Синхронный фильтр
Патент 1131028
Авторы
Синхронный фильтр
Иллюстрации
Реферат
1. СИНХРОННЫЙ ФИЛЬТР, содержащий п идентичных коммутируемых накопителей и генератор импульсов, соответствующие вькоды которого подключены к входам соответствующего коммутируемого накопителя, о т л и чак )П1Ийся тем, что, с целью повьшения точности фильтрации, в него введены счетчик, два селектора, последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь, управляемый аттенюатор, вычитатель, второй вход которого является входом синхронного фильтра, и усилитель-ограничитель, выход которого соединен с управляющими входами коммутируемых накопителей , первые и вторые выходы которых подключены соответственно через первый селектор к управляющему входу цифроаналогового преобразователя и через второй селектор к управляющему входу управляемого аттенюатора, дополнительный выход генератора импульсов соединен с стробирующими входами селекторов и входом счетчика, выход которого соединен с управляющими входами селекторов, причем выход управляемого аттенюатора является аналоговым выходом синхронного фильтра , а выходы селекторов - цифровым выходом синхронного фильтра. 2. Фильтр ПОП.1, отличающийся тем, что коммутируемый накопитель содержит реверсивный счетI чик, комбинационный логический, блок (Л и дешифратор, причем первый и входы реверсивного счетчика являются соответствуюищми входами коммутируемого накопителя, выходы гп лладших разрядов реверсивного счетчика и старшего разряда являются первым выходом коммутируемого накопителя, выходы остальных ( младших разрядов реверсивного счетчика через комбинаци&э онный логический блок подключены к входам дешифратора, выход которого является вторым выходом коммутируемого накопителя, выход старшего разряда реверсивного счетчика соединен с управля5 щим входом комбинационного логического блока.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН (19) (И) 1 ууся Г
;)(ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВY
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (21) 3584810/18-09 (22) 27.04.83 (46) 23.12.84. Бюл. Р 47 (72) Ю.В.Зыков, В.К.Косолапов, А.ОеЦороев и В.ВеЧуркин (71) Кировский политехнический институт (53) 621.372..543(088.8) (56) 1. Лейхтер Л.Е. Расчет гребенчатых фильтров. M., "Советское радио", 1972. с. 69.
2. Патент GIIA 1(3795877, кл. 333-70, 1974 (прототип). (54) (57) 1. СИНХРОННЫЙ ФИЛЬТР, содержащий и идентичных коммутируемых накопителей и генератор импульсов, соответствующие выходы которого подключены к входам соответствующего коммутируемого накопителя, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности фильтрации, в íего введены счетчик, два селектора, последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь, управляемый аттенюатор, вычитатель, второй вход которого является входом синхронного фильтра, и усилитель-ограничитель, выход которого соединен с управляющими входами коммутируемых накопителей, первые и вторые выходы которых подключены соответственно через первый селектор к управляющему входу (б1) Н 03 Н 17/00, Н ОЗ Н 19/00 цифроаналогового преобразователя и через второй селектор к управляющему входу управляемого аттенюатора, дополнительный выход генератора импульсов соединен с стробирующими входами селекторов и входом счетчика, выход которого соединен с управляющими входами селекторов, причем выход управляемого аттенюатора является аналоговым выходом синхронного фильтра, а выходы селекторов — цифровым выходом синхронного фильтра.
2. Фильтр по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, чта коммутируемый накопитель содержит реверсивный счетчик, комбинационный логический. блок и дешифратор, причем первый и втоРой входы реверсивного счетчика являются соответствующими яковами комму- C тируемого накопителя, выходы и) младших разрядов реверсивного счетчика и 2 старшего разряда являются первым выходом коммутируемого накопителя, выкоды остальных <) младших разрядов реверсивного счетчика через комбинационный логический блок подключены к входам дешифратора, выход которого является вторым выходом коммутируемого накопителя, выход старшего раз-. ряда реверсивного счетчика соединен с управляющим входом комбинационного логического блока.
1 11Ç1
Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для фильтрации когерентных импульсных сигналов с преобразованием выходных сигналов в цифровой код в форме с плавающей за" пятой, например в приемоиндикаторах импульснофазовых радионавигационных систем (ИФРНС .
Известен синхронный фильтр, содержащий блок емкостных накопителей, 10 коммутируемых периодически механическими или электронными ключами.
Каждый емкостный накопитель подключается с периодом Т к входному сигналу в течение интервала Т через ак- 15 тивное сопротивление, образуя с ним интегрирующую цепь, постоянная времени которой значительно больше АТ .
При этом составляющая входного сигнала, асинхронная относительно частоты f =1/T, сможет вызвать лишь незначительные колебания напряжения, на конденсаторах блоков емкостных накопителей. В то же время составляющая входного сигнала, синхронная 25 частоте 1, после соответствующего числа периодов Т полностью заряжает конденсаторь1, т.е. каждый конденсатор заряжается до такого мгновенного значения синхронной составляющей
30 входного сигнала, какое последняя принимает в моменты коммутации данного конденсатора (1) .
Постоянная времени разрядной цепи Я С, где R — сопротивление утеч35 ки накопительного конденсатора, а
С вЂ” его емкость, определяет предельное число К периодов Т накопления значений входного сигнала. Если ограничить потери от влияния сопротивления утечки Я величиной 1 дБ, то предельное значение К д определяется выражением К„ „=22 С/T.
Отсюда вытекает недостаток известного синхронного фильтра — невозмож45 ность длительного накопления слабых сигналов из-за влияния сопротивления утечки R накопительных конденсаторов. . Кроме того, данный синхронный фильтр, являясь аналоговым, имеет ограничен50 ный динамический диапазон и нестабильные характеристики. Все это ограничивает в известных синхронных ,фильтрах точность фильтрации.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является синхронный фильтр, содержащий идентичных коммутируемых накопите028 2 лей и генератор импульсов, соответствующие выходы которого подключены к входам соответствующего коммутируемого накопителя, причем в качестве накопителей используются конденсаторы (2) .
Однако влияние сопротивления утечки конденсаторов делает невозможным длительное время накопления слабых сигналов и поэтому ограничивает точность фильтрации.
Цель изобретения — повышение точности фильтрации.
Цель достигается тем, что в синхронный фильтр, содержащий П идентичных коммутируемых накопителей и генератор импульсов, соответствующие выходы которого подключены к входам соответствующего коммутируемого накопителя, введены счетчик> два селектора, последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь, управляемый аттенюатор, вычитатель, второй вход которого является входом синхронного фильтра, и усилитель-ограничитель, выход которого соединен с управляющими входами коммутируемых накопителей, первые и вторые выходы которых подключены соответственно через первый селектор к управля— ющему входу цифроаналогового преобра— зователя и через второй селектор к управляющему входу управляемого ат —— тенюатора, дополнительный выход генератора импульсов соединен с стробирующими входами селекторов и входом счетчика, выход которого соединен с управляющими входами селекторов, причем выход управляемого аттенюатора является аналоговым выходом синхронного фильтра, а выходы селекторов — цифровым выходом синхронного фильтра.
Кроме того, коммутируемый накопитель содержит реверсивный счетчик, комбинационный логический блок и дешифратор, причем первый и второй входы реверсивного счетчика являются соответствующими входами коммутируемого накопителя, выходы m младших разрядов реверсивного счетчика и ! старшего разряда являются первым выходом коммутируемого накопителя, выходы остальных О, младших разрядов реверсивного счетчика чере"- комбинационный логический блок подключены к входам дешифратора, выход которого
3 11310 является вторым выходом коммутируемого накопителя, выход старшего разряда реверсивного счетчика соединен с управляющим входом комбинационного логического блока.
На фиг.1 приведена структурная электрическая схема предложенного синхронного фильтра, на фиг.2 структурная электрическая схема коммутируемого накопителя, на фиг.3 диаграммы, поясняющие работу синхронного фильтрами на фиг.4 — временная диаграмма переходного процесса в синхроном фильтре.
Синхронный фильтр содержит коммутируемые накопители 1 и 2, генератор 3 импульсов, счетчик 4, пер.вый и второй селекторы 5 и 6, циф— роаналоговый преобразователь (ЦАП)
7, управляемый аттенюатор 8, вычитатель 9, усилитель-ограничитель 10, коммутируемый накопитель содержит реверсивный счетчик 11, комбинационный логический блок 12, дешифратор .
13. 25
Синхронный фильтр работает следующим образом. !
