CC BY
24
рактеристик мод при оценке параметров дна морского волновода.// В сборнике трудов VI МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ «СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ОКЕАНОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ», ЧАСТЬ
1, М:ИОРАН, 2000 г., с. 274-280.
Л.К.Самойлов, И.И.Турулин, С.Л.Мальцев ОПТИМИЗАЦИЯ ДЕЦИМАРНЫХ ФИЛЬТРОВ ЦИФРОВЫХ ДАТЧИКОВ
Современная микроэлектроника позволяет создавать интегральные преобразователи физических величин непосредственно в цифровой код (цифровые датчики) [1]. Для оптимизации отношения сигнал/помеха, эффективного использования канала связи, памяти устройства обработки, а также увеличения скорости работы этого устройства такие датчики должны содержать управляемые ФНЧ и де-циматор. Каскадное включение ФНЧ и дециматора обычно называют децимар-ным фильтром [2].
В докладе предлагается структура децимарного фильтра, позволяющая пользователю задавать произвольный коэффициент децимации вида 2т, где т -целое, отличающееся малыми аппаратными затратами. Фильтр представляет собой переключаемую каскадную систему децимарных фильтров с фиксированными коэффициентами децимации вида 21, где i = 1, 2, 3, ... I, I - число каскадов. Каждый каскад имеет коммутатор, благодаря чему входной сигнал может пропускаться через фильтр либо подаваться сразу на вход следующего каскада. Коммутаторы каскадов управляются независимо (вход управления одноразрядный), и совокупность I входов образует 1-разрядную шину управления коэффициентом децимации фильтра в целом.
Рассматривается вопрос о применении передискретизации для перестройки частоты среза схемы передискретизатор-ФНЧ-передискретизатор в случае высококачественного ФНЧ с фиксированной частотой среза. Такой ФНЧ для минимизации искажений формы сигнала должен иметь линейную ФЧХ, которую обеспечивает симметрия КИХ, а также хорошую прямоугольность и малую неравномерность АЧХ. Для выполнения перечисленных требований ФНЧ должен в первом приближении иметь КИХ вида w(x)sin(x)/x, где w(x) - весовая функция (окно), а значение х зависит от частоты среза и дискретного времени. В случае реализации такого ФНЧ в виде рекурсивного КИХ-фильтра [3] длина каждой полуволны КИХ, а значит и частота среза, меняются дискретно. Для плавного изменения частоты среза предлагается использовать два передискретизатора (на входе и выходе ФНЧ). Первый масштабирует ось частот спектра входного сигнала, подстраивая ее под фиксированную частоту среза ФНЧ. Второй передискретизатор восстанавливает исходный масштаб оси частот. Анализируется реализация передискретиза-торов на основе интерполяционных полиномов. Показано, что для полиномов 0-3-го порядка вычислительные затраты передискретизаторов не превышают 10% от затрат ФНЧ. Управление частотами среза ФНЧ, независимое от управления деци-маторами, усложняет датчик, но дает дополнительные возможности при оптимизации системы сбора данных, особенно в случае близкого расположения спектров сигнала и помехи.
Имитационное моделирование каскадной системы децимарных фильтров подтвердило работоспособность предлагаемых алгоритмов и структур.
ЛИТЕРАТУРА
1. Самойлов Л.К., Мальцев С.Л. Дискретизация сигналов цифровых датчиков // Известия ТРТУ. Таганрог, 2000. №3. С. 90-92.
2. Рабинер Р., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М.: Мир, 1978. 848 с.
3. Турулин И.И. Проектирование рекурсивных фильтров с конечной импульсной характеристикой по прототипу / Таганрог: 1998. 45 с. Таганрогский гос. радиотехн. ун-тет. Деп. в ВИНИТИ 21.06.99. №1982-В99. М.: 1999.
Л.К.Самойлов, И.И.Турулин, С.Л.Мальцев
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕКУРСИВНЫХ КИХ-ФИЛЬТРОВ В ЦИФРОВЫХ
ДАТЧИКАХ
В настоящее время осуществляется расширение области применения цифровой обработки сигналов. В частности, расширяется номенклатура микросхем цифровых преобразователей физических величин в цифровой код (цифровых датчиков) [1]. Современные микросхемы датчиков отличаются высокой частотой дискретизации на