Цифровий фільтр

Цифровий фільтр, що містить послідовно включені перший і другий нагромаджуючі суматори, причому вихід останнього є виходом фільтра, перший обчислювальний блок, що містить першу ЛІНІЮ затримки на М/р зсувів, де М - довжина вагової ПОСЛІДОВНОСТІ цифрового фільтра, виходи якої з'єднані з першими входами перетворювача коду, інформаційні, тактовий та вхід скидання першої лінії затримки є ВІДПОВІДНО першим інформаційним, першим тактовим і входом скидання першого обчислювального блока, вхід скидання якого об'єднаний з входами скидання першого і другого нагромаджуючих суматорів і є входом скидання фільтра, перший тактовий вхід першого обчислювального блока є тактовим входом фільтра, який відрізняється тим, що у фільтр додатково введені лічильник, буферний регістр, мультиплексор та (р-1)-й обчислювальний блок, ідентичний першому, в кожний з яких введені друга і третя лінії затримки на М/р зсувів, суматор і нагромаджуючий суматор, перший тактовий вхід якого приєднаний до першого тактового входу обчислювального блока, другий тактовий вхід нагромаджуючого суматора об'єднаний з тактовими входами другої та третьої ЛІНІЙ затримки і є другим Винахід відноситься до цифрової обробки сигналів і може використовуватися для цифрової фільтрації сигналів, представлених у форматі бага тактовим входом обчислювального блока, до входу скидання якого підключені входи скидання першоі-третьої ЛІНІЙ затримки і нагромаджуючого суматора, виходом обчислювального блока є виходи третьої лінії затримки, входи якої з'єднані з виходами суматора, перші входи якого є третіми інформаційними входами обчислювального блока, а другі входи суматора підключені до виходів нагромаджуючого суматора, інформаційні входи якого підключені до виходів перетворювача коду, а другі входи підключені до виходів другої лінії затримки, інформаційний вхід якої є другим інформаційним входом обчислювального блока, треті входи перетворювача коду є керуючими входами обчислювального блока, перші інформаційні входи всіх обчислювальних блоків підключені до виходу мультиплексора, причому інформаційним входом фільтра є інформаційні входи буферного регістра, перший вихід якого з'єднаний з другими інформаційними входами всіх обчислювальних блоків, а решта виходів підключені до інформаційних входів мультиплексора, третій інформаційний вхід першого обчислювального блока з'єднаний з джерелом логічного нуля, вихід і-го обчислювального блока і = 1,р-1 з'єднаний з третім інформаційним входом (і+1)-го обчислювального блока, вихід р-го обчислювального блока з'єднаний з інформаційними входами першого нагромаджуючого суматора, тактовий вхід і вхід скидання лічильника підключені до тактового і входу скидання фільтра, вихід переносу лічильника підключений до других тактових входів усіх обчислювальних блоків, керуючі входи яких об'єднані з керуючими входами мультиплексора і підключені до розрядних виходів лічильника торівневої дельта-модуляцм або диференціальної імпульсно-кодової модуляції при забезпеченні високої точності фільтрації та швидкодії О 00 о (О ю 56080 ся, оскільки вимагає 2 комірок пам'яті Крім того, у пристрої, що обраний за прототип, практично неможливо підвищити точність фільтрації шляхом збільшення довжини вагової ПОСЛІДОВНОСТІ, ОСКІЛЬКИ збільшення довжини вагової ПОСЛІДОВНОСТІ лише на одиницю призводить до збільшення необхідного числа входів перетворювача коду на Ь, тобто при реалізації його на ПЗП вимагає збільb шення в k= 2 разів необхідного обсягу пам'яті В основу винаходу поставлене завдання зменшити апаратні витрати і підвищити точність фільтрації шляхом зміни довжини вагової ПОСЛІДОВНОСТІ Поставлена мета досягається тим, що в цифровий 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 фільтра, виходи якої з'єднані з першими входами перетворювача коду, інформаційні, тактовий та вхід скидання першої лінії затримки є ВІДПОВІДНО першим інформаційним, першим тактовим і входом скидання першого обчислювального блоку, вхід скидання якого об'єднаний з входами скидання першого і другого нагромаджуючих суматорів і є входом скидання фільтра, перший тактовий вхід першого обчислювального блоку є тактовим входом фільтра, а у фільтр додатково введені лічильник, буферний регістр, мультиплексор та (р 1)-й обчислювальний блок, ідентичний першому, в кожний з яких введені друга і третя лінії затримки на М/р зсувів, суматор і нагромаджуючий суматор, перший тактовий вхід якого підключений до першого тактового входу обчислювального блоку, другий тактовий вхід нагромаджуючого суматора об'єднаний з тактовими входами другої та третьої ЛІНІЙ затримки і є другим тактовим входом обчислювального блоку, до входу скидання якого підключені входи скидання першої-третьої ЛІНІЙ затримки і нагромаджуючого суматора, виходом обчислювального блоку є виходи третьої лінії заУ цьому фільтрі здійснюється обчислення витримки, входи якої підключені до виходів суматохідного сигналу в форматі імпульсно-кодової мора, перші входи якого є третіми інформаційними дуля ці і (І KM) шляхом підсумовування зчитаних з входами обчислювального блоку, а другі входи перетворювача кодів значень другої різниці, що суматора з'єднані з виходами нагромаджуючого адресуються кроками квантування вхідного сигнасуматора, інформаційні входи якого підключені до лу, представленого у форматі багаторівневої девиходів перетворювача коду, другі входи якого льта-модуляцм або диференціальної імпульснопідключені до виходів другої лінії затримки, інфоркодової модуляції маційний вхід якої є другим інформаційним входом обчислювального блоку, треті входи перетворюЦей цифровий трансверсальний фільтр має вача коду є керуючими входами обчислювального просту схему і забезпечує, при заданій довжині блоку, перші інформаційні входи всіх обчислювавагової ПОСЛІДОВНОСТІ, необхідну точність фільтральних блоків підключені до виходу мультиплексоції Значення другої різниці, записані у перетворюра, інформаційним входом фільтра є інформаційні вачі коду, можуть бути обчислені при будь-якій, входи буферного регістра, перший вихід якого наперед заданій, розрядності вагової ПОСЛІДОВНОСз'єднаний з другими інформаційними входами всіх ТІ Однак апаратні витрати при реалізації цієї струобчислювальних блоків, решта виходів підключені ктури значні Це пояснюється тим, що перетворюдо інформаційних входів мультиплексора, третій вач коду при високій розрядності кроків інформаційний вхід першого обчислювального квантування вхідного сигналу і великій довжині блоку з'єднаний з джерелом логічного нуля, вихід вагової ПОСЛІДОВНОСТІ повинен мати велике число входів, що призводить до значних апаратних витрат при його реалізації Наприклад, вибір довжиі-го обчислювального блоку | = 1 р - 1 з'єднаний з ни вагової ПОСЛІДОВНОСТІ М = 16 і розрядності кротретім інформаційним входом (І + 1)-го обчислюків квантування b = 3 вимагає забезпечити Mb = вального блоку, вихід р-го обчислювального блоку 16 3 = 48 входів перетворювача коду, що при прямій реалізації його на основі постійного запам'ятоз'єднаний з інформаційними входами першого навуючого пристрою(ПЗП) практично не реалізуєтьгромаджуючого суматора, тактовий і вхід скидання Відомий цифровий трансверсальний фільтр, що містить перший і другий нагромаджуючі суматори, М-розрядний регістр вагових коефіцієнтів, М блоків вагового підсумовування, де М - довжина імпульсної характеристики (IX) цифрового фільтра, кожний з яких містить елемент АБО-НІ, реверсивний лічильник і регістр [1] У фільтрі передбачена обробка сигналів у форматі лінійної дельта-модуляцм(ЛДМ) із заданою точністю шляхом зміни довжини IX без зміни структури фільтра Недоліком цього фільтра, поперше, є те, що точність фільтрації цим пристроєм при ПОСТІЙНІЙ довжині вагової ПОСЛІДОВНОСТІ обмежена низькою розрядністю кроків квантування IX та вхідного сигналу, поданих однорозрядною ЛДМ Збільшення вказаної розрядності призводить до підвищення точності фільтрації, однак у відомому пристрої не може бути реалізоване По-друге, значне число блоків вагового підсумовування, що дорівнює довжині імпульсної характеристики, призводить до значних апаратних витрат при побудові цифрового трансверсального фільтра Найбільш близьким технічним рішенням, обраним за прототип, 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 блока, інформаційні, тактовий та вхід скидання лінії затримки є ВІДПОВІДНО інформаційним, тактовим та входами скидання обчислювального блока, тактовий та вхід скидання якого об'єднані з тактовими та входами скидання першого та другого нагромаджуючих суматорів і є тактовим і входом скидання фільтра, інформаційним входом якого є інформаційний вхід обчислювального блока, вихід якого з'єднаний з інформаційними входами першого нагромаджуючого суматора [2] 56080 лічильника