Управляемый аттенюатор 8 реализу- ется в виде пассивного цифроаналого- . вого делителя напряжения на основе цифроуправляемого сопротивления
ЦУС-BN, либо цифроуправляемой прово" димости 11УП-Уц . Выходное напряжение такого цифроаналогового делителя напряжения определяется выражением
40 где Ц вЂ” входное напряжение цифроаналогово,с делителя, Й х. — максимально возможное значение цифрового кода на его управляющем входе 45 (постоянная величина), " — текущее значение цифрового кода, которое будет определено в дальнейшем как характеристика. 50
Напряжение 0 на выходе цифроаналогового преобразователя 7 связано со значением кода М íà его управляющем входе соотношением U =СМ, где
С вЂ” схемный коэффициент передачи 55
19 7. Значение М определено ниже как мантисса. Здесь и в дальнейшем будем для определенности считать, вых
"рр (g+g )N nate 0 „„0 (4)
max
"on — — Мй
Nma» (5) при 0 „„ 0, 28 4 что запятая зафиксирована перед старшим значащим разрядом кода мантиссы М и после младшего разряда. кода характеристики М . Выходное напряжение ЦАП 7 является входным для управляемого аттенюатора 8 (т.е.0 =
= Ц ), поэтому
N С
06» . Н а» ma»
Таким образом, напряжение на аналоговом выходе синхронного фильтра пропорционально произведению значений кодов на управляющих входах ЦАП
7 и управляемого аттенюатора 8. Ниже рассмотрено, как образуются указанные коды и как связаны. между собой их значения IN u N
ЦАП 7 обеспечивает диапазон напряжений на своем выходе, определяемый соотношением
l1on (1-2 ) Ос "on где 0р — опорное напряжение ЦАП 7, — число его значащих управляемых разрядов.
Старший (Ф+1)-й управляющий разряд ЦАП 7 является знаковым. При положительном знаке опорного напряжения выходное напряжение ЦАП 7 положительно, если на знаковый разряд подан код нуля, и отрицательно, если на знаковом разряде — код единицы. На значащие управляющие разряды
ЦАП 7 подается инверсное значение
Mrn -разрядного входного преобразуемого кода.
Выходное напряжение такого ЦАП 7 связано со значением входного кода
M следующими соотношениями
Uon (М+2 .) при U>0 (2) Uon M при U<0 (3)
Как следует из выражения (2), при положительном значении выходного напряжения ЦАП 7 в его значение вносится погрешность величиной Оо„ 2 пропорциональная весу:младшего разряда входного кода М . Но эта погрешность IIAII 7 носит систематический характер и при необходимости легко учитывается.
Выражение (1) с учетом применения указанной схемы ЦЯ 7 сводится к сле. дующим двум соотношениям
1131028 из которых следует, что напряжение на аналоговом выходе синхронного фильтра пропорционально пРоизведению кодов М и и на управляющих входах соответственно ЦАП 7 и управ- 5 ляемого аттенюатора 8.
" Синхронный фильтр вьделяет значения входного импульсного сигнала, синхронного рабочей частоте 1 =1/Т фильтра, причем количество выделяемых значений равно числу П коммутируемых накопителей 1 и 2. В рассматриваемом варианте синхронного фильтра П =2.
Принцип работы синхронного фильтра основан на компенсации выделяемых значений входного напряжения U в»(Ц напряжением0 ц,„(Ц на вычитающем входе вычитателя 9. С приходом каждого входного радиоимпульса в каждый из 20 двух моментов вьделения значений входного напряжения к управляющим входам IIAII 7 и управляемого аттенюатора 8 подключаются выходы соответствующих коммутируемых накопителей 25
1 или 2. Коды М и Н на выходах подключенного в данный момент коммутируемого накопителя 1 или 2 определяются содержимым его реверсивного счет— чика 11 и в соответствии с выражени- Зп ями (4) или (5) задают компенсирующие значения Ц ы» (t).В зависимости от знаков разностей напряжений 0<» ® и
Я . фв соответствующие моменты вре-.
РЫ» мени содержимое коммутируемых накопителей 1 и 2 изменяется в каждом периоде в направлении уменьшения модулей разностейЦ Щ-(1,„(Цкоторые в пределе стремятся к нулю,. В результате выходное напряжение Овы» Й) синхронного фильтра в каждом периоде
Т представляется в рассматриваемом варианте синхронного фильтра в виде двух выделенных значений его входного напряжения 3 gq (4) .
Очевидно, что наибольшее по модулю напряжение/0, I на выходе управляВйх щд» емого аттенюатора 8 (аналоговом выходе синхронного фильтра) должно быть достаточным для компенсации максимально возможного по абсолютной величине входного напряжения/О „/щ
8» Ф<ФХ синхронного фильтра. Типовое значение максимума модуля выходного напряжения цифроаналоговых преобразовате- 5 лей равно практически опорному напряжению Ощ, преобразователя. Максимальное значение коэффициента передачи управляемого аттенюатора 8 определяется выражением 1- 2(1-2 ), где — число разрядов кода на его управляющем входе и при п 5 близко значению О, 5. Отсюда/J >bid/ ФО, 5 оп и условие 0,50 „)/U>Ä определяет не" обходимое значение опорного напряжения ЦАП 7.
На фиг.3 а приведена временная диаграмма когерентной последовательности входных радиоимпульсов, следующих с периодом Т . Количество выделяемых мгновенных значений радиоимпульса равно двум — по числу коммутируемых накопителей 1 и 2 синхронного фильтра. На фиг.3 б и 3 в приведены временные диаграммы импульсов генератора 3, поступающих на вторые (счетные) входы реверсив— ного счетчика 11 коммутируемых накопителей 1 и 2 соответственно, на фиг.3 r — временные диаграммы импульсов, поступающих с дополнительного выхода генератора 3 на счетный вход счетчика 4 и стробирующие входы селекторов 5 и 6. Оба указанных стро.- бирующих импульса имеют одинаковое назначение — задают отрезок времени, в течение которого в каждом периоде
7 к управляющим входам ЦАП 7 и управляемого аттенюатора 8 подключаются выходы коммутируемых накопителей
1 и 2, т.е. каждому коммутируемому накопителю соответствует свой стробирующий импульс. На фиг.3 б,в и r
I через К и ) обозначено число радиоимпульсов, поступивших на вход синхронного фильтра с начала его рабо- ты (без учета текущего радиоимпульса). На фиг.3 д показано формирование на аналоговом выходе синхронного фильтра вьделяемых мгновенных значений входного радиоимпульса.
На фиг.4 приведена временная диаграмма переходного процесса в синхронном фильтре. По оси абсцисс отложены порядковые номера периодов, прошедших. с момента включения синхронного фильтра. Так как значения входного напряжения синхронного фильтра в моменты tg + Т H tg 1 T неизменны, то на фиг.4 U (t +iT) и
9»
U „(t<+iT) изображены для удобства в виде прямых, параллельных оси абсцисс. Такое представление U 1(+
+iT) и U (t +iT) тем более приемлевх мо, что по оси абсцисс отсчитывается не собственно время, а номера пери7 11310 одов. С этой же позиции следует рассматривать и представление БВ „(С + Т) 1 и U8 (t 4+i Т) s виде непрерывных
ВЫХ стуйенчатых диаграмм, в то время как в действительности указанные на5 пряжения появляются на выходе управляемого аттенюатора 8 (аналоговом выходе синхронного фильтра) только в моменты подключения соответствующего коммутируемого накопителя 1 10 или 2 .к управляющим входам ЦАП 7 и управляемого аттенюатора 8 (фиг.3 д).
На фиг.4 принято, что
3 вi (+ g+ T) =0 210оп Ювю Н4 Л)=0,42u«
Содержимое реверсивных счетчиков
11 коммутируемых накопителей 1 и 2 рассматриваем в виде чисел в форме с плавающей запятой, причем младшие (й разрядов реверсивного счетчика 11 образуют мантиссу М числа, старший разряд — его знак, а остальные ( разрядов — порядок.- Примем для определенности, что N =4, à g =2. Небольшое количество разрядов принято, для удобства построения диаграммы 25 ,(фиг.4) и не нарушает общности рас1суждений. При помощи комбинационного логического блока 12 и дешифратора
13 (— разрядный позиционный двоичный, код О-порядка преобразуется в унитарный: двоичныйУ -разрядный кодР характеристики (N=2 ) на втором выходе коммутируемого накопителя 1 или 2.
Отметим, что при (1 =2, 11 =4.
Конкретизируем выражения (4) и (5) подставив в них Ф =, и учитывая, что при 11 =4, 1 п„=.2 -1.
I (М+2 ) "r приЦв >О (6) .
