SU748803A1 - Digital filter - Google Patents

Description

(54) ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР(54) DIGITAL FILTER

1one

Изобретение относитс  к радиотехнике и может использоватьс  в устройствах цифровой фильтрации узкополосных сигналов на фоне шумов и помех; 5The invention relates to radio engineering and can be used in devices for digital filtering narrowband signals in the background of noise and interference; five

Известен цифровой фильтр, содержащий инвертор, блок изменени  направлени  счета, реверсивный счетчик, элементы совпадени  и триггер 1 .A digital filter is known comprising an inverter, a counting direction change block, a reversible counter, a match element, and a trigger 1.

Однако, фильтр имеет недостаток, |Q т.е. он не реагирует на различную амплитуду входных сигнч1лов, и, кроме того, даже кратковременна  помеха вызывает сбои устройства.However, the filter has a drawback, | Q i. it does not respond to different amplitudes of the input signals, and, moreover, even a brief disturbance causes device malfunctions.

Известен также цифровой фильтр, содержащий счетчик, элементы, совпадени , управл емые программным устройством , триггеры, элементы ИЛИ и И, линию .задержки и управл емый клич 2 .Also known is a digital filter containing a counter, elements, matches, controlled by a software device, triggers, OR and AND elements, a delay line, and a controlled cry 2.

Рещение о характере входного сигнала принимаетс  устройством без учета текущего значени  его амплитуды и поэтомупомеха, имеюща  даже малую амплитуду, может пропускатьс  ключом 25 на выход. Кроме того, кратковременные помехи привод т к неправильному функционированию уст)ойства.The nature of the input signal is accepted by the device without taking into account the current value of its amplitude and therefore the device, having even a small amplitude, can be skipped with the output key 25. In addition, short-term interference leads to improper operation of the device.

Цель изобретени  - улучшение фильтрации сигнала при различных значени хThe purpose of the invention is to improve the filtering of the signal at different values

уровн  помех и повышение надежности работы устройства.noise level and increase the reliability of the device.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в цифровой фильтр, содержащий счетчик, выходы которого подключены ко входам двух элементов И, выходы которых соединены со входами триггера, подключенного выходом к первому входу третьего элемента И, и элемент ИЛИ, введены аналого-цифровой преобразователь , формирователь импульсов, вентили записи кода, дополнительные триг{геры , дополнительные счетчики---, дополнительный элемент |ИЛИ и дополнительные элементы И, при этом выходы аналого-цифрового преобразовател  подключены к первым входам вентилей записи кода и ко входам дополнительного элемента ИЛИ, выход которого че20 рез формирователь импульсов с R-входом первого дополнительного триггера , с первым входом элемента ИЛИ и со вторым входом третьего элемента И, 1ЫХОД которого подключён к R-входу дополнительного триггера, вторые входы вентилей записи кодасоединены с выходом первого дополнительного элемента И, входы которого подключены к выходам счетчика, счетный вход которо748803 го соединен с инверсным выходом первого дополнительного триггера,3 - и С-входы которого подключены к выхо элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, выходы вентилей записи кода подключены к разр дным вхоДам первого дополнительного счетчика, выход котброгс подключен к J - и С-входам вто рого дополнительного триггера, инверйный выход которого подключен к первому входу второго дополнительного элемента И, второй вход которого coёдицeJf c шиной тактовых импульсов, а выход - со счетными входами дополнительных счетчиков, вход сброса вто рого из которых подключен к шине : импульсов сброса, а. выходы - к входам третьего дополнительного элемента И. На чертеже представлена функциона на  схема цифрового фильтра. Цифровой фильтр содержит аналогоцифровой преобразователь (АЦП) 1, элемент 2 ИЛИ, формирователь 3 импульсов по фронту и спаду с подавлением помех, элемент 4 ИЛИ, триггер 5, счетчик 6, элементы 7, 8 и 9 И, вентили 10 записи кода (элементы И), счетчик 11, элемент 12 И, триггер 13 счетчик 14, триггер 15, элементы 16 и 17 И. Выходной сигнал поступает на шину 18, тактовые импульсы - на шину 19, импульсы сброса - на шину 20. Выходной сигнал снимаетс  с шины 21. В исходном состо нии счетчики 6, 11 и 14 и триггер 15 обнулены, а три геры 5 и 13 установлены в единичное состо ние (на функциональной схеме соответствующие св зи не показаны). На шине 18 - нулевой сигнал, на выходах аналого-цифрового преобразовател  1 - нулевые сигналы (на функциональной схеме показан, например, че тырехразр дный АЦП), на выходах всех элементов И - нулевые сигналы. Цифровой фильтр работает следующи образом. После прихода на шину 18 устройст ва входного сигнала, превышающего уровень квантовани  АЦП 1, на выходе элемента 2 ИЛИ устанавливаетс  едини ный сигнал до Тех пор, пока хот  бы на одном из выходов АЦП 1 присутству ет сигнал. По фронту сигнала на выхо де элемента 2 ИЛИ формирователем 3 вьщаетс  импульс фронта, который устанавливает триггер 5 в нулевое соето ние , разреша  работу счетчика 6 Счетчик б совместно с элементами 8 и 9 И используетс  дл  контрол  длительности полупериода входного сигнала . Импульсы с выходов этих элемен тов И осуществл ют запуск и сброс со ;ОГвё ± ствённо триггера 15, формирующего стробирующий импульс. Если импульс спада формировател  3 по й- л етс  в тот момент, когда на выходе триггера 15 имеетс  стробирующий импульст , то это означает, что ё54олное колебание имеет заданную частоту ь границах, определ емых длительностью стробирующето импульса. Цо окончании импульса на выходе элемента 2 ИЛИ через элемент 4 ИЛИ триггер 5 возвращаетс  в исходное единичное досто ние. По окончании стробирующего импульса по импульсу с выхода элемента 2 ИЛИ ёрез элемен„т 4 ИЛИ также осуществл етс  возврат триггера 5 в исходное единичное состо ние. Нулевой потенциал с инверсного выхода триггера 5 запрещает работу счетчика 6 и производит его установку в нулевое состо ние . Элемент 7 И совместно со счетчиком 6 служит дл  того, чтобы оценить амплитуду пришёдмбго колебани  и в дальнейшем, в случае, если данное колебание по выбранным критери м считаетс  полезным сигналом, записать в н акопительный счетчик 14 число, пропорциональное амплитуде входного сигнала. Эго производитс  следующим образом. На выходе элемента 7 И в момент , соответствующий середине первого полупериода колебани  (максимальна  амплитуд, ожидаемглх синусоидальных колебаний) через вентили 10 записи кода производитс  запись в счетчик 11 дополнительного кода по отношению к коду, выдаваемому АЦП 1. Импульс на выходе элемента 16 И устанавливает триггер 13 в нулевое состо ние, разреша  работу элемента 12 И. . После переполнени  счетчика 11 триггер 13 запрещает прохождение тактовых импульсов через элемент 12 И. Число импульсов на выходе соответствует числу, выданному ранее с АЦП 1, и эти импульсы поступают на счетчик 14... При последующих полупериодах вход-. ного сигнала аналогичным образом производитс  предварительна  запись в счетчик 11 числа, характеризующего амплитуду входного сигнала, и, в случае , оказываетс  полезным (частота сигнала соответствует заданной ) , производитс  дальнейшее накопление информации о входном сигнале в счетчике 14. Элемент 17 И служит дл  выдачи выходного импульса в случае достижени  определенного (порогового ) числа, накопленного в счетчике 14. Причем, это число должно быть накоплено за определенный промежуток времени, определ емый периодом импульсов сброса на шине 20. Дл  того , чтобы максимально приблизить работу предлагаемого устройства к работе аналогового фильтра, следует производить лишь частичное обнуление счетчика 14 по импульсам сброса. Цифровой фильтр осуществл ет оценку амплитуды входного с.игнала и многократное Накопление результатов этой оценки, что позвол ет правильно оценить энергию полезного сигнала и помехи и позвол ет улучшить фильтраци полезного сигнала при различных уровн х помех.The goal is achieved in that a digital filter containing a counter, the outputs of which are connected to the inputs of two AND elements, the outputs of which are connected to the inputs of a trigger connected by the output to the first input of the third element AND, and the OR element, is inserted into an analog-to-digital converter, pulse shaper , code entry gates, additional triggers {additional genes, additional counters ---, an additional element | OR and additional elements AND, while the outputs of the analog-digital converter are connected to the first inputs of the gates code records and to the inputs of the additional element OR, whose output is through a pulse shaper with the R input of the first additional trigger, with the first input of the OR element and with the second input of the third element AND, whose EXIT is connected to the R input of the additional trigger, the second inputs of the recording gates the codeconnected to the output of the first additional element I, whose inputs are connected to the outputs of the counter, the counting input of which 748803 is connected to the inverse output of the first additional trigger, 3- and C-inputs of which are connected to the output the OR element, the second input of which is connected to the output of the second element AND, the outputs of the code entry gates are connected to the bit inputs of the first additional counter, the output of the cotbrogs is connected to the J and C inputs of the second additional trigger, the inverted output of which is connected to the first input of the second additional And, the second input of which is connected to the bus clock pulse, and the output with the counting inputs of additional counters, the second input of which is connected to the bus: reset pulses, a. outputs - to the inputs of the third additional element I. The drawing shows the function on the digital filter circuit. The digital filter contains an analog-to-digital converter (ADC) 1, element 2 OR, a driver of 3 pulses on the front and decay with interference suppression, element 4 OR, trigger 5, counter 6, elements 7, 8 and 9 AND, gates 10 code entries (elements AND ), counter 11, element 12 I, trigger 13, counter 14, trigger 15, elements 16 and 17 I. The output signal goes to bus 18, clock pulses to bus 19, reset pulses to bus 20. Output signal is removed from bus 21 In the initial state, the counters 6, 11, and 14 and trigger 15 are set to zero, and the three heres 5 and 13 are set to one (for the national schema corresponding links are not shown). On bus 18, the zero signal, at the outputs of the analog-digital converter 1, zero signals (the functional diagram shows, for example, a four-bit ADC), and at the outputs of all elements, And, zero signals. The digital filter works as follows. After the input signal exceeds the quantization level of the A / D converter 1, the output signal of element 2 OR is established on the bus 18 OR until a signal is present on at least one of the outputs of the A / D converter 1. On the front of the signal at the output of element 2 OR shaper 3, a front pulse is inserted that sets trigger 5 to zero, allowing counter 6 to work. Counter b is combined with elements 8 and 9 of the signal to control the half-time of the input signal. The pulses from the outputs of these elements And initiate and discharge from; the trigger 15, forming a gating pulse. If the decay pulse of the imaging unit 3 is detected at the moment when there is a gating pulse at the output of the trigger 15, this means that the full-wave oscillation has a predetermined frequency within the limits determined by the gating pulse duration. The end of the pulse at the output of element 2 OR through element 4 OR trigger 5 returns to the initial unit. At the end of the strobe pulse, the pulse from the output of element 2 OR the cutter element 4 OR also returns the trigger 5 to the initial single state. The zero potential from the inverse output of the trigger 5 prohibits the operation of the counter 6 and sets it to the zero state. Element 7 And together with counter 6 serves to estimate the amplitude of the incoming oscillation and further, if this oscillation is considered to be a useful signal according to the selected criteria, record 14 in the hot counter 14 proportional to the amplitude of the input signal. The ego is produced as follows. At the output of element 7 and at the time corresponding to the middle of the first half-period of oscillation (maximum amplitudes, expected sinusoidal oscillations), code entry gates 10 are written into the additional code counter 11 relative to the code issued by the ADC 1. The pulse at the output of element 16 sets the trigger 13 to the zero state, allowing the operation of element 12 I. After counter overflow 11, trigger 13 prohibits the passage of clock pulses through element 12 I. The number of pulses at the output corresponds to the number issued earlier with ADC 1, and these pulses go to counter 14 ... During the subsequent half-periods, input-. In the same way, a number is written in the counter 11, which characterizes the amplitude of the input signal, and, in the case it turns out to be useful (the signal frequency corresponds to the given one), further information is accumulated on the input signal in counter 14. Element 17 And serves to output the output pulse in case of reaching a certain (threshold) number accumulated in the counter 14. Moreover, this number should be accumulated over a certain period of time determined by the period of the reset pulses on ine 20. In order to work as close as possible of the device to the analog filter, it is necessary to produce only a partial zeroing of the counter 14 to reset pulses. The digital filter estimates the amplitude of the input signal and the multiple accumulation of the results of this evaluation, which makes it possible to correctly estimate the energy of the useful signal and interference and improves the filtering of the useful signal at different levels of interference.

При непрерывном накоплении информации о входном сигнале, имеющем заданную частоту, в счётчике 14 и при частичном обнулении счетчика 14 через заданные интервалы времени происходИт усреднение информации, накопленной в счетчике, что позвол ет устройству не реагировать даже на несколько пе-, риодов помехи.With the continuous accumulation of information about the input signal having a given frequency, in the counter 14 and with partial zeroing of the counter 14, the information accumulated in the counter is averaged at predetermined time intervals, which allows the device to not respond even to several periods of interference.

Дл  повышени  надежности работы предлагаемого устройства в качестве формировател  3 используетс , формирователь импульсов по фронту и спаду, не вьадающий на кратковременные единичные и нулевые помехи выходные импульсы фронта и спада на своих выходах . При этом от кратковременных единичных и нулевых помех в формирователе 3 может происходить запуск предварительных триггеров и после контрол  длительности входного сигнала принимаетс  решение выдать или не выдать на выходы импульсы.To increase the reliability of the proposed device, as a driver 3, a pulse shaper along the front and fall is used, not output for short-term single and zero interferences, the output pulses of the front and fall on their outputs. In this case, short-term single and zero noise in shaper 3 may trigger preliminary triggers and, after controlling the duration of the input signal, it is decided to issue or not output pulses to the outputs.

Таким образом, формирователь 3 с некоторой задержкой выдает выходные импульсы, причем все импульсы, . длительность которых меньше этой задержки , считаютс  помехами и формирователь 3 не выдает на нн выходные импульсы.Thus, the shaper 3 with some delay produces output pulses, and all the pulses,. the duration of which is less than this delay is considered interference and the driver 3 does not output output pulses to nn.

Примен   такой формирователь в устройстве Hq происходит ложный запуск, а также сброс триггера 5, разрешающего работу счетчика 6.The use of such a driver in the device Hq occurs a false start, as well as resetting the trigger 5, allowing the operation of the counter 6.

Кроме того, в случае, если бы формирователь 3 не обладал помехозащищенностью от кратковременных помех, ложный импульс спада с одного из выхо дов мог при определенных услови х (при наличии строба на выходе триггер 15) производить ложное накопление в счетчике 14. Таким образом, повышена помехозагдищенность устройства от крат ковременных помех, нарушающих его правильное функционирование, и повышена надежность его работы.In addition, if the driver 3 did not have noise immunity from short-term interference, a false downward impulse from one of the outputs could, under certain conditions (in the presence of a gate at the output of the trigger 15), produce a false accumulation in the counter 14. Thus, interference from the device from short-term interference, disrupting its proper functioning, and increased reliability of its operation.

Кроме того, возвращение триггер в 5 и 13 в исходное единичное состо ние производитс  ito спаду импульса, .поступающего на i - и С-входы, причем .на К-вход подан низкий потенциал. Такое построение схемы устройства  вл етс  надежным, так как ПереключениеIn addition, the return of the trigger in 5 and 13 to the initial single state is made by ito decay of the pulse entering the i- and C-inputs, and the low potential is fed to the K-input. This design of the device circuit is reliable, since Switching

1триггеров происходит после выдачи имг1 triggers occur after issuing img

пульса на выходе элемента 9 И, либо после переключени  в нулевое состо ни старшего разр да счетчика 11. В слу- чае использовани  RS-триггеров в момент переключени  триггеров 5 и 13 в единичное состо ние пр9исходило. бь ускорение выходного импульса и тогда необходимо было бы рассматривать р д моментов, св занных с переходнымиthe pulse at the output of element 9 I, or after switching to the zero state of the most significant bit of the counter 11. In the case of using RS-flip-flops, at the moment of switching of the flip-flops 5 and 13 into the single state, it went off. be the acceleration of the output pulse and then it would be necessary to consider a number of moments associated with the transient

процессами, которые нарушают правйльное функционирование устройства в целом . Поэтому применение в качестве триггеров 5 и 13 RS-триггеров нежелательно .processes that disrupt the correct functioning of the device as a whole. Therefore, the use as triggers 5 and 13 RS-triggers is undesirable.

Claims (2)

1.Авторское свидетельство СССР 512559, кл. Н 03 Н 7/10, 1974.1. Author's certificate of the USSR 512559, cl. H 03 H 7/10, 1974. 2.Авторское свидетельство СССР2. USSR author's certificate 365799, кл. Н 03 Н 7/02, 1971 (про-отип ) . /.. 365799, cl. H 03 H 7/02, 1971 (pro-otip). / ..