (3) обчислюються заздалегідь з високою точністю, як значення функції М/р змінних M {S k},k=qM/p,(q+1)M/p-1, перетворюються у двійковий код, при необхідності округляються до d розрядів і записуються в перетворювач 11 коду, який може бути виконаний у вигляді постійного запам'ятовуючого пристрою (ПЗП) Максимальна частота дискретизації вхідного сигналу обмежена часом обчислення одного зна2 чення другої різниці V yk і може бути оцінена з виразу По тому ж фронту синхроімпульсу з шини 6 сигнал V 2 yi з виходу блоку 1 р підсумовується в першому нагромаджуючому суматорі 2 з його попереднім значенням, формуючи сигнал Vyi=V 2 yi+Vyo=V 2 yi, а на виході блоку 1 р формується значення другої різниці Vy2=V2y2 T>ti+t 2 , де ti - час формування перетворювачем 11 коду одного значення 5ук, Ь - час виконання операції підсумовування суматором 12 Оцінимо обсяг пам'яті, необхідний для реалізації перетворювача 1 1 , і порівняємо отримані для його реалізації апаратні витрати з аналогічною величиною в прототипі Для запропонованого пристрою при розрядності вхідного сигналу, що дорівнює Ь, необхідний обсяг перетворювача 11 коду в одному обчислювальному блоку 1 і дорівнює По передньому фронту чергового синхроімпульсу відбувається підсумовування вихідного сигналу Vyi першого нагромаджуючого суматора 2 з попереднім значенням вихідного сигналу цифрового трансверсального фільтра в другому нагромаджуючому суматорі З yi=yo+Vy,=V2y,=s{ x ) sМ такті формується значення сигналу q=0 На виході блоку 1 р число доданків цієї суми дорівнює р, а значення відповідає другій різниці (2) в k-му періоді дискретизації вхідного сигналу, з якої за допомогою неперервного підсумовування блоками 2 і 3 формується вихідний сигнал цифрового трансверсального фільтра у форматі ІКМ {ук} У разі випадкових збоїв (наприклад, у вхідному сигналі) нормальна робота цифрового трансвер =2 ЬМ/о2 ЬМ/р (І 1 )ЬМ =-2 р Наприклад, для р=8, Ь=3, М=24 виграш в обсязі пам'яті складає к=1/2 3 2 ( 1 1 / 8 > 7 2 =2 6 0 , а кожний перетворювач 11 в обчислювальному блоці 1 І,І=1,8 може бути реалізований на одній мікросхемі типу 556РТ5 з обсягом пам'яті Q i = 2 9 Інші блоки можуть бути виконані аналогічно прототипу Отже, за рахунок введення у відомий пристрій (р-1)-го обчислювального блоку 1 і, ідентичного першому, а в кожний обчислювальний блок суматора 12 і другої лінії 10 - затримки на М/р (зсувів з ВІДПОВІДНИМИ зв'язками), різко зменшені апаратні витрати на реалізацію перетворювача 11 коду, а значить, і на реалізацію всього фільтра в цілому 52137 Підвищення точності фільтрації, що реалізується шляхом зміни довжини вагової ПОСЛІДОВНОСТІ, призводить тільки до зміни числа послідовно включених блоків 1 і, але змінює структури фільтра в цілому Джерела інформації 1 Р Стил Принципы дельта-модуляции / Пер с англ Под ред В В Маркова М Связь, 1979 С 330, рис 11 8 2 А с №1517118 СССР, МКИ Н03Н15/06 Цифровой трансверсальныи фильтр / Тимченко 10 А В (СССР) №4340185/24-09, Заявл 7 12 87 Опубл 23 10 89, Бюл №39 -4с 3 Погрибной В А , Тимченко А В Расчет цифровых фильтров с дельта-модуляцией // Радиоэлектроника - 1988 - Т 31, №3 - С 15-21 (Изв высш учебн заведений) 4 А с №1345314 СССР, МКИ НОЗМ15/00, Н03Н17/06 Цифровой трансверсальныи фильтр / Тимченко А В, Тимченко СВ (СССР) №4017404/24-09, Заявл 30 0186 Опубл 15 10 87, Бюл №38 -Зс ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71