2 -1
40 е»х Uon
ММ при0 0 . (7)
2 -1
Комбинационный логический блок
12 передает на вход дешифратора 13 прямое значение кода порядка на своем информационном входе, если на его управляющем входе присутствует код нуля, и инверсное значение .кода порядка, если на управляющем входе — код единицы. Инверсное значение кода порядка необходимо для получения требуемого значения характеристики на выходе дешифратора
13 (втором выходе коммутируемого накопителя) при отрицательных значениях входного напряжения синхронного фильтра.
50
28 8
Дешифратор 13 непосредственно преобразует позиционный двоичный код порядка Q поступающий на его вход, в унитарный двоичный код ха рактеристики Й на выходе. Количество разрядов счетчика 4 определяется требуемым числом различных состояний на его выходе, которое равно числу коммутируемых накопителей 1 или 2 синхронного фильтра. Очевидно, что при числе коммутируемых накопителей, равном двум, можно в качестве счетчика 4 использовать одноразрядный счетчик (счетный триггер), так как для управления работой селекторов 5 и 6 достаточно двух состояний (О и 1) на управляющем входе каждого из них. Причем, например, что при нулевом состоянии счетчика 4 селекторы 5 и 6 коммутиру-. ют выходы коммутируемого накопителя
1, а при единичном — коммутируемого накопителя 2.
Пусть в исходном состоянии реверсивные счетчики 11 коммутируемых накопителей 1 и 2 и счетчик 4 установлены в нули
О . 00 ОООО (+) q М (8)
При этом на первом и втором выходах обоих коммутируемых накопителей
1 и 2 установятся коды
2-й выход . 1-й выход о о о 00000
К, (+) м
Как отмечалось ранее,для управления, ЦАП 7 используется инверсное значениеМ кода мантиссы, т.е. коды на выходах накопителей, используемые непосредственно для управления ЦАП 7 и управляемым аттенюатором 8, в исходном состоянии будут.
2-й выход 1-й выход
00010 (1(1(9)
N (+) (Условимся, что в дальнейшем, исключая специально оговоренные случаи, под кодом на первом выходе ком. мутируемык накопителей 1 и 2 будем понимать именно используемое для управления ЦАП 7 инверсное значение
М кода мантиссы.
В момент 11 на стробирующие входы селекторов 5 и 6 поступает импульс (фиг.3 г) с дополнительного выхода
0
При этом текущее значение М =2 =1.
Отсюда следует, что U„ (t )—
-U ()>0, и на выходе усилителя6Ы» а ограничителя 10 устанавливается на— пряжение логической единицы, поступающее на первые входы (управляющие входы "сложение/вычитание") реверсивных счетчиков 11 коммутируемых накопителей 1 и 2. По заднему фрон ту импульса на втором (счетном) входе реверсивного счетчика 11 коммутируемого накопителя 1 в момент12 (фиг.3 б) к его содержимому (8) до35 бавляется единица младшего разряда,.
1и оно (содержимое. реверсивного счетчика 11) примет вид
00 0001 ,1 — — > ,Ч (10) О (+) а на выходах коммутируемого накопителя 1 установятся коды
2-й выход,1-й выход
0001 01110
N (+)@ (i 1)
В момент 1 состояние счетчика 4 изменяется на противоположное (еди- 50 ничное), и в момент 1 повторного появления в данном периоде Т импульса на стробирующих входах селекторов 5 и б последние пропускают на управляющие входы ЦАП 7 и управляемого аттенюатора 8 коды соответственно с первого и второго выходов другого коммутируемого накопителя 2.
9 1131 генератора 3 импульсов, и селекторы пропускают коды с первого и второго выходов коммутируемого накопителя 1 на управляющие входы ЦАП 7 и управляемого аттенюатора 8 соответственно. В интервале,- 1 на вычитающем входе вычитателя 9 устанавливается напряжение, определяемое в соответствии с кодами (9) по выражению (б), так как при нуле в старшем разряде 10 реверсивного счетчика 11 напряжение на выходе ЦАП 7 положительно. Напомним, что указанный разряд является старшим (знаковым) разрядом первого выхода коммутируемого накопителя 1.
