Интегральный программируемый фильтр
Патент 1005273
Авторы
Классы МПК
Интегральный программируемый фильтр
Иллюстрации
Реферат
OnИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик
<и>! 005273 (61) Дополнительное к авт. свмд-ву (22) Заявлено 16 ° 09. 80(21) 2983800/18-21 с присоединением заявки М (23) Приоритет(щ М. Ка.з
Н 03 Н 15/00 I
Государственный комитет
СССР ио делам изобретений и открытий (33) УДК 621 е 066 (088.8) Опубликовано 150383. Бюллетень Йо 10
Дата опубликования описания,15.03.83 (72) Авторы изобретени я
Л. Н. Павлов и В. A. Рыжов (71) Заявитель (54) ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ПРОГРИ4МИРУЕИЫЙ ФИЛЬТР
Изобретение относится к импульсной технике, в частности к устройствам обработки сигналов, и может быть использовано в качестве универсального унифицированного узла при построении устройств частотной селекции, устройств обработки псевдослучайных сигналов, радиолокационных сигналов и т.п. 10
Известен интегральный трансверсальный фильтр, содержащий сдвиговый регистр и регистр аналоговых ячеек, соединенных с у вумя выходными весовымн шинами суммирования. Этот интегральный трансверсальный фильтр позволяет запрограММировать весовые коэффициенты рри изготовлении фильтра. Но такая программа является жесткой, раз и навсегда заданной f.1). 20
Недостатком этого фильтра является невозможность перепрограммирования весовых коэффициентов, т.е. изменения их в процессе эксплуатацииустройства.
Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является . интегральный программируемый фильтр, который содержит и ячеек, шину питания, входную шину, первую и вторую тактовые шины, первую и вторую весовые шины суммирования, каждая ячейка этого фильтра включает ячейку опорного регистра с первым и вторым отводами, а также аналоговую ячейку, содержащую измерительный транзистор, запоминающий конденсатор, первый и второй управляющие транзисторы, затвор, первого управляющего транзистора подключен к.первому отводу ячейки опорного регистра, а затвор второго управляющего транзистора — к второму отводу. Это устройство позволяет производить обработку радиотехнических, радиолокационных, гидролокационных и т.д. сигналов с помощью единичных (поло-. жительных и отрицательных) весовых коэффициентов, которые мОгут быть перепрограммированы в процессе работы устройства (2).
К недостаткам известного интегрального программируемого фильтра относятся большой уровень нелинейных искажений выходного сигнала и малое время хранения аналоговой информации. Нелинейные искажения .возникают из-за нелинейности зависимооти тока стока от напряжения затвористок полевого транзистора, а время хранения аналоговой информации (при
1005273 заданной погрешности) определяется токами утечки элементов устройств, которые в значительной степени зависят от температуры этих элементов.
Целью изобретения является увеличение времени хранения информации и уменьшения уровня нелинейных искажений выходного сигнала.
Поставленная цель достигается тем, дто в интегральный программируемый фильтр, содержащий опорный регистр с парафазными отводами в каждой иэ и ячеек, аналоговый регистр, состоящий из и ячеек, каждая из которых содержит измерительный транзистор, 15 сток которого подключен к шине питания, управляющие транзисторы, затвор первого иэ которых соединен с первым отводом соответствующей ячейки опорного регистра, а затвор 2О второго управляющего транзистора соединен со вторым отводом этой же ячейки опорного регистра, а также весовые шины суммирования, введен сканирующий регистр, содержащий и ячеек, в каждую ячейку аналогового регистра введен дополнительный измерительный транзистор, дополнительные управляющие транзисторы и шесть коммутаторов, при этом исток измерительного транзистора подключен к первому контрольному выходу ячейки через первый коммутатор, а к первой и второй весовым шинам суммированиячерез второй коммутатор, затвор измерительного транзистора соединен. с первым входом ячейки через третий коммутатор, сток дополнительного измерительного транзистора соединен с шиной питания, его исток подключен через четвертый коммутатор ко 40 второму контрольному выходу ячейки, а через пятый коммутатор - к весовым шинам суммирования, а затвор через шестой коммутатор - к второму входу ячейки, при этом затвор первого до- 45 полнительного управляющего транзистора соединен со вторым отводом ячейки опорного регистра, а ее первый отвод подключен к затвору второго дополнительного управляющего транзистора, входы управления первого, третьего, четвертого и шестого ком:мутаторов соединены с отводами ячейки сканирующего регистра, входы управления втоРого коммУтатоРа соединены с истоками и стоками управляющих транзисторов, входы управления пятого коммутатора подключены к стокам и истокам дополнительных управляющих транзисторов, первые и вторые входы ячеек аналогового регист-. ра соединены соответственно с первой и второй входными шинами аналогового регистра, а первые и вторые контрольные выходы аналоговых ячеек соединены соответственно с первой и второй 65 контрольными выходными шинами аналогового регистра.
На фиг. 1 приведена функциональ ная схема интегрального программиру.емого фильтра, на фиг. 2 — временные диаграммы работы устройства.
Интегральный программируемый фильтр содержит три регистра 1, 2 и 3 соответственно опорный, аналоговый и сканирующий, регистр 1 состоит из и ячеек 4-1, ..., 4-N с двумя (парафазными) отводами; регистр 2 состоит иэ N ячеек, каждая из которых содержит шесть транзисторов:
5-1, ..., 5-N и 6-1, ..., 6-й управляющие, 7-1, ..., 7-N - измерительные, 8-.1, ° ... 8-й и 9-1, 9-й — дополнительные управляющие и 10-1. ..,, 10-N — дополнительный измерительный, и шесть коммутаторов
111, ..., 11N 121, ..., 12N
13-1, ..., 13-N, 14-1, . °, 14-N, 15-1... ., 15-N и 16-1... 16-N регистр 3 состоит иэ N ячеек 17-1, 17-N и шины: входную 18 и выходную 19 регистра 1, входную 20 и выходную 21 регистра 3; питания 22, первую 23 входную, вторую 24 входную, первую 25 контрольную выходную, вторую 26 контрольную выходную, первую 27 стробирования, вторую 28 стробирования, третью 29 стробирования, первую 30 весовую суммирования и вторую 31 весовую суммирования регистра 2. *
Устройство работает следующим образом.
Выходной .сигнал интегрального программируемого фильтра для k-ro такта работы и
3вых=. - 3>„„(%) j(") ЬМ1 где i><„(k) — i-я выборка входного сигнала, hq (k) — весовой коэффициент, равный +1 или минус 1 .
Выборка входного сигнала осуществляется с помощью регистра 3. С этой целью на шину 20 поступает от внешнего источника входной селекторный импульс, в результате этого на отводе первой ячейки 17 регистра 3 появляется селекторный импульс выборки (фиг. 2а) .
На следующем такте работы селекторный импульс (фиг. 2б) появляется на отводе следующей ячейки регистра 3.
В результате последовательного сдвига по ячейкам регистра 3 селекторный импульс последовательно появляется на отводах соответствующих ячеек (фиг. 2в-2д). Под воздействием селекторного импульса (фиг. 2а) и стробирующего импульса (фиг. 2е), поступающего на шины 27 и 29, осуществля1005273 ется запись выборок входного сигна- сов показана на фиг. 2k сплошной ла (фиг. 2и) в первую ячейку регист- линией, а пунктиром — установка тока ра 2. транзистора 10-1.
Рассмотрим детально запись вы- Аналогично осуществляется устаборки входного сигнала только на новка значений токов через остальзапоминающем конденсаторе, образо- ные измерительные транзисторы анаванном емкостью затвора транзистора логового регистра, что показано на
7-1, .первой ячейки регистра 2, так фиг. 2л-2н. как запись выборок на остальных за- Рассмотрим формирование выходного, поминающих конденсаторах происходит сигнала устройства. Код весовых коаналогично. Управляющий импульс 1О эффициентов (фиг. 2р) поступает на (фиг. 2а) поступает с отвода первой вход (шину 18) регистра 1, последоячейки регистра 3 на управляющие вательно сдвигается и в каждой ячейвходы коммутаторов 11-1 и 13-1. Стро- ке 4-1, ..., 4-й значение кода появбирующий импульс (фиг. 2е) поступает ляется на отводах. Если, например,. на стробирующий вход коммутатора 15 в первой ячейке 4-1 на первом отводе
11-1 с шины 27, а на стробирующий потенциал соответствует "1", то на вход коммутатора 13-1 - с шины 29. втором — "0".. В результате .этого
Под воздействием этих импульсов открываются транзисторы 5-1 и 9-1, оба коммутатора замыкаются, в резуль- а транзисторы 6-1 и 8-1 закрыты. Потате чего затвор транзистора 7-1 Я этому под воздействием стробирующеподключается к первому входу ячей- го импульса (фиг. 2ж), поступающего ки (шине 23), а исток - к первому с шины 28, коммутатор 12-1 подклюконтрольному выходу (шине 25). Так чает исток транзистора 7-1 к шине как все подобные коммутаторы осталь- 31, а транзистор 10-1 к шине 30. ных ячеек регистра 2 в это время 25 Если на первом отводе потенциал сораэомкнуты, то фактически в течение ответствует "0", то на втором отводействия стробирующего и селектор- де - "1". Вследствие этого открываного импульса, первый контрольный ются транзисторы 6-1 и 8-1, а транвыход ячейки является первым контроль- зисторы 5-1 и 9-1 - закрыты. Поэтоным выходом всего устройства, а пер- му при поступлении с шины 28 стробивый вход ячейки - первым входом уст- рующего импульса (фиг. 2ж) исток ройства. Поэтому через коммутатор транзистора 7-1 подключается к шйне
11-1 на внешний регулирующий эле- 30, а транзистор 10-1 к шине 31. мент (например, операционный усилитель) поступает ток, пропорциональ- Аналогично работают и остальные ный напряжению на затворе транзисто- З5 ячейки интегрального программируемора 7-1. Коммутаторы 14-1 и 16-1 уп- го фильтра.
P авляющими входами подключены анало- Таким образом, на каждом такте гично коммутаторам 11-1 и 13-1 сост- работы некоторые измерительные транветственно и замкнуты. Через комму- зистори подключены к шине 30 (сооттатор 14-1 на противоположный вход 40 ветствующие им дополнительные ивмеегулирующего элемента (по шине 26) рительные транзисторы подключены к р г поступает ток стока транзистора 10-1. шине 31), остальные — к шине 3 (Выход регулирующего элемента уста- ответствующие им дополнительные иэнавливает такое напряжение на зат- мерительные транзистоРы при этом воре транзистора 10-1 (на шине 24), 45 подключены к шине 30) . В результате при котором токи стоков транзисто- р ров 7-1 и 10-1 практически равны по шине 31 протекает ток 5„ = Д Э »„. токам источников входного сигнала соответствующий сумме 1 Э щ„. ь для (с точностью до коэффициента усилеh- +1 а по шине 30 - ток -,ЕЭ »
1 ния регулирующего элемента) .
50 Н 1 к
Напряжение на затворе транэисто- соответствующий сумме . Э »,. И. Для ров 7-1 и 10-1 фиксируется после hj= -1.
1= 4- окончания стробирующего импульса в Для получения требуемого для результате размыкания коммутаторов фильтра соотношения необходимо вы-
11-1, 13-1, 14-1 и 16-1. честь иэ значения 5 значение Sq, Диаграмма входного сигнала пока55 что может быть осуществлено, напризана на фиг. 2и, причем сплошной ли- мер, операционным Усилителем. нией показан сигнал, который подает- Результирующий ток J „ показан ся на первый вход аналогового регист- на фиг. 2с, где максимальный выброс ра (щина 23), а пунктиром — сигнал, соответствует корреляционному всплессдвинутый на 180, который подается 60 ку, характеризующему фазовое совпа» на второй вход аналогового регист- дение входного сигнала относительно ра (шина 24}. весовой кодовой последовательности.
У тановка тока через транзистор с
Шины 19 и 21 позволяют наращивать
7-1 первой ячейки под воздействием устройство при обработке псевдо усл управляющего и стробирующего импуль- 65 чайных сигналов с большой базой.
1005273
Благодаря тому„что введен сканирующий регистр и каждая ячейка интегрального программируемого фильтраа содержит дв а из мерительных транзистора, возможна автокомпенсация теплового тока измерительных транзисторов. Это достигается тем, что в каждой ячейке аналогового регистра независимо от кода в опорном регистре к первой весовой шине подключен один измерительный транзистор, а к второй — другой. Заряд запоминающих конденсаторов осуществляется с помощью отводов сканирующего регистра. Так как топологически первая часть аналоговой ячейки, вклю- 35 чающая первый измерительный транзис- тор, первый, второй и третий коммутаторы идентичны второй ее части, включающей дополнительный измерительный транзистор, а также четвер- 2р тый, пятый и шестой коммутатор, то тепловые токи разряжают запоминающие .конденсаторы одинаково.
Ввиду этого разность потерь информационных токов за счет тепловых,то- 35 ков равна нулю, что повышает время хранения информации.
ВведениЕ скаНирующЕго РегистРа, дополнительного измерительного транзистора и пятого коммутатора поэзо- 3g ляет снизить нелинейные искажения, вызванные квадратичной зависимостью . токов транзистора от напряжения на затворе измерительного транзистора.
Испытания интегрального программируемого фильтра в диапазоне темЬе3 ратур (-60)-(+70) С показали, что время хранения по сравнению с известным устройством увеличено в 3-4 .раза, а нелинейные искажения уменьшены на порядок. Это позвоялет пример- 4О но в .3-4 раза уменьшить уровень аппаратурных затрат при построении
Фильтров различного назначения. Особенно существенным оказывается выигрыш при обработке длинных последо-.45 вательностей псевдослучайных сигналов с базой 1000-2000 элементов, где удельный вес внешних устройств записи и считывания мал по сравнению с общим числом ячеек интегрального 5Q программируемого фильтра.
Формула изобретения
Интегральный программируемый
Фильтр, содержащий опорный регистр с двумя отводами в каждой из и ячеек, аналоговый регистр, состоящий из N ячеек, каждая из которых содержит измерительный транзистор, сток которого подключен к шине питания, управляющие транзисторы, затвор первого иэ которых соединен с первым отводом соответствующей ячейки опорного регистра, а затвор второго управляющего транзистора соединен с вторым отводом этой же ячейки опорного регистра, а также весовые шины суммирования, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения времени хранения информации и уменьшения уровня нелинейных искажений выходного сигнала, в него введен сканирующий регистр, содержащий N ячеек, в каждую ячейку аналогового регистра введен дополнительный измерительный транзистор, дополнительные управляющие транзисторы и шесть коммутаторов, при этом исток измерительного транзистора подключен к первому контрольному выходу ячейки через первый коммутатор, а к первой и второй весовым шинам суммирования через второй коммутатор, затвор измерительного транзистора соединен с первым входом ячейки через третий коммутатор, сток дополнительного и измерительного транзистора соединен с шиной питания, его исток подключен через четвертый коммутатор к второму
1 контрольному выходу ячейки, а через пятый коммутатор — к весовым шинам суммирования, а затвор через шестой коммутатор — к второму входу ячейки, при этом затвор первого дополнительного управляющего транзистора соеди-, нен с вторым отводом ячейки опорного регистра, а ее первый отвод подключен к затвору второго дополнительного управляющего транзистора, входы управления первого, третьего, четвертого и шестого коммутаторов соединены с отводом ячейки сканирующего регистра, входы управления второго коммутатора соединены с истоками и стоками управлякщих транзисторов, входы управления пятого коммутатора подключены к стокам и истокам дополнитель- ных управляющих транзисторов, первые и вторые входы ячеек аналогового регистра соединены соответственно с первой и второй входными шинами аналогового регистра, а первые и вторые контрольные выходы аналоговых ячеек соединены соответственно с первой и второй контрольными выходными шинами аналогового регистра..
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Патент QaA 9 3819958, кл. 307-304, 25.06.74.
2. Патент CtQA N 3953745, кл. 307-221с, 27.04.76 (прототип.).
1005273 ит.!
1005273
Риз,2
Составитель A. Соколов
Редактор А. Долинич Техред К;Иыцьо. Корректор С. Шекмар
Заказ 1923/75 Тираж 934 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35; Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород,. ул. Проектная, 4