підключені до тактового і входу скидання фільтра, вихід переносу лічильника підключений до других тактових входів усіх обчислювальних блоків, керуючі входи яких об'єднані з керуючими входами мультиплексора і підключені до розрядних виходів лічильника Суть винаходу полягає у тому, що шляхом введення у фільтр буферного регістра, мультиплексора, лічильника та (р - 1)-го обчислювального блоку, ідентичного першому, в кожний з яких введено нагромаджуючий суматор, суматор, другу і третю лінії затримки на М/р зсувів з ВІДПОВІДНИМИ зв'язками, зменшені апаратні витрати, що забезпечується значним зменшенням обсягу пам'яті для реалізації перетворювача коду в кожному обчислювальному блоці, а сумарний обсяг пам'яті для реалізації перетворювача 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 лише до зміни числа послідовно включених обчислювальних блоків і не змінює структури фільтра в цілому Цифровий фільтр, що заявляється, містить нові блоки з ВІДПОВІДНИМИ зв'язками і тому відповідає критерію винаходу "новизна" Уведені блоки є відомими і широко застосовуються у цифровій схемотехніці [ 1 , 2] Однак лише їх введення у відомий пристрій дозволяє виявити у ньому нові властивості зменшення апаратних витрат фільтра і збільшення точності фільтрацм(шляхом збільшення довжини вагової ПОСЛІДОВНОСТІ), що 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" Суть винаходу пояснюється за допомогою ілюстрацій, де на фіг 1 наведено структурну схему цифрового фільтра, на фіг 2 - структурну схему нагромаджуючого суматора кожного обчислювального блоку, на фіг 3 - структурну схему нагромаджуючих суматорів фільтра Цифровий фільтр містить(фіг 1) обчислювальні блоки 1 1 - 1 р, перший і другий нагромаджуючі суматори 2 і 3, лічильник 4 на b - 1, b-розрядний буферний регістр 5(Ь - розрядність кроків квантування вхідного сигналу), (Ь - 1)-й входовий мультиплексор 6, джерело логічного нуля 7 На фіг 1 також позначені інформаційний вхід 8 фільтра, тактовий вхід 9, вхід 10 скидання, вихід 11 Обчислювальний блок 1 містить(фіг 1) першу ЛІНІЮ затримки 12, що складається з послідовно включених (Ь - 1) розрядних регістрів зсуву 12 1 12 М/р(де М - довжина імпульсної характеристики фільтра), другу ЛІНІЮ затримки 13, яка складається з однорозрядних регістрів зсуву 13 1 - 13 М/р, третю ЛІНІЮ затримки 14, що складається з багаторозрядних буферних регістрів 14 1 - 14 М/р, перетворювач 15 коду, нагромаджуючий суматор 16, комбінаційний суматор 17 На фиг 1 позначені перший, другий і треті інформаційні входи 18 - 20 блоку 1, перший і другий тактові входи 21 та 22, керуючі входи 23 і вхід 24 скидання Нагромаджуючий та комбінаційний суматори 16 і 17 містять(фіг 2) перший і другий комбінаційні суматори 26 і 27, перший, другий і третій буферні регістри 28, 29 і ЗО На фіг 3 позначені інформаційний вхід 31 блоку 16, другі входи 32 суматора 17, перший і другий тактові входи 33 і 34, вхід 35 скидання, виходи 36 блоку 17 Кожний з нагромаджуючих суматорів 2 та 3 містить перший та другий буферні регістри 37 і 38, комбінаційний суматор 39 На фіг 3 позначені інформаційний 40 і тактовий 41 входи, вхід 42 скидання, виходи 43 блоку 2 В обчислювальному блоці 1 першим 18 і другим 19 інформаційними входами є інформаційні входи першої 12 та другої 13 ЛІНІЙ затримки, що складаються з (Ь - 1)-го та однорозрядних регістрів, виходи яких приєднані до перших і других входів перетворювача 15 коду, треті входи якого є керуючими входами 23 блоку 1, а виходи підключені до інформаційних входів нагромаджуючого суматора 16 Третіми інформаційними входами блоку 1 є перші входи комбінаційного суматора 17, другі входи якого підключені до виходів нагромаджуючого суматора 16, а виходи якого підключені до інформаційних входів третьої лінії затримки 14, виходи якої є виходами блоку 1 Входи скидання першої-третьої ЛІНІЙ затримок 1 2 - 1 4 об'єднані з однойменним входом нагромаджуючого суматора 16 і є входом скидання 24 блоку 1, першим тактовим входом 21 якого є перший тактовий вхід нагромаджуючого суматора 16, об'єднаний з тактовим входом першої лінії затримки 12, другим тактовим входом 22 блоку 1 є другий тактовий вхід нагромаджуючого суматора 16, об'єднаний з тактовими входами другої лінії затримки 13 та третьої лінії затримки 14 У нагромаджуючому 16, комбінаційному 17 суматорах першим тактовим входом 33 є тактовий вхід першого буферного регістра 28, вихід якого з'єднаний з першими входами комбінаційного суматора 26, другі входи якого є першими інформаційними входами 31 блоку 16, виходи суматора 26 з'єднані з інформаційними входами першого 28 та другого 29 буферних регістрів, виходи останнього підключені до перших входів другого комбінаційного суматора 27, другі входи якого є першими інформаційними входами 32 блоку 17, виходи суматора 27 підключені до інформаційних входів третього буферного регістра ЗО, виходи якого є виходами 36 суматора 17, входами скидання 35 блоку 16 є входи скидання регістрів 28, 29 та ЗО, а тактові входи регістрів 29 та ЗО є другим тактовим входом 34 блоку 16 У нагромаджуючих суматорах 2 та 3 інформаційним входом 40 є інформаційні входи першого буферного регістра 37, тактовий та вхід скидання якого об'єднані з тактовим та входом скидання другого буферного регістра 38 і є тактовим 41 та входом скидання 42 блоку 2, виходи буферних регістрів 37 та 38 підключені до входів комбінаційного суматора 39, виходи якого є виходами 43 блоку 2 і підключені до інформаційних входів другого буферного регістра 38 Перші тактові входи 21 всіх обчислювальних блоків 1 об'єднані з тактовим входом лічильника 4 і є тактовим входом 9 цифрового фільтра, другі 56080 8 тактові входи 22 всіх обчислювальних блоків 1 x)k де sf, є{0,1} k = 0 , b - 2 - кодування k-го об'єднані з тактовими входами нагромаджуючих розряду кроку, суматорів 2 та 3 і буферного регістра 5 і підключені до виходу переносу лічильника 4, вхід скидання Е { - 1 , 1} - кодування знаку, який звие 00 якого об'єднаний з однойменними входами усіх чайно представляється у вигляді блоків 1 та нагромаджуючих суматорів 2 і 3 є входом скидання 10 фільтра, інформаційними входами 8 якого є інформаційні входи буферного регістЗ урахуванням представлення кроку квантура 5 Перший вихід останнього підключений до вання вхідного сигналу (4), значення (3) записудругих інформаційних входів 19 всіх обчислювається у вигляді льних блоків 1, решта виходів підключена до інk формаційних входів мультиплексора 6, вихід якого s -к 0 - вхідна, m = 0,M-1 - ва г о в а ПОСЛІДОВНІСТЬ Обчислення вихідного сигналу за (1) реалізується в запропонованому фільтрі за допомогою двох послідовно включених нагромаджуючих суматорів, які реалізують операції к=1 г=1 де значення у 2 V Ук = , що дорівнює (2) m=qM/p є другою різницею, що формується на виході обчислювального блоку 1 р з ПОСЛІДОВНОСТІ зна чень s X n-m • s m (3) m=qM/p записаних за ВІДПОВІДНИМИ адресами перетворювача 15 КОДІВ в (р - qj-му блоці 1 (р - q) Вхідний сигнал у цьому фільтрі поданий b розрядами в прямому КОДІ із знаковим розрядом Ь-2 -(х) _ _(х)0 _ (x)k--k ЗУп+qM/p к=0 першого і другого нагромаджуючого суматорів 2 і З, лічильника 4 і регістра 5, незалежно від наявності сигналів на інших входах вказаних блоків, встановлюється нульове значення сигналу Одночасно, по тому ж імпульсу з шини 10 здійснюється скидання всіх регістрів ЛІНІЙ затримок 12 13, 14 та встановлюється нульовий стан на виходах перетворювача 15 коду всіх обчислювальних блоків 1, нагромаджуючого суматора 16 і суматора 17 Припустимо, що прийом і зсув інформації в Л І НІЯХ затримки 12, 13, 14 і запис значення сигналу в нагромаджуючому суматорі 16, блоках 2, 3 та регістрі 5 здійснюється по задньому фронту синхронізуючого сигналу на їх тактових входах На тактовий вхід 9(тактовий вхід лічильника 4) надходить ПОСЛІДОВНІСТЬ імпульсів з частотою Т " 1 = ( Ь - 1 ) Т ~ 1 , де Т 1 - частота дискретизації вхідного фільтра Одночасно на вхід 8 надходить ПОСЛІДОВНІСТЬ кроків квантування вхідного сигналу в паралельному коді fcf*' ї з частотою Т 1 За імпульсами на виході переповнення лічильника 4(з частотою Т 1 ) у вхідному буферному регістрі 5 фіксується b-розрядний крок квантування вхідного сигналу знаковий розряд якого подається на перші лінії затримки 12, а значущі розряди мантиси кроку надходять на другі лінії затримки 13 всіх обчислювальних блоків 1 ЛІНІЯ затримки І З т а к т у є т ь с я імпульсами переповнення лічильника 4, тому за період дискретизації Т на її першому виході зберігається значення знакового біта Вр Х '° , а на першому виході лінії затримки 12 з частотою (Ь - 1 ) Т 1 формується ПОСЛІДОВНІСТЬ із розрядів мантиси ъ„'\, r = 1,b-1 За цими значеннями з виходів ЛІНІЙ затримки 12 та 13 із перетворювача 15 коду зчитуються величини m=qM/p ,00 .