CH483158A - Digitales Filter - Google Patents

Digitales Filter

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CH483158A
CH483158A CH1507768A CH1507768A CH483158A CH 483158 A CH483158 A CH 483158A CH 1507768 A CH1507768 A CH 1507768A CH 1507768 A CH1507768 A CH 1507768A CH 483158 A CH483158 A CH 483158A
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CH
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shift register
filter
branch
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delta modulator
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CH1507768A
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Inventor
Ungerboeck Gottfried
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Ibm
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H17/00Networks using digital techniques
    • H03H17/02Frequency selective networks
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    • HELECTRICITY
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Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
    Digitales      Filter   Die Erfindung bezieht sich auf ein digitales Filter zur Verarbeitung von Analogsignalen. 



  Bei dem Entwurf von Filtern für analoge niederfrequente Signale, wie beispielsweise Sprach- oder Musiksignale, treten im wesentlichen zwei Schwierigkeiten auf. Das erste Problem sind eigentliche Realisierungsschwierigkeiten    bestimmter      übertragungsfunktionen,   wenn das Filter aus passiven Bauelementen aufgebaut werden soll und wenn für diese Bauelemente nur ein beschränkter    Wertevorrat   zugelassen ist. Die zweite Schwierigkeit drückt sich    in   der    Unhandlichkeit   solcher Schaltungen aus, und zwar in der    Unhandlichkeit   bezüglich der geometrischen Abmessungen als auch bezüglich einer eventuellen späteren Justierung.

   Das relativ grosse Volumen lässt beispielsweise    RC-   oder    LC-Netzwerke   zu einem Problem werden bei dem Entwurf von integrierten Schaltungen. Eine spätere Justierung entlang der    Frequenzachse   ist völlig undenkbar, da bei    einer   Änderung    nur   eines    Parameters      innerhalb   der Schaltung alle anderen Werte entsprechend abge- ändert werden müssten. 



  Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Filter    anzugeben,   das sich leicht zu einer    Miniaturschaltung   integrieren lässt, das leicht entlang der    Frequenzachse      justierbar   ist und    dessen      zu   realisierende    übertragungsfunktionen   weniger durch technische    Rücksichtnahmen   beschränkt sind.

   Diese Aufgabe wird für ein eingangs erwähntes Filter erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass eine vorzugsweise nach dem Prinzip des kanonischen Filters aufgebaute Anordnung vorgesehen ist mit einem mehrstufigen Schieberegister und mit an    Anzapfungen   des Schieberegisters angeschlossenen Pegelreglern, wobei diese Pegelregler teils zu einem    Rückführzweig,   der über einen    Summierer   auf den Eingang des Filters geführt ist, teils zu einem Ausgangszweig    zusammenge-      fasst   sind;

   dass zwischen dem    Summierer   und dem Eingang des Schieberegisters ein    Delta-Modulator   angeordnet ist, wobei ein zu dem    Delta-Modulator   gehörender    Rückführzweig   in den    Rückführzweig   des Filters einbezogen ist; dass der    Delta-Modulator   und das Schieberegister an eine gemeinsame Taktleitung angeschlossen sind und dass sowohl im Ausgangszweig als auch im    Rückführzweig   des Filters Demodulatoren angeordnet sind. Als  kanonisch  werden dabei solche Formen digitaler    Filternetzwerke   bezeichnet, die für den allgemeinen Fall mit einer minimalen Anzahl von    Verzögerern,   Multiplikationen und    Summationaschal-      tungen   auskommen.

   Eine    übersicht      über   die Systematik solcher Filter ist beispielsweise angegeben in    IEEE      Transactions   an    Audio      and      Electroacoustics,   Sept. 1968, S. 414. 



  Im folgenden werden    Ausführungsbeispiele   der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. 



  Es zeigen:    Fig.   1 den allgemeinen Aufbau eines kanonischen Filters;    Fig.   2 einen    Modulator   für differentielle    Pulsampli-      tudenmodulation;      Fig.   3 einen    Delta-Modulator;      Fig.4   das Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels und    Fig.5   das Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels. 



     Fig.   1 zeigt die bekannte    Struktur   eines    sogenannten   kanonischen Filters. Ein am Eingang liegendes beliebiges Eingangssignal    x-(t)      nimt   nach Durchlaufen eines    Summierers      s   die Form f (t) an.    Dieses   Signal    schliess-      lich   passiert mehrere in Reihe geschaltete    Verzögerer   und geht in das Signal f    (t-nT)   über, wenn n die Anzahl der    Verzögerer   und T die allen    Verzögerern   gemeinsame Verzögerungszeit angibt.

   Zwischen den einzelnen Verzögerungsschaltungen sind    Anzapfungen   vorgesehen, an die eine    Gruppe   von Pegelreglern    a1   bis    an   angeschlossen ist.    Die      Ausgänge   der Pegelreger sind in einem zweiten    Summierer      -"   zusammengefasst, dessen Ausgangssignal dem ersten    Summierer   Z zugeführt und dort von dem Eingangssignal    x(t)   subtrahiert wird.

   Die gleichen    Anzapfungen   der Verzögerungsschaltungen sind mit einer    zweiten      Gruppe   Pegelregler    b.   bis    b"   verbunden, deren Ausgänge in einer dritten 

 <Desc/Clms Page number 2> 

    Summationsschaltung   Z" zusammengefasst sind. Der Ausgang dieser Schaltung liefert das Ausgangssignal    y(t)   gemäss der Gleichung 
 EMI2.3 
 wobei f (t    -.      kT)   das Signal am Ausgang der    k-ten   Verzögerungsstufe darstellt. 



  Für das    Signal   f (t) am Ausgang des ersten    Sum-      mierers      T'   gilt: 
 EMI2.11 
 Nach Anwendung der    z-Transformation   auf die beiden Gleichungen (1) und (2) und nach Eliminieren der    z-Transformierten   von f folgt für die    Impuls-Über-      tragungsfunktion      G(z)   des beschriebenen    Filters,   die den Quotienten aus der Ausgangsfunktion    Y(z)   und der Eingangsfunktion    X(z)   darstellt:

   
 EMI2.20 
 Dabei ist die    z-Transformation   eine speziell für Abtastsysteme entwickelte Umformung, welche    ähnliche   Eigenschaften aufweist wie die für kontinuierliche    Une-      are   Systeme geltende    Laplace-Transformation.   Aus    einer   beliebigen Funktion    lässt   sich die    z-Transformierte   gewinnen,    indem   zuerst die    Laplace-Transformierte   mit einer komplexen    Variablen   s gebildet    wird,   wobei der    Imaginärteil   von s die    Frequenz      enthält,

     und dann statt dieser Variablen die Variable z    gemäss   z =    e-STO   eingeführt wird, worin To das    Abtasfmtervall   des Systems bedeutet. Einzelheiten    dieser      z-Transformation   sind beispielsweise    beschrieben      in   K.    Steinbuch:   Taschenbuch der Nachrichtenverarbeitung, 1967, S. 920 ff. 



  Die Rücktransformation der Gleichung (3) in den Zeitbereich ergibt: 
 EMI2.44 
 Wird nun aus Gründen der baulichen Vereinfachung verlangt, dass die    Verzögerungsschaltungen   nicht aus analogen Verzögerungsleitungen,    sondern   aus digitalen Schaltungen, beispielsweise aus    Kippschaltun-      gen,   bestehen, so muss das Eingangssignal    x(t)      naturge-      mäss   ein digitales Signal sein. Soll nun ein solches Filter, wie verlangt, Analogsignale verarbeiten können, erweist sich die    Vorschaltung   eines    Analog-Digital-      Wandlers   als notwendig. Ein solcher Wandler sei in diesem Fall durch einen    Delta-Modulator   realisiert. 



  Delta-Modulation ist eine vereinfachte Art der    Pulscode-Modulation.   Die    Vereinfachung   besteht    darin,   dass das    Analogsignal   zu jedem    Abtastzeitpunkt   daraufhin untersucht wird, ob es grösser oder    kleiner   als der zuvor abgetastete Wert ist. Ist es grösser, wird beispielsweise eine binäre  1  erzeugt; ist es kleiner, eine binäre  0 . Das sich ergebende binäre Ausgangssignal liefert, wenn die abgetasteten    Amplitudenwerte   fortlaufend summiert werden und wenn    die      Abtastzeitpunkte   dicht genug beieinander liegen, eine relativ gute Annäherung an das ursprüngliche Analogsignal.

   Durch einfache Integration, bzw. durch    Tiefpassfilterung   lässt sich eine    Demodulation   des digitalen Signals erreichen. 



  Im folgenden sei die Funktion eines    Delta-Modula-      tors   kurz erläutert. Da der    Delta-Modulator   einer exakten mathematischen Behandlung nur schwer zugänglich ist, wird seine Funktion im folgenden aus der Wirkungsweise eines    Modulators   für differentielle    Pulsam-      plituden-Modulation   hergeleitet.

   Bei dieser    Modula-      tionsart   werden nicht absolute    Amplitudenwerte   übertragen, wie bei der    Pulsamplituden-Modulation,   sondern nur die Differenz des    augenblicklichen   gegenüber dem vorangegangenen    Amplitudenwert.   Die enge Verwandtschaft mit der Delta-Modulation .ergibt sich aus der Überlegung,    dass   die    differentielle      Pulsamplituden-Mo-      dulation      (DPAM)      in   die Delta-Modulation übergeht, wenn nur diskrete    Amplitudenwerte   auftreten und wenn als weitere    Einschränkung   nur    ,eine   binäre Entscheidung    getroffen   wird,

   nämlich ob der augenblickliche    Amplitu-      denwert   grösser oder kleiner ist als der vorangegangene. Wird für die folgenden Überlegungen vorausgesetzt, dass die    Abtastzeitpunkte   dicht genug    beieinan-      derliegen,   so dass die durch die    Abtastung   entstehenden    Amplitudenfehler   gering bleiben, dann lässt sich das Verhalten des    Delta-Modulators   auf das theoretisch einfacher zu beherrschende Verhalten des differentiellen    Pulsamplituden-Modulators   zurückführen. 



     Fig.   2 zeigt das Blockschaltbild eines differentiellen    Pulsamplituden-Modulators.   Ein Eingangssignal x wird nach Durchlaufen eines    Summierers      _T   in einem nachfolgenden    Abtaster   entsprechend einem    zugeführten      Taktsignal   abgetastet und gehalten.

   Über einen    Integra-      tor,   der aus einem Widerstand R,    einem   Operationsverstärker und einem den Verstärker überbrückenden Kondensator C besteht, wird das inverse Ausgangssignal    -yDPAm   dem zweiten    Eingang   des    Summierers      zugeführt.   Am Ausgang des    Abtasters   erscheint das Ausgangssignal    yDPAM.   Wenn T die Periode des dem    Abtaster   zugeführten Taktsignals bedeutet und wenn    T/RC   = 1    gewählt      wird,

     ergibt sich für das Ausgangssignal des    differentiellen      Pulsamplituden-Modulators   für das    n-te      Abtastintervall   T: (5)    yDpAb2(nT)   =    x(nT)   -    x(nT-T)      Die      Übertragungsfunktion      GDpAm   ergibt sich wiederum als Quotient aus der    z-Transformierten   Y des Ausgangssignals und der    z-Transformierten   X des Eingangssignals:

   
 EMI2.130 
 

 <Desc/Clms Page number 3> 

    Fig.   3 zeigt das Blockschaltbild eines    Delta-Modu-      lators.   Der Unterschied zu dem in    Fig.   2 gezeigten differentiellen    Pulsamplituden-Modulator   besteht in einer zwischen den    Summierer   Z und den    Abtaster   geschalteten    Vergleicherschaltung,   die das an dieser Stelle auftretende Analogsignal entsprechend seinem Vorzeichen auf einen der beiden    Spannungswerte     U    quantisiert.   Dem    Abtaster   wird dadurch ein binäres Ausgangssignal der    Vergleicherschaltung   zugeführt.

   Des weiteren entfällt beim    Delta-Modulator   die spezielle Annahme für die Zeitkonstante des Integrators, die beim differentiellen    Pulsamplituden-Modulator   notwendig war.    RC/T   kann jetzt beliebige Werte annehmen. Die    übertra-      gungsfunktion   G hat demnach für den    Deltamodulator      näherungsweise   folgende Gestalt:

   
 EMI3.20 
 Der beim    Delta-Modulator   durch die    Quantisierung   auftretende Fehler    r(n1)   im    n-ten      Abtastintervall   T ergibt sich als die Differenz zwischen dem Eingangssignal    x(nT)   und der im    Summierer   > zugeführten integrierten diskreten    Approximationsfunktion      xDM:   (8)    r(nT)   = x    (nT)   -    xDM   wobei: 
 EMI3.33 
 Dabei betragen die    Quantisierungsstufen   in der Funktion    xDM   jeweils    UT/RC,   wenn U die für den    Vergleicher   in    Fig.3   angenommene Schwellenspannung bedeutet. 



  Aus Gleichung (8) ergibt sich, dass der Fehler    r(nT)   den Betrag einer    Quantisierungsstufe      UT/RC   nicht überschreitet, wenn die Voraussetzung 
 EMI3.42 
 erfüllt ist. ' In    Fig.   4 ist das Schaltbild einer Anordnung dargestellt, die aus einer Kombination eines kanonischen Filters gemäss    Fig.1   für digitale Signale und einem    Delta-Modulator   gemäss    Fig.   3 besteht, der die analogen Eingangssignale digitalisiert. Dabei ist dem    Delta-      Modulator   1 ein aus mehreren    Kippstufen   FF bestehendes Schieberegister 2 nachgeschaltet.

   Das Schieberegister besitzt mehrere    Anzapfungen,   die über Widerstände    Ra/a,      Ra/a2,   ...    Ra/a"   zu einer gemeinsamen Leitung zusammengefasst sind. Über einen Integrator, der in diesem Beispiel aus einem Operationsverstärker 4 und einem parallel geschalteten Kondensator    Ca   besteht, erfolgt eine Rückführung auf den Eingang des    Delta-Modulators   1. Und zwar wird in einer Summationsschaltung 3 dieses rückgeführte Signal von dem analogen Eingangssignal x subtrahiert und das Ergebnis    x1   dem    Delta-Modulator   zugeführt. 



  Der Aufbau des    Delta-Modulators   1 entspricht in allen Einzelheiten demjenigen aus    Fig.   3. Der Wert des Widerstandes im    Rückführkreis   beträgt jetzt    Ra/a,   der Wert des Widerstandes im    Rückführkreis   beträgt jetzt    Ra/a",   der Wert des zum Integrator gehörenden    Kon-      densators:   Ca. Der zum    Deltamodulator   gehörende Abtaster und das Schieberegister 2 werden von einem gemeinsamen Taktsignal    gesteuert.   Die Taktperiode betrage T. 



  Im Schieberegister 2 ist gemäss    Fig.   4 eine Gruppe zweiter    Anzapfungen   vorgesehen, die über zweite Widerstände    Rb/bo,Rb/bl,...,      R"/b"   zu einer gemeinsamen Leitung zusammengefasst sind und über einen weiteren, aus einem Operationsverstärker 5 und einem parallel geschalteten Kondensator    Cb   bestehenden    In-      tegrator   das Ausgangssignal -y liefern. Die zweiten    Anzapfungen   im Schieberegister liegen in dem gezeigten Beispiel nicht an den gleichen    Kippschaltungsaus-      gängen   wie die ersten    Anzapfungen,      sondern   an den dazu komplementären.

   Ferner sind die zweiten    An7-apfun-      gen   den ersten gegenüber um eine Stufe versetzt.    Diese   Massnahme dient dazu, die leistungsmässige Belastung    einer   einzelnen    Kippstufe   zu reduzieren und die im    Rückführzweig   entstehende    Verzögerung   zu kompensieren. Der durch die Verzögerung entstehende Fehler kann bei einer hinreichend grossen Zahl 1 von Kippstufen zwischen zwei    Anzapfungen   auch vernachlässigt werden.

   Die entstehende Verzögerung ist auch der Grund für die geringere    Zahl   von Kippstufen zwischen dem Eingang des Schieberegisters und der ersten, auf den Widerstand    Ra/a,   führenden    Anzapfung.   Hier beträgt die Zahl der Kippstufen nur 1-1. Da gemäss    Fig.   4 das gesamte Schieberegister 2 mit der Taktperiode T betrieben wird, beträgt die Verzögerung zwischen zwei zu einer Gruppe gehörenden    Anzapfungen      1.T,      bzw.      (1-1)-T   an der ersten    Anzapfung   der ersten Gruppe. 



  Im folgenden sei die Funktion der in    Fig.   4 gezeigten Anordnung näher beschrieben. Wenn    X(z)   ein der Anordnung    zugeführtes   Signal bedeutet,    Xl(z)   das Signal am Ausgang des    Summierers   3 und    X2(z)   schliesslich das Signal am Ausgang des    Delta-Modula-      tors   1, so kann gemäss Gleichung (7) die Funktion    des      Delta-Modulators   durch folgende Beziehung    näherungs-      weise=   beschrieben werden: 
 EMI3.109 
 Andererseits gilt für die Funktion des    Summierers   3 gemäss    Fig.   4:

   
 EMI3.112 
 Dabei bedeutet 1 die zuvor    eingeführte   Zahl von Kippstufen zwischen zwei    Anzapfungen   des Schieberegisters. 



  Aus dem Vergleich der beiden Gleichungen (9) und    (1(I)   ergibt sich: 
 EMI3.116 
 oder    durch      Umformen:   

 <Desc/Clms Page number 4> 

 
 EMI4.1 
 Für die    Ausgangsfunktion      Y(z)   der Anordnung gemäss    Fig.   4 ergibt sich    schliesslich:   
 EMI4.6 
 Dabei bedeuten 
 EMI4.7 
 die in den zweiten    Anzapfungsleitungen      des   Schieberegisters liegenden Widerstände. 



  Die    Übertragungsfunktion      G(z)   für die Anordnung    gemäss      Fig.   4 ergibt sich als der Quotient aus den Gleichungen (12) und (11): 
 EMI4.14 
 oder: 
 EMI4.15 
 Mit der Bezeichnung 
 EMI4.16 
 für den konstanten Faktor in Gleichung (13) und unter Vernachlässigung der durch den Ausdruck z 1 gegebenen konstanten    Verzögerung   um die    Taktperiode   T ergibt sich für die    übertragungsfunktion   der Anordnung    gemäss      Fig.   4    näherungsweise:   
 EMI4.23 
 Diese Übertragungsfunktion lässt sich durch passende    Festsetzung   der Koeffizienten    a;

     und bi    in   weiten Grenzen verändern.    Ferner   lässt sich die    übertra-      gungsfunktion   durch einfaches Ändern der Taktfrequenz leicht entlang der    Frequenzachse   verschieben. Ausserdem ist zu bemerken, dass die Koeffizienten    ai   und bi durchaus negative Werte annehmen können, die dann durch Abgriffe an den komplementären Ausgängen der Kippstufen realisiert werden. 



  Für den allgemeinen Fall des kanonischen Filters gemäss    Fig.   1, solange also kein    Delta-Modulator   vorgesehen ist, gilt als    Stabilitätsbedingung,   dass die Nullstellen des im Nenner der Gleichung (14) stehenden Polynoms innerhalb des Einheitskreises liegen. Diese Stabilitätsbedingung bleibt auch bei Einführung eines digitalisierten    Signals,   wie sie    beispielsweise   der    ge-      mäss      Fig.   4    vorgeschaltete      Delta-Modulator      vornimmt,   wesentlich. Voraussetzung ist allerdings, dass gewisse Minimalforderungen bezüglich der    Abtastfrequenz   erfüllt sind. Darauf sei im folgenden kurz eingegangen. 



  Die erste, fast selbstverständliche Forderung ist die Erfüllung des    Abtasttheorems.   Dieses besagt, dass die Periode der    Abtastimpulse   höchstens gleich der reziproken doppelten Bandbreite des gemäss Gleichung (14) zu übertragenden    Frequenzspektrums   sein darf. 



  Die zweite Forderung ist die Einhaltung eines vorgegebenen Verhältnisses von    Nutz-   zu Störsignalen am Ausgang der beschriebenen Anordnung. Als wesentliches, innerhalb der Anordnung entstehendes Störsignal macht sich das vom    Abtaster      verursachte      Quanti-      sierungsrauschen   bemerkbar. Dieses Störsignal kann durch zusätzliche, über die Forderung des    Abstasttheo-      rems   hinausgehende Erhöhung der    Abtastfrequenz   reduziert werden. Die erhöhte    Abtastfrequenz   sorgt dafür, dass dem Eingangssignal ein beschränktes Fehlersignal    überlagert   wird, wodurch die im    Abtaster   entstehenden Fehler relativ klein gehalten werden. 



  Der Hauptgrund für die Verbesserung des Verhältnisses von Nutz- zu Störsignal bei erhöhter    Abtastfre-      quenz   dürfte in der Tatsache zu suchen sein, dass das Rauschspektrum    in   einen höheren Frequenzbereich verschoben wird, der    ausserhalb   des Nutzfrequenzbereiches liegt. Um trotzdem noch vorhandene unerwünscht hohe    Frequenzanteile   zu unterdrücken, ist die Verwendung eines    Tiefpass-Filters      in   der Ausgangsleitung ratsam: Dabei lässt sich ein solches Filter mit dem ohnehin in der Ausgangsleitung vorhandenen    Integra-      tor   gut zu einer Einheit zusammenfassen. 



  Die hohe    Abtastfrequenz   ist auch der Grund dafür, dass bei konstant gehaltener Zahl der    Anzapfungen   an das Schieberegister gemäss dem in    Fig.   4 gezeigten Beispiel die Zahl 1 der zwischen zwei    Anzapfungen   liegenden Kippstufen grösser als Eins gewählt wurde. 



  Die genauen Verhältnisse für das Rauschverhalten lassen sich wegen des    Rückführungszweiges   theoretisch 

 <Desc/Clms Page number 5> 

 nur schwer übersehen. Der Einfluss des    Quantisie-      rungsrauschens   wurde vielmehr auf einem Rechner    simuliert.   Die sich auf das Rauschverhalten der Anordnung beziehenden Ergebnisse sind daher rein empirischer Natur. 



  Für die Simulation wurde die beschriebene Anordnung als dreistufiges    Tiefpassfilter   ausgelegt. Es sei jedoch betont, dass sich ausser diesem bewusst einfach gewählten Beispiel mit Hilfe der beschriebenen Anordnung auch wesentlich kompliziertere    übertragungsfunk-      tionen   realisieren lassen. 



  Für die Koeffizienten    ai   und b; wurden willkürlich folgende Werte angenommen: 
 EMI5.8 
 
<tb> a0 <SEP> = <SEP> 1,0000 <SEP> a1 <SEP> = <SEP> -0,6239
<tb> b0 <SEP> = <SEP> 0,0000 <SEP> b1 <SEP> = <SEP> 0,4025
<tb> a2 <SEP> = <SEP> 0,1299 <SEP> a3 <SEP> = <SEP> -0,0082
<tb> b2 <SEP> = <SEP> -0,0837 <SEP> b3 <SEP> = <SEP> 0,0000 
 Mit einer willkürlich angenommenen Periode T' =    114000   s und einer angenommenen Stufenzahl 1 = 32 ergibt sich als    Taktperiode   T =    T'/1   =    1/l28.   l0-3 s. Als    Quantisierungsstufe   wurde gewählt: 
 EMI5.14 
 Zur Vereinfachung wurde ferner    Ra,   =    Rb   und    Ca,   _    Cb   gewählt. 



  Mit dieser Anordnung wurde die Verarbeitung eines aus zwei    Frequenzanteilen   bestehenden Eingangssignals x (t) simuliert, wobei: x (t) =    sin      (2n.      503   t) +    sin   (27t. 1533 t) Der Frequenzbereich für den Tiefpass betrug 0 bis 2000 Hz. Das Verhältnis von Nutz- zu Störsignal wurde definiert als Quotient aus den beiden Leistungen    E[y2]   und    E[(yD-y.)2],   wobei    y.   das aus Gleichung (4) sich ergebende Ausgangssignal und    yD   das sich aus der Simulation des    Delta-Modulators   ergebende und durch einen idealen Tiefpass mit der    Grenzfrequenz      1/2T'   gefilterte Signal bedeuten.

   Die Rechnung    lieferte   ein Verhältnis von Nutz- zu Störsignal von 40    db.   



  Im folgenden sei noch ein für die praktische Ausführung besonders gut geeignetes Ausführungsbeispiel beschrieben, das aus der in    Fig.   4 gezeigten Anordnung hervorgegangen ist. Gemäss    Fig.   5 wird das Eingangssignal    -x(t)   über einen    Summierer   10, einen    Schmitt-      Trigger   11 und über UND-Schaltungen 12 bzw. 13 dem Eingang des aus den Kippstufen FF bestehenden Schieberegisters 14 zugeführt. Die in der Anordnung gemäss    Fig.   4 vorhandene Rückführung innerhalb des    Delta-Modulators   1 wurde in dem Beispiel gemäss    Fig.5   mit der Rückführung des kanonischen Filters zusammengefasst.

   Auf diese Weise liegen an den Anzapfungen des Schieberegisters Widerstände    Ra/a,   bis    Ra/a",   die in einem    Integrierglied   zusammengefasst sind, das aus einem Operationsverstärker 15 und einem parallel geschalteten Kondensator    Ca   besteht. Der Ausgang des    Integriergliedes   ist auf den zweiten Eingang des    Summierers   10    rückgeführt.   Der Operationsverstärker 15 wird mit Hilfe einer    Referenzspannung   Ur festgelegt. Dabei ist der Wert von Ur auf das arithmetische Mittel aus der Spannung für den binären     1 -Wert   und der Spannung für den binären     0 -Wert   eingestellt. 



  Den UND-Schaltungen 12 und 13 ist gemäss    Fig.   5 das Taktsignal zugeführt, das ausserdem das Schieberegister 14 steuert. Auf diese Weise werden der durch den    Schmitt-Trigger   11 und die UND-Schaltungen 12, 13 realisierte    Abtaster   und das Schieberegister miteinander synchronisiert. 



  Die zweiten    Anzapfungen   am Schieberegister 14 sind über    zweite      Widerstände      Rb/bo      bis      Rbibn   in einem zweiten Integrationsglied zusammengefasst, das aus einem zweiten Operationsverstärker 16 und einem parallel geschalteten Kondensator    Cb   besteht.    Ausser-      dem   ist dem    Kondensator      Cb   ein    Widerstand      R,   parallelgeschaltet, wobei die Bedingung    R>Rb   zu beachten ist.    RV   dient dazu, konstante Anfangsbedingungen für das Integrationsglied zu garantieren.

   Auch der zweite Operationsverstärker 16 wird durch die    Refe-      renzspannung   Ur auf einen konstanten    Bezugswert   festgelegt. 



  Die Anordnung gemäss    Fig.5   ist in ihrer Wirkungsweise derjenigen aus    Fig.4   identisch. Sie hat jedoch den Vorteil, dass sie sich leicht zu    einer   gemeinsamen    Miniaturschaltung   integrieren lässt. Sowohl die zum Schieberegister gehörenden Kippstufen als auch die    Verknüpfungsschaltungen      lassen   sich auf einem gemeinsamen Halbleiterchip unterbringen. In diesem Fall sind nur wenige äussere Verbindungen notwendig. Die Schaltung lässt sich also gut in einem kleinen, nur relativ wenige Anschlusstifte aufweisenden Gehäuse unterbringen. 



  Der im Vergleich zu bekannten Filterschaltungen relativ gross erscheinende schaltungstechnische Aufwand wird durch die Möglichkeit der integrierten Bauweise bei weitem kompensiert. Die rationelle und billigere Fertigungsmethode führt zu wesentlich zuverlässigeren und kleineren Filteranordnungen als sie bei Verwendung von passiven    RC-   oder    LC-Netzwerken   zu erreichen sind. Ausserdem lässt sich die    übertra-      gungsfunktion   der beschriebenen Anordnung durch einfaches Ändern der Taktfrequenz in gewissen Grenzen leicht entlang der    Frequenzachse   verschieben, wodurch sich wesentliche Vorteile für die endgültige Justierung der Anordnung ergeben.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Digitales Filter zur Verarbeitung von Analogsignalen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung vorgesehen ist mit einem mehrstufigen Schieberegister und mit an Anzapfungen des Schieberegisters angeschlossenen Pegelreglern, wobei diese Pegelregler teils zu einem Rückführzweig, der über einen Summierer auf den Eingang des Filters geführt ist, teils zu einem Ausgangszweig zusammengefasst sind; dass zwischen dem Summierer und dem Eingang des Schieberegisters ein Delta-Modulator angeordnet ist, wobei ein zu dem Delta-Modulator gehörender Rückführzweig in den Rückführzweig des Filters einbezogen ist;
    dass der Del- ta-Modulator und das Schieberegister an eine gemeinsame Taktleitung angeschlossen sind und dass sowohl im Ausgangszweig als auch im Rückführzweig des Filters Demodulatoren angeordnet sind. <Desc/Clms Page number 6> UNTERANSPRÜCHE 1. Filter nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl 1 von Schieberegisterstufen, die zwischen zwei zu einem Zweig gehörenden Anzapfun- gen liegen, grösser als Eins gewählt ist. 2. Filter nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieberegisterstufen aus bistabilen Kippschaltungen bestehen. 3.
    Filter nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verschiedenen Zweigen gehörenden Anzapfungen an das Schieberegister von komplementären Ausgängen der Kippschaltungen ausgehen. 4. Filter nach Unteranspruch 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass eine an einem Anzapfungspunkt des Schieberegisters liegende Kippschaltung nur an einem Ausgang belastet ist, während die komplementäre Anzapfung an einer benachbarten Kippschaltung angebracht ist, derart, dass die Zahl 1 der Kippstufen, die zwischen zwei jeweils zu einem Zweig gehörenden Anzapfungen liegen, konstant ist. 5. Filter nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Demodulatoren aus Integrationsstufen bestehen.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2182849A1 (de) * 1972-02-17 1973-12-14 Philips Nv

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FR2182849A1 (de) * 1972-02-17 1973-12-14 Philips Nv

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