Схемная реализация нерекурсивного фильтра

Теперь снова вернемся к схемотехнической реализации цифровых фильтров. В схеме, приведенной на рисунке 14.25, используется столько умножителей, сколько используется коэффициентов для реализации цифрового фильтра.

Обычно цифровые фильтры с произвольной импульсной характеристикой реализуются на частотах в несколько раз меньших предельной частоты работы цифровых микросхем. В этом случае вычисление результатов произведения всех весовых коэффициентов на задержанные значения входного сигнала для формирования одного выходного отсчета цифрового фильтра можно выполнить на одиночном цифровом умножителе и сумматоре.

Чтобы понять, как реализовать предложенный принцип вычислений, давайте рассмотрим подробнее структурную схему цифрового фильтра с конечной импульсной характеристикой. На рисунке 15.33 пунктиром показана повторяющаяся часть структурной схемы фильтра. А раз она повторяется, то эту часть схемы при вычислении выходного отсчета сигнала можно использовать многократно.

Рисунок 15.33 – Структурная схема цифрового фильтра седьмого порядка

Для запоминания промежуточных результатов суммирования нам потребуется дополнительный регистр. Так как в этом регистре результаты умножения отсчетов входного сигнала на весовые коэффициенты фильтра как бы накапливаются, то этот регистр получил название аккумулятор (накопитель). Вся же схема, осуществляющая математическую обработку сигнала при реализации цифрового фильтра, получила название умножителя-аккумулятора (MAC).

Давайте перерисуем структурную схему цифрового фильтра с конечной импульсной характеристикой, приведенную на рисунке 15.33, так, как это показано на рисунке 15.34.

Так как в качестве примера мы выбрали фильтр с конечной импульсной характеристикой седьмого порядка, то для синхронизации этой схемы потребуется частота, в семь раз большая частоты дискретизации входного (и выходного) сигнала.

Данные на входы умножителя-аккумулятора поступают с выходов кольцевых многоразрядных регистров. После поступления на вход синхронизации схемы семи тактовых импульсов, данные совершают полный круг и возвращаются на свое первоначальное место. В этот момент в аккумуляторе содержится вычисленное значение отсчета выходного сигнала фильтра.

Рисунок 15.34 – Структурная схема цифрового фильтра седьмого порядка

В следующий момент времени следует обнулить значение аккумулятора, подключить вход сдвигового регистра к входу x(t) и подать еще один тактовый импульс. Этот импульс позволит записать новое значение входного сигнала в первый параллельный регистр кольцевого многоразрядного регистра и осуществить перезапись содержимого всех остальных регистров в соседнюю ячейку (сдвинуть данные на одну позицию).

Цепи, осуществляющие эти действия в схеме, приведенной на рисунке 15.34, не показаны для того, чтобы не затенять основную схему. Теперь обратим внимание, что на этот раз (в отличие от схемы, приведенной на рисунке 15.33) нам не нужны все выходы параллельных регистров одновременно, поэтому для реализации кольцевого регистра можно воспользоваться оперативным запоминающим устройством (ОЗУ).

Весовые коэффициенты фильтра при этом будут находиться в ПЗУ. Схема цифрового нерекурсивного фильтра с использованием в качестве кольцевых регистров ОЗУ и ПЗУ приведена на рисунке 15.35.

В данной схеме кольцевой регистр образуется ОЗУ и счетчиком. При поступлении на счетный вход счетчика тактовых импульсов на входы умножителя-накопителя поступают задержанные отсчеты данных и соответствующие им весовые коэффициенты фильтра.

Коэффициенты счета счетчиков Сч1 и Сч2 различаются. Коэффициент счета счетчика Сч2 равен N+1, то есть равен количеству тактовых импульсов, поступающих за один период дискретизации обрабатываемого сигнала. Коэффициент счета счетчика Сч1 равен N. В результате адрес ОЗУ после вычисления очередного выходного значения фильтра сдвигается на одну позицию. Так обеспечивается сдвиг данных в линии задержки фильтра.

Рисунок 14.35 – Структурная схема цифрового фильтра

После поступления на тактовый вход фильтра N+1 импульсов, счетчик Сч1 указывает на самое старое значение данных, записанное в ОЗУ. В этот момент ОЗУ переводится в режим записи, открывается ключ и обнуляется регистр-аккумулятор сигналом, вырабатываемым с выхода дешифратора, подключенного к счетчику Сч2. В результате старое значение данных заменяется на новый отсчет входного сигнала.

Итак, приведенная на рисунке 15.35 схема выполняет те же самые действия, что и прямая реализация фильтра с конечной импульсной характеристикой, но при этом в несколько раз проще. Кроме того, эта схема очень легко перенастраивается на фильтры с различным числом коэффициентов. Для этого достаточно просто изменить коэффициент счета цифровых счетчиков Сч1 и Сч2.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: