DE2929899C2 - Digitales Filter. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein digitales Filter gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2.

Derartige Filter werden zum digitalen Filtern von Meßsignalen, insbesondere zum digitalen Glätten verrauschter Meßsignalc, verwendet. Der das Filtern besorgende Rechner berechnet aus einer Vielzahl aufeinanderfolgender digitalisierter Medsignalwerte einen Wert des gefilterten Meßsignales. Hierzu werden unterschiedliche Filterprogamme verwendet, die jeweils dem theoretisch zu erwartenden !dealverlauf des Metisignales angepaßt sind, was jedoch hier im einzelnen nicht interessiert. Ganz gleich, welche Filterprogramme verwendet werden, die gleichzeitige Verwendung zeitlich vor und zeitlich nach dem gerade betrachteten Meßsignalwert liegender anderer Meßsignalwerte bringt es mit sich, daß ein gefilterter Meßsignalwert gegenüber dem vom Meßfühler abgegebenen Meßsignalwert zeitlich verzögert ist. Nun kann der zeitliche Abstand aufeinanderfolgender digitalisierter Meßsignalwerte schon deshalb nicht beliebig klein gewählt werden, weil bei einem kontinuierlichen Signalfluß durch den Rechner nach dem Koniinuilätsprinzip der Digitalisierungsperiode des Analog/Digitalwandlers nicht kürzer sein kann als die vom Rechner zum Berechnen eines gefilterten Signalwcrtes benötigte Zeit. Diese Zeitspanne wird 2*> nachstehend auch als Arbeitsperiode des Rechners bezeichnet. Sie beträgt bei den heute gängigen Prozeßrechnertypen und bei Verwendung von größenordnungsmäßig 100 digitalisierten Meßsignalwerten (Stützpunkten) zur Berechnung eines gefilterten Meßsignalwertes größenordnungsmäßig 20 ms. Dies bedeutet, daß das digital gefilterte Meßsignal um die Größenordnung von Sekunden gegenüber dem vom Meßfühler bereitgestellten Signal verzögert ist.

Nun ist es insbesondere zur Untersuchung des dyna- j-> mischen Verhaltens von Systemen, aber auch bei der Untersuchung der Abhängigkeit des Meßsignales von einem zweiten Signal von großer Bedeutung, daß eine einwandfreie Zuordnung auch des gefilterten Meßsignales zu diesem anderen Signal erhalten bleibt. Dieses andere Signal kann bei der Untersuchung von Zeitabhängigkeiten auch ein monoton mit der Zeit anwachsendes Rumpensignal sein; das zweite Signal kann aber auch ein echtes zweites Meßsignal sein. Als Beispiele hierfür seien genannt: auf dem Gebiet der optischen Spektroskopie das An- und Abklingvcrhalten der Emission von Licht durch eine Probe nach Bestrahlung mit Licht bzw. auf dem Gebiet der Elektronenspinresonanz die Mikrowcllcnabsorption in einer Probe in Abhängigkeit vom angelegten Magnetfeld. Man könnte nun daran denken, das zweite Signal durch ein RC-GWcd oder ein Laufzeitglied entsprechend dem Meßsignal zu verzögern. Dies stößt aber schon deshalb auf Schwierigkeiten, weil derartige Verzögerungseinrichtungen im Sekundenbereich nur sehr schwierig zu realisieren sind und darüber hinaus zu ganz erheblichen unerwünschten Verformungen des zweiten Signales führen.

Durch die vorliegende Gründung soll daher ein digitales I-'titer gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 b/w. 2 so verbessert werden, daß eine durch die Filte- t>o rung unbeeinflußte Zuordnung des Meßsignales zu einem zweiten Signal erhalten wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Filter gemäß Anspruch 1 b/w. 2.

Hei dem erfindungsgemäßen Filier gemäß An- <r, spruch I und d;is /weile Signal in dem zweiten Schicbespeieher genau gleichzeiiig verzögert wie das erste Mel.'signal durch die Bearbeitung im Rechner. Dies ist zum einer, dadurch sichergestellt, daß man den Analog/ Digitalwandler und den Schiebespeicher für das zweite Signal genauso vom das Meßsignal verarbeitenden Rechner her taktet wie den Analog/Digilalwandler und den Schiebespeicher für den Meßwert selbst.

Da der Rechner an seiner Taktausgangsklemme immer dann ein eine neue Digitalisierung des Meßsignales startendes und das Schieberegister zur Aufnahme eines weiteren Meßsignalwertes weiterschaltendes Taktsigna! bereitstellt, wenn ein neuer gefilterter Wert errechnet worden ist (eine Arbeitsperiode zu Ende ist), erfolgt das Weiterschieben der digitalisierten Werte des zweiten Signales im zweiten Schiebespeicher genau synchron zum Weiterschieben der Daten im ersten Schiebespeicher und zum Abgeben der gefilterten Meßsignalwerte durch den Rechner, und zwar völlig unabhängig vom jeweils im Rechner verwendeten Filterprogramm und darüber hinaus unabhängig vom Pegel des Meßsignales. Dies ist sehr wichtig, da man so ohne Zutun des Bedienungspersonales mit verschiedenen Filterprogrammen arbeiten kann, welche unterschiedlich rechenintensiv sind, also zu einer unterschiedlichen Arbeitsperiode führen. Außerdem werden in vielen Filierprogrammen transzendente Funktionen wie die Exponentialfunktion verwendet, die letztlich in Reihenentwicklung dargestellt und ausgeführt werdeu, *obei zuweilen ein für verschieden große Eingangswerte unterschiedlicher Reihenabbruch gewählt wird. Auch derartige im Ablauf ein- und desselben Filterprogrammes auftretende Änderungen der Arbeitsperiode können bei dem erfindungsgemäßen Filter die strenge Synchronisierung zwischen Meßsignal und zweitem Signal nicht beeinflussen.

Zum anderen wird die Verzögerungszeit für das zweite Signal automatisch dadurch unter Berücksichtigung der Anzahl der bei der Filterung verwendeten Stützstelien angepaßt, daß man für die Einleseadresse bzw. Ausleseadrcsse des zweiten Schiebespeichers ein von der Stützpunktzahl abhängendes Adreßsignal verwendet. Auf diese Weise läßt sich die effektive Länge des zweiten Schiebespeichers einstellen, durch welchen die digitalisierten Werte des zweiten Signales hindurchlaufen.

Bei dem erfindungsgemäßen Filter gemäß Anspruch 2 werden dieselben Vorteile erhalten, welche oben für das Filter gemäß Arspruch 1 dargelegt wurden. Das Filter gemäß Anspruch 2 ermöglicht aber zusätzlich auch noch ein digitales Filtern des zweiten Signales. Bei dem Filter nach Anspruch 2 wird nur dasjenige der beiden Signale verzögert, bei welchem die digitale Filterung weniger zeitraubend ist, und die bei ihm vorgenommene Verzögerung wird auch nur entsprechend der Differenz der Verarbeitungszeiten für die beiden Signale gewählt.

Beim Aufbau digitaler Rechenanlagen ist es an sich bekannt, zwischen dem Rechenwerk und dem Arbeitsspeicher, welche sehr kurze Zykluszeiten haben, und langsameren peripheren Geräten Pufferspeicher vorzusehen, um einen Ausgleich für die Unterschiede in der Arbeitsgeschwindigkeit zu erhalten. Durch diese Pufferspeicher wird eine zeitliche Komprimierung langsam anfallender Daten zu einem Datenpaket erhalten, welches dann als Ganzes dem Rechner zugeführt wird. Es erfolgt aber kein Vergleich mit anderen Signalen, insbesondere keine Verknüpfung eines Meßsignales mit einem anderen Meßsignal.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Uriieransprüchen angegeben.

Bei einem Filter semäß Ansnrurh ? kl «iirln-rui^iflit

daß die beiden Signale unabhängig von den verwendeten Filterprogramincn und unabhängig von der Anzahl der bei der Filterung verwendeten Stützstellen jeweils an ein- und derselben Ausgangsklemnie des Filters erhalten werden.

Bei einem Filter gemäß Anspruch 5 ist sichergestellt, daß die Arbeitsperiode des gesamten Filters gerade gleich der längeren der Arbeitsperiode der beiden Rechner ist. Damit entstehen keinerlei Totzeiten zwischen aufeinanderfolgenden Arbeitsperioden des Filters; dieses hat die im Hinblick auf die gewünschte Filterung bzw. Glättung jeweils optimale Ansprechzeit.

Wird der als Frequenzselektor ausgebildete Taktgeber gemäß Anspruch 5 im Einklang mit Anspruch 6 ausgebildet, so läßt er sich sehr einfach aus im Handel erhältlichen digitalen Bauelementen aufbauen.

Bei einem Filter gemäß Anspruch 7 ist sichergestellt, daß die Auswahl der jeweils längeren der Arbeitsperioden der beiden Rechner nicht häufiger, aber auch nicht seltener erfolgt als sich die Arbeitsperiode eines der Rechner ändern kann.

Ein Filter gemäß Anspruch 8 eignet sich zur exakt zeitsynchronen Filterung eines Meßsignales.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

F i g. 1 bei a) ein verrauschtes, zu filterndes Meßsignal in Abhängigkeit von der Zeit, bei b) das gleiche Meßsignal nach Filterung mit kleiner Filterkonstanten in Abhängigkeit von der Zeit, bei c) das gleiche Meßsignal nach digitaler Filterung mit größerer Zeikonstanten;

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines digitalen Filters mit Erhaltung der Synchronisierung des Meßsignales und eines zweiten Signales über die gesamte Verarbeitung hinweg;

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines abgewandelten digitalen Filters mit Erhaltung der Synchronisierung zwischen einem Meßsignal und einem zweiten Signal über die gesamte Verarbeitung hinweg;

Fig.4 ein Blockschaltbild eines weiteren digitalen Filters zur streng synchron digitalen Filterung zweier Signale; und

Fig. 5 Einzelheiten eines anstelle eines freilaufenden zentralen Taktgebers des Filters nach F i g. 4 verwendbaren Frequenzselektors.

Zunächst sei auf die Fig.2 Bezug genommen. Das dort im Blockschaltbild wiedergegebene digitale Filter umfaßt einen mit einem analogen Meßsignal Sy beaufschlagten A/D-Wander (Analog/Digital-Wandler) 10 und einen mit dessen Ausgang verbundenen Schiebespeicher 12. Bei diesem ist wie durchgehend auch in der nachstehenden Beschreibung für andere Schaltkreise die Dateneingangsklemme mit De, die Datenausgangsklemme mit £?.₄und eine Takteingangsklemme T_E bezeichnet. Der Schiebespeicher 12 ist durch einen Rechner 14 auslesbar, welcher z. B. ein 8- oder 16-Bit-Mikroprozessor sein kann. Der Ausgang des Rechners 14 ist mit einem D/A-Wandler (Digital/Analog-Wandler) 16 verbunden. Dieser stellt am Ausgang ein gefiltertes analoges Meßsignal Sy bereit, welches auf einen X-Y-Schreiber 18 gegeben wird. Ein zweiter Eingang des X- K-Schreibers ist direkt mit einem Bezugssignal S_x beaufschlagt welches z. B. ein streng linear mit der Zeit anwachsendes Rampensignal sein kann, wenn die Zeitabhängigkeit des Meßsignales 5yvon Interesse ist

Dem Rechner 14 ibt eine Eingabeeinheit 20 zugeordnet welche einen ersten Wahlschalter für das jeweils gewünschte Filterprogramm m und einen zweiten Wahlschalter für die An/;ihl /V der bei ili-r digitalen Filterung jeweils zu verwendenden Stüi/punktc aufweist.

Der Rechner 14 übernimmt /ur Berechnung jeweils eines digital gefilterten Meßsignalwertes jeweils N im Schiebespeicher 12 gespeicherte digitalisierte Meßsignalwerte und verarbeitet diese nach dem durch Kinstellen des einen Wahlschalters vorgegebenen Filtcrprogramm m. Derartige Filterprogramme können /.. IJ.

eine Anpassung an eine theoretisch zu erwartende Form des Meßsignales nach dem Prinzip des kleinsten Fehlers, eine geometrische oder arithmetische Mittelung mit gleicher oder unterschiedlicher Cewichtung der Stützpunkte oder dergleichen umfassen. Zur Ausführung der entsprechenden Rechenoperationen braucht der Rechner 14 eine gewissen Zeit T, seine Arbeitsperiode, welche bei den heute verfügbaren Rechnern und bei einer Anzahl der Stützpunkte von etwa 100 bei größenordnungsmäßig 20 ms liegt. Nach Ablauf der Arbeitsperiode T kann dann ein neuer digitalisierter Wert des Meßsignales in den Schiebespeicher 12 übernommen werden und ein zur Filterung nicht mehr benötigter alter Meßsignalwert aus dem Schiebespeicher 12 verworfen werden.

Schon aus den obigen Darlegungen ist ersichtlich, daß ein digital gefilterter Wert des Meßsignales gegenüber dem zugeordneten Wert des vom Meßfühler abgegebenen Signales um eine Zeitspanne ^verzögert vom Rechner bereitgestellt wird. Diese Zeitspanne hängt grob gesprochen von der Anzahl N der verwendeten Stützpunkte und der Arbeitsperiode Tab. Letztere ist ihrerseits implizit wieder von derStülzpunktanzahl N abhängig, da bei Verwendung einer größeren Anzahl von Stützpunkten auch eine größere Rechenzeil crfordcrlieh wird. Man kann also vereinfacht ansetzen:

τ - N ■ T(N)

Die Größe τ ist offensichtlich zugleich ein Maß für die Güte der Filterung oder Glättung und kann daher auch als Filterkonstante des digitalen Filters bezeichnet werden.

Die obigen Ausführungen finden eine grafische Veranschaulichung in F i g. 1. Bei a) ist dort ein verrauschtes glockcnkurvenförmiges Meßsignal 5 in Abhängigkeit über der Zeil / aufgetragen, z. B. das Ausgangssignal eines Fotovervielfachers, das beim Vorbeilaufen einer Spektrallinie am Ausgangsspalt eines Spektrometer erhalten wird. Das Maximum dieses Signales wird zur Zeit to erhalten. Die Arbeitsperiode Tdes digitalen Filters ist schemalisch angedeutet. Bei b) ist ein unter Verwendung von etwa 6 Stützpunkten gefiltertes Signal S aufgezeichnet, dessen Maximum erst zu einem um die Zeitspanne T\ = 6 T verzögerten Zeitpunkt erhalten wird.

Eine noch bessere Filterung erhält man bei weiterer Vergrößerung der Filterkonstanten r, wie dies in F i g. 1 bei c) gezeigt ist Allerdings ist nun auch das gefilterte Signal um eine erheblich größere Zeitspanne T₂ verzögert

Eine derartige Verzögerung des gefilterten Meßsignales ist in vielen Fällen hinnehmbar. Für andere Fälle, in denen man ein Meßsignal gerade in Abhängigkeit von einem zweiten Signal messen will, kann man aber die beiden Signale aufgrund der bei der digitalen Filterung erhaltenen erheblichen Verzögerung des Meßsignales nicht mehr in der gewünschten Eindeutigkeit zuordnen. Um dem zu begegnen, ist bei dem digitalen Filter nach Fig.2 für ein zweites Signal 5» ein zweiter

4 /J-Wandler 22 vorgesehen, dessen Ausgang mit einem zweiten .Schiebespeicher 24 verbunden ist. Die Anzahl der Speicherplätze is ι in den beiden .Schiebespeichern 12 und 24 gleich groß gewählt. Der A//>Wandler 22 und der zweite .Schiebespeicher 24 erhalten ihre Faktimpulse ebenfalls vom Rechner 14. Das Hinlesen in den .Schiebespeicher 24 erfolgt stets bei dessen niederster Adresse, während da:, Auslesen bei einer durch einen Auslesesicuerkreis 2b vorgegebenen Adresse erfolgt, die umso niederer ist. je geringer die Anzahl /Vder to beim Filtern verwendeten Stützpunkte ist. Hierzu ist eine Adresseneingangsklemme Ai des Auslcsesteuerkreises 26 mit demjenigen Ausgangssignal der Eingabeeinheit 20 beaufschlagt, welches die .Stützpunktanzahl N vorgibt.

Der über den Auslesesteuerkreis 26 ausgelcsene Signalwci i wird über einen zweiten D/A-Wandler 28 wieder in ein analoges Signal .S', umgesetzt, welches nun genau um die gleiche Zeitspanne r verzögert ist wie das digital gefilierte Signal S\. 2«

Das in Fig. 3 wiedergegebene digitale Filter ist ganz ähnlich aufgebaut wie das in F ig. 2 gezeigte. Entsprechende Bauteile sind wieder mit denselben Hczugszeichen verschen und braucht nicht noch einmal im einzelnen beschrieben zu werden. Während bei dem Filter ?^r> nach I'i g. 2 die Verzögerungsstrecke für das Signal .V, im Schiebespeicher 24 durch die Ausleseadresse vorgegeben war, ist beim F'ilter nach F i g. 3 die Ausleseadresse stets die oberste Speicheradresse, während das Einlesen der neuen digitalisierten Werte des Signales 5, über einen Einlesesteuerkreis 30 bei einer Adresse erfolgt, die dieser in Abhängigkeit von der ihm übermittelten Stiitzpunktunzahl Nbestimmt (je größer N, umso niederer wird die Einleseadressc festgelegt). Im Ergebnis arbeitet das Filter nach Fig. 3 somit genauso wie das js Filter nach Fig. 2.

Zusätzlich ist gestrichelt in Fig. J gezeigt, daß das zweite Signal 5, von einem linearen Rampengenerator 32 bereitgestellt werden kann, wenn das Mcl.tsignal S₁ in Abhängigkeil von der Zeit gemessen werden soll.

F i g. 4 zeigt ein weiteres digitales Filter, welches eine sireng synchrone Filterung zweier Signale sogar bei Verwendung unterschiedlicher Filterprogramme durchführen kann.

Hin erstes Signal 5, wird in einem ersten Λ/0-Wand- 4^r> lcr 34 digitalisiert. Ein erster Schiebespeicher 36 übernimmt die digitalisierten Signalwertc und stellt sie einem ersten Rechner 38 bereit. An einer ersten Hingabceinheil 40 des ersten Rechners 38 kann man das Filtcrprogramm nh und die jeweils verwendete Stützpunktanzahl N₂ einstellen. Ganz ahnlich sind zur Verarbeitung des zweiten Signales 5, ein zweiter A/D-Wandler 42. ein zweiter Schiebespeicher 44 und ein zweiler Rechner 46 mit einer zugeordnelen Eingabeeinheit 48 vorgesehen.

Ein zentraler Taktgeber 50 ist mit Takteingangsklemmen Ti der A/D-Wandler 34,42, der Schieberegister 36, 44 und der Rechner 38,46 verbunden. Seine Periode ist von Hand so eingestellt, daß sie zumindest gleich, in der Regel aus Sicherheitsgründen größer als die längere der Arbeitsperioden der beiden Rechner 38 und 46 ist. Stattdessen kann man auch Takteingangsklemmen Te \ und Te 2 des Taktgebers 50 mit Taktausgangsklemmen Τ_Λ der beiden Rechner 38 und 46 verbinden, an denen jeweils zum Ende einer Arbeitsperiode der Rechner ein Impuls erhalten wird. Der Taktgeber 50 wird dann so ausgebildet, daß er denjenigen der von den Rechnern abgegebenen Taktimpulszüge am Ausgang bereitstellt.

der die kleinere Frequenz hat. Einzelheiten eines so ausgebildeten Taktgebers werden später unter Bezugnahme auf F i g. 5 noch näher erläutert.

Die den jeweils gewünschten Slützpunklanzahlcn ΛΊ und N₂ und damit den Filterkonstanten entsprechenden Ausgangssignale der Eingabeeinheiten 40 und 48 werden auf einen vorzeichenrichtig arbeitenden Subtrahierkreis 52 gegeben. Das an dessen einer Ausgangsklemme Sgn erhaltene, dem Vorzeichen der Differenz N₁-N₂ entsprechende Signal dient nach Verstärkung in einem Verstärker 54 zur Ansteuerung eines »zweipoligen« Umschalters 56. Dessen beide Eingänge D;-|, Dl 2 sind mit den Ausgängen D_A der beiden Rechner 38, 46 verbunden. Eine erste Ausgangsklemme Da 1 des Umschalters 56 ist mit einem weiteren Schiebespeicher 58 verbunden, dem ein Auslesesteuerkreis 60 zugeordnet ist. Dieser erhält an seiner Adresseneingangsklemme Ai; das von den Ausgangsklemmen Absats Subtrahierkreises 52 bereitgestellt Signal, welches dem Betrag der Differenz N₁ — N₂ entspricht.

Die Taktsteuerung des Schiebespeichers 58 und des Auslesesteuerkreises 60 erfolgt ebenfalls vom gemeinsamen Taktgeber 50 her.

Man erkennt, daß bei dieser Ausbildung des Filters die Ausleseadrcssc für den Schiebespeicher 58 umso höher gewählt wird, je größer die Differenz der zeillichen Verzögerungen bei der digitalen Filterung der beiden Signale 5_V und S_y ist, und es wird dasjenige der Signale 5», 5, zusätzlich im Schiebespeicher 58 verzögert, welches im zugeordneten Rechner schneller verarbeitet werden konnte. Das langsamer verarbeitete Signal wird dagegen keiner weiteren Verzögerung unterworfen.

Um sicherzustellen, daß man auf ein- und derselben Ausgangsleitung des Filters auch immer das Signal S₁ oder S, erhält, ist ein zweiler »zweipoliger« Umschalter 62 vorgesehen, welcher ebenfalls vom Ausgang des Verstärkers 54 her angesteuert wird. Dateneingangsklemmen Di 1 und Di 2 des Umschalters 62 sind mit dem Ausgang des Auslesesteuerkreises 60 bzw. dem zweiten Ausgang D_A2 des ersten Umschalters 56 verbunden, während Ausgänge D.\ 1, D_A ? des zweiten Umschalters 62 mil in der Zeichnung nicht wiedergegebenen DM-Wandlern für die Signale 5, und S, verbunden sind. Es versteht sich, daß man die gefilterten, noch digital vorliegenden Signale S, und .S\ statt dessen auch /ur numerischen Auswertung (z. B. Quotientenbildung) einem weiteren Rechner überstellen kann, der in der Zeichnung ebenfalls nicht wiedergegeben ist.

In Fig. 5 ist ein Taktgeber 50 genauer wiedergegeben, welcher die zentrale Taktfrequenz des Filters automatisch exakt gleich, der Arbei'.sfrequenz des langsamer arbeitenden der Rechner 38 und 46 wählt und damit für die gewünschte Güte der Filterung das optimale Ansprechverhalten des Filters sicherstellt. Bei Einstellung des Taktgebers 50 von Hand verbleiben dagegen schon aus Sicherheitsgründen Totzeiten zwischen dem Ende der Arbeitsperiode des langsameren Rechners und dem Beginn einer neuen Arbeitsperiode, welche zur Güte der Filterung nichts beitragen, dagegen das Ansprechverhalten des Filters verschlechtern.

Der in F i g. 5 wiedergegebene Taktgeber hat einen hochfrequenten freilaufenden Frequenzgenerator 64. Dessen Ausgang ist mit den Zählklemmen Z zweier Zähler 66,68 verbunden. Rückstellklemmen R der letzteren sind mit den Taktsignaleingangsklemmen Te 1 und 7i2 des Taktgebers verbunden. Der Inhalt der Zähler 66 und 68, welcher beim Rückstellen der Zähler vorliegt, ist

somit direkt ein Maß für die Arbeitsperiode des zugeordneten der Rechner 38 und 46. Zugleich mit dem Rückstellen der Zähler 66 und 68 werden die jeweils erreichten Zählerstände in Pufferspeicher 70 bzw. 72 übernommen, die hierzu mit Takteingangsklemmen Ti; mit den Takteingangsklemmen Tt: ι und 7> 2 des Taktgebers verbunden sind.

In einem vorzeichenrichtig arbeitenden Subtrahierer 74 werden die so gespeicherten Zählerstände der beiden Zähler 66 und 68 voneinander abgezogen. Das von der κι Ausgangsklemme Sgn bereitgestellte, dem Vorzeichen der Differenz entsprechende Signal wird zur Ansteuerung eines zweipoligen Umschalters 76 verwendet. Dessen Eingangsklemmen Dr 1, Dh 2 sind mit denTaktsignalen 7f 1 und 7^2 beaufschlagt; seine eine Ausgangsklemme D_A \ ist mit der Ausgangsklemme T_A des Taktgebers 50 verbunden, seine andere Ausgangskleiiime Da 2 ist mit einer Takteingangsklemme r/_:des Subtrahierers 74 verbunden. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Richtigkeit der bisherigen Stellung des Umschalters 76 gerade so oft überprüft wird, wie ein neues Ergebnis vernünftigerweise erwartet werden kann.

In der Zeichnung und der obigen Beschreibung wurden nur diejenigen Teile des digitalen Filters berücksichtigt, welche von der logischen Funktion her des FiI-ters notwendig sind. Es versteht sich, daß Trennverstärker, Signalformkreise und der Trägheit der jeweils verwendeten Bauelemente Rechnung tragende Verzögerungskreise vom Fachmann bei der Realisierung des Filters in der im wohlbekannten und daher nicht im einzelnen anzugebenden Art und Weise noch einzufügen sind.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

35

40

55

60

65

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Digitales Filter zur gleichzeitigen Verarbeitung zweier Meßsignale in zwei Verarbeitungskanälen ■; mit

a) zwei Analog-Digitalwandlern, welche mit den Meßsignalen beaufschlagt sind,

b) zwei Schiebespeichern für eine Mehrzahl auf- to einanderfolgender digitalisierter Meßsignalwerte, welche jeweils mit dem Ausgang des dem betrachteten Schiebespeicher zugeordneten Analog/Digitalwandlers verbunden sind,

c) einem mit den Schiebespeichern zusammenarbeitenden und diese sowie die Analog/Digitalwandler taktenden Rechne· und

d) zwei Digital/Analogwandlern, welche jeweils einem der Verarbeitungskanäle zugeordnet sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

e) einem (24) der beiden Schiebespeicher (12, 24) ein Einlesesteuerkreis (30) oder ein Auslesesteuerkreis (26) zugeordnet ist, welcher ebenfalls vom Rechner (14) getaktet ist, und

f) das die Ein- bzw. Ausleseadresse angebende Signal der Anzahl N von Meßwerten proportional ist, welche bei der Berechnung eines gefilterten Signalwertes verwendet wird.

2. Digitales Filter zur gleichzeitigen Verarbeitung zweier Meßsignale in zwei Verarbeitungskanälen mit

a) zwei Analog/Digitalwandlern, welche mit den Meßsignalen beaufschlagt sind,

b) zwei Schiebcspeichern für eine Mehrzahl aufeinanderfolgender digitalisierter Meßsignalwerte, welche jeweils mit dem Ausgang des dem betrachteten Schiebespeicher zugeordneten Analog/Digitalwandlers verbunden sind,

c) einem mit den Schiebespeichern zusammenarbeitenden und diese sowie die Analog/Digitalwandler taktenden Rechner und

d) zwei Digital/Analogwandlern, welche jeweils einem der Verarbeitungskanäle zugeordnet sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein zweiter Rechner (46) vorgesehen ist und jeder der beiden Rechner (38, 46) mit einem der beiden Schiebespeicher (36, 44) zusammenarbeitet,

f) ein Subtrahierkreis (52) vorgesehen ist, welcher mit Signalen (N_u Λ/2) beaufschlagt ist, die der Anzahl der beim Berechnen eines gefilterten Meßsignales jeweils verwendeter digitalisierter Meßsignalwerte in den beiden Rechnern (38, 46) linear zugeordnet sind,

g) ein dritter Sehiebespeicher (58) über einen vom Vorzeichenaiisgang (Sgn)des Subtrahierkreises (52) her ange-steuerten zweipoligen Umschalter ei (56) mit dem Ausgang des einen oder des anderen der Recht ier (38,46) verbindbar ist,

h) ein I'mlesesteuerkreis oder ein Aiislesesteuerkreis (60) für den dritten Schiebespeicher (58) mit dem betragsmäßigen Ausgangssignul (Abs) des Subtrahierkreises (52) zur Vorgabe der \"\nleseadressc bzw. der Auslescadresse beaufschlagt ist und

i) der Digital/Analogwandler für das eine Mcßsignal und der Digital/Analogwandler für das zweite Meßsignal mit dem Ausgangssignal an der zweiten, freien Ausgangsklemme des steuerbaren Umschalters (56) bzw. mit den aus dem dritten Schiebespeicher (58) ausgelesenen Meßsignalwerten beaufschlagt sind.

3. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Digital/Analogwandlern ein weiterer steuerbarer Umschalter (62) vorgeschaltet ist, dessen Eingangsklemmen mit den aus dem dritten Schiebespeicher (58) ausgelesenen Signalwerten bzw. mit den vom zweiten Ausgang des ersten steuerbaren Umschalters (56) bereitgestellten Signalwerten beaufschlagt sind und welcher ebenfalls in Abhängigkeit vom Vorzeichenausgangssignal (Sgn) des Subtrahierkreises (52) angesteuert wird.

4. Filter nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen gemeinsamen Taktgeber (50) für die Analog/Digitalwandler (34,42), die Schiebespeicher (36,44, 58), die Rechner (38,46) und den Sublrahicrkreis (52), dessen Periode zumindest genauso groß ist wie die längere der Arbeiisperioden der beiden Rechner (38,46).

5. Filter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgeber (50) ein mit Taktausgangssignalen der beiden Rechner (38, 46) beaufschlagter Frcquenzselektor ist, welcher die kleinere der auf ihn gegebenen Frequenzen an seinem Ausgang bereitstellt.

6. Filter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzselektor aufweist:

a) einen hochfrequenten freilaufenden Frequenzgenerator (64),

b) zwei mehrstellige Zähler (66, 68), deren ZählklcmmenfZ^mitdcm Ausgang des Frequenzgenerators (64) verbunden sind und deren Rückstcllklcmmen (R) mit den Eingangsklemmen (T/ 1, T/n) des Frequen/.selektors verbunden sind,

c) einen Subtrahierer (74), der mit den in Speichern (70, 72) zwischengespeicherten maximalen Zählerständen der beiden Zähler (66, 68) beaufschlagt ist, und

d) einen zweipoligen Umschalter (76), der von der Vorzeichenausgangsklemme (Sgn) des Subtrahierers (74) her angesteuert wird, dessen Eingangsklemmen (Di 1, Di. >) mit den beiden Eingängen (Ti; 1, Ti; 2) des Frequenzselektors verbunden sind und dessen eine Ausgangsklemme dasjenige der aufgeprägten Taktsignale bereitstellt, welches die kleinere Frequenz hat.

7. Filter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Ausgangsklemme des Umschalters (76) mit der Taktklemme (Ti) des Subtrahierers (74) verbunden ist.

8. Filter nach einem der Ansprüche I bis 7. gekennzeichnet durch einen das /weite Signal (S,) bereitstellenden linearen Rampengcnerai(>r(32).