Следовательно, к моменту 4Z на аналоговом выходе синхронного фильтра действует напряжение
028
Так как исходное состояние обоих коммутируемых накопителей 1 и 2 одинаково, то к моменту 14 напряжение на аналоговом выходе синхронного фильтра (вычитающем входе вычитателя
9) будет также равно 1 . Отсю240
U4(t4) U8b|ê(t4)<0, На выходе УсН Нтеля-ограничителя 10 устанавливается напряжение логического нуля, и в Момент 4. по заднему фронту второго импульса (фиг.3 г) на счетном входе реверсивного счетчика 11 коммутируемого накопителя 2 из его исходного. состояния (8) вычтется единица младшего разряда. Содержимое реверсивного счетчика 11 коммутируемого накопителя 2 примет вид
1 11 1111 () Я М (12) а на выходе коммутируемого накопителя 2 устанавливаются коды
2-й выход 1-й выход
0001 ioooo
М (-) И (13)
Напомним, что при коде единицы в знаковом разряде реверсивного счетчика 11 на вход дешифратора 13 поступает не прямое значение "11" кода порядка, а инверсное — "00, что обеспечивает на втором выходе коммутируемого накопителя 2 код характеристики 0001.
В момент tg одновременно с отмеченным выше изменением содержимого реверсивного счетчика 11 коммутируемого накопителя 2 счетчик 4 возвращается в исходное (нулевое) состояние и в момент <9Т (во втором периоде) на управляющие входы ЦАП 7 и управляемого аттенюатора 8 через селекторы 5 и б поступают коды (11) с выхода коммутируемого накопителя 1. По выражению (б) определяем, что при этом к моменту 4>+T на аналоговом выходе синхронного фильтра устанавливается ряжение U8û„(t: T)
Так как Usx(2+Т) Цвь (1 +Т)>0, в момент1 +Т к содержимому (10) ре версивного счетчика 11 коммутируемого накопителя 1 добавляется еще одна единица младшего разряда
0,ОО
Ц Ю
1131028
12 и коды на выходах коммутируемого на— копителя 1 принимают вид
2-й выход 1-й выход,1110
М а на выходах коммутируемого накопителя 2 устанавливаются коды
2-й выход 1-й выход
0001 1 0001 (— - . ф - Э
М (-) М (15)
Продолжая приведенные рассужде- З0 ния, несложно определить, что в следующем (третьем) периоде к моментам
+ 2Т и 14 < 2Т в соответствии с ко- .
2 дами (14) и (15) на аналоговом выходе синхронного фильтра будут дей1 1 ствовать напрЯжениЯ 0 U и Д-. Поп оп соответственно.
Таким образом, напряжениеЗ,,„(1,мТ) в первые три периода последовательно 40 принимает значения 1 1 . 1
240 о 120 оо 80 оо т.е. стремится к компенсируемому (выделяемому) значению U<„(t> +iT)=0,21U а напряжение U>ûõ(t, +IÒ) в указанные о" 45
1 периоды принимает значения 24011о„0
240 "оа тр мится к выделяемому значению Q<(t4+iT) =-0;42Ц,„. S0
Эти результаты отражаются (фиг.4) в форме монотонных изменений напряжений Б „,(1 +хТ) и U „(t< +iТ), которые продолжаются соответственно до 15-го периода, в котором происхо- > дит заполнение единицами разрядной сетки мантйссы реверсивного счетчика 11 коммутируемого накопителя 1, 0001 0 1101
К (+) М (14)
В момент 1 +Т (в том же втором периоде) коммутируются выходы коммутируемого накопителя 2, и на управляющие входы цАП 7 и управляе- 10 мого аттенюатора 8 поступают коды (13). В соответствии с выражением (7) определяем, что к моменту 14 Т на аналоговом выходе синхронного фильтра устанавливается напряжение
У,, (, +T) =О. Следовательно, U>(t<+ T)—
U>> (t4+T) (О, и в момент t
2 будет вычтена единица младшего 20 разряда
1 (-) и 16-"o периода, в котором происхоб дит обнуление разрядной сетки мантиссы реверсивного счетчика 11 коммутируемого накопителя 2.
Содержимое реверсивных счетчиков
11 коммутируемых накопителей 1 и 2 при этом соответственно
00 1111 и 1 11 0000 (+) Q g () Q М
В 16 периоде в момент 1 +15T мантисса реверсивного счетчика 11 коммутируемого накопителя 1 обнуляется и происходит добавление единицы переноса к порядку
0 01 0000 (+) в результате чего код характеристики на втором выходе коммутируемого накопителя 1 принимает вид 0010, и значение характеристики удваивается
l (=2 =2) . Напряжение на аналоговом выходе синхронного фильтра в соответствии с формулой (6) падает скачком практически до нуля.
Ьыхйg<15T) =Ноп(0+2 ) = — 0
24 I Igp оа
В 17 — м периоде за счет очередного вычитания единицы в момент 14 +16Т содержимое реверсивного счетчика 11 коммутируемого накопителя 2 становится
1 10 1111
9 м
Так как знаковый разряд реверсивного счетчика 11 коммутируемого накопителя 2 обеспечивает при этом код единицы на управляющем входе комби- национного логического блока 12, на вход дешифратора 13 поступает инверс- .. ное значение кода порядка (g =01), и характеристика удваивается (N=2).
Напряжение на аналоговом выходе синхронного фильтра в соответствии с формулой (7) падает до нуля (фиг.4) выхИ4 16Т1= 0о„ 0 = О, В результате удвоения значений характеристик на вторых выходах коммутируемых накопителей 1 и 2 коэффициент передачи управляемого аттенюа тора 8 также удваивается, и скорость изменения напряжений Бoъ,(t +iT)
Вьх с 17-го и U (t<+iT) с 18-го nepuotblx 4 дов увеличивается вдвое по сравнению с ее начальным значением.
1ToHI ÎÐHoå скачкообразное уменьшение практически до нуля выходных на1131028 l4 ны с одинаковой относительной погрешностью.
В режиме слежения прямые значения кодов на выходах коммутирующих накопителей 1 и 2 принимают поочередно следующие значения:
2-й выход 1-й выход
0100 01100 и .Ч (+) м
2-й выход 1-й выход
0100 (Ц011 (16) (+)м — накопитель 1
2-й выход 1-й выход
15,1000 10010
М (-7М и
2-й выход 1-й выход
1000 10011 (17)
М (-7й
20 — накопитель 2.
В соответствии с двумя значениями кодов (16) по формуле (6) определяем значения напряжения на аналоговом выходе синхронного фильтра в момен25 ты k < «Т,. в режиме слежения:
13 пряжений и уДвоение характеристик происходит в 32-периоде в момент 1
+31T у коммутируемого накопителя и в 33-м периоде в момент 14 +32T у коммутируемого накопителя 2, после чего скорость изменения выходных на пряжений увеличивается в 4 раза по сравнению с ее начальным значением.
На фиг.4 видно, что в 44 периоде
ЬВих{ 4+431) станет больше0 вх (+ в результате чего в следующем 45-м периоде вместо добавления единицы младшего разряда к содержимому реверсивного счетчика 11 коммутируемого накопителя 1 происходит ее BbI читание, выходное напряжение вновь становится меньше входного, и т.д.
Таким образом, дальнейшая работа синхронного фильтра характеризуется поочередным добавлением и вычитанием единицы младшего разряда реверсивного счетчика 11 коммутируемого накопителя 1 и, .как следствие слежением выходного напряжения
{1щ, { gei E 33ÿ входным 0 „{, Ф j T), В то же время напряжениеUIIbI„{$
В момент 4q +48 7 характеристика на втором выходе коммутируемого накопителя 2 удваивается в третий раз, и скорость изменения выходного напряжениЯ 1во,х {44 «Т) становитсЯ в 8 Раз больше начальной. В 62-м периоде напряжение {1 д„1„{ i< ei Т) превосходит по абсолютной величине 0«Eg{t4e1T) и в дальнейшем также отслеживает его.
В режиме слежения значение выходного, напряжения в моменты «.о е «1. и 44 4 «Г равны соответствующим значениям входного напряжения с абсолютной погрешностью, максимальное значение которой равно Ооо, 2,и с такой
2 -1 точностью могут рассматриваться как выделенные значения входного напряже ния. 8 - 13 оп t6 «6 Я(1оо="0433Uon
Вь1 х { 4+111
12 8 «2
on 36 Я =- >@Up«I=-04 Яоо
В рассматриваемом примере напряжения U>„(t>+iT) и Ug„ (t4+iT) подобраны так (0,210pn и -0,420«En), что второе оо вдвое больше первого по абсолютной величине. Покажем, что при этом оба значения входного напряжения выделе.и
Временная диаграмма на фиг.3 д иллюстрирует постепенно формирование амплитуд напряжений на аналоговом выходе синхронного фильтра.
6 16 60 "on-0,2<7Uoz
4 43
0 (1 «;т)= о 16 16 ) 1g 6Р оо "оо
Напомним, что на управлющие знача. щие разряды ЦАП 7 при этом подается инверсное значение кода 9 мантиссы.
Внходное напряжение с дискретом 1
60 (jpo колеблется относж ельнс4@ Я2+
+«Т ) =0,210pn.
Аналогичные вычисления для кодов (17) по формуле (7) дают результаты
Выходное напряжение с вдвое большим дискретом 1 колеблется отноо сительно 0EIII {4q ««Т) = -0,42Uon .
Таким образом, относительная погрешность выделения значений входного сигнала на аналоговом выходе синхронного фильтра в обоих случаях одинакова, т.е, не зависит от уровня выделяемых значений входного на пряжения.
Напряжения UEEb;„(t +iT) и U Ä(tg+ +хТ) эада1ются кодами мантисс и харак11310
l5 теристик с выходов коммутируемых наг копителей 1 и 2 соответственно. Поэтому -выходы селекторов 5 и 6 совместно образуют цифровой выход синхронного фильтра. 5
Для удобства сравнения значения кодов (16) на цифровом выходе синхронного фильтра в режиме слежения представим в десятичной системе счисления 1О
МН = — 4 =3 = — иММ = — 4=—
3 12 11 11
4 4 16 4
Аналогично для кодов (!7) получим
13 13
Р К =(- — ) ° 8=-—
16 2 t2
8=-—
2 мн =(--)
l2
13 13 3 12
AlN = — 4 = — иММ =- 4=3=
16 4 4 4 в результате чего соответствующие полвкительные и отрицательные значения на цифровом выходе синхронного фильтра также будут отличаться по абсолютной величине в точнос- 40 ти вдвое.
Приведенные рассуждения показывают, а временная диаграмма (фиг.4) наглядно иллюстрирует, что динамический диапазон выделяемых напряже- 45 ний синхронного фильтра определяется числом И разрядов характеристики 1, а максимальная относительная погрешность 2- /М определяется количеством и значащих разрядов мантиссы И и одинакова во всем диапазоне. Если принять количество двоичных значащих разрядов мантиссы И =10, то единица младшего .разря-.
В отличие от напряжений на аналоговом выходе синхронного фильтра соответствующие им значения на цифровом выходе отличаются не точно вдвое.
Зто связано с упомянутой ранее систе-25 матической погрешностью ЦАП 7 при положительном выходном напряжении (2), для устранения которой к положительным мантиссам надо добавить единицу младшего разряда. Тогда по- зп лучаем в случае положительных ман тисс
28 l6 да 2, отнесенная ко всей шкале.
-
Вьппе рассмотрена работа синхронного фильтра в предположении, что на его входе присутствует только полезный сигнал. Флюктуационные помехи, а также гармонические колебания, асинхронные частоте следования импульсов полезного входного сигнала, вызывают колебания значений, выделенных в аналоговом и в цифровом выходах синхронного фильтра, относительно соответствующих значений входного сигнала. Зти колебания тем меньше, чем больше количество разрядов мантиссы и характеристики коммутируемых накопителей. При этом, есте- ственно, возрастает время накопления выделяемых значений входного сигнала, которое в предлагаемом синхронном фильтре, в отличие от известного, в принципе не ограничено.
Таким образом, введение в известный синхронный фильтр последовательно соединенных цифроаналогового преобразователя, управляемого аттеиюатора, вычитателя и усилителя-ограничителя, а также использование вместо коммутирующих накопительных конденсаторов цифровых накопителей, коммутируемые выходы разрядов мантисс и характеристики которых соответственно через первый и второй селекторы подключаются к управляющим входам цифроаналогового преобразователя и цифроуправляемого аттенюатора, увеличивает точность выделения входного сигнала в широком диапазоне его измерений, обеспечивая тем самым повьппение точности фильтрации.
1131028
8иг 4
+кТ фкТ!
1131028
t кТ
f /T
1131028
Составитель А.Меньшикова.
Техред А.Бабинец
Редактор П.Коссей
Корректор А.Тяско
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Заказ 9626/43 Тираж 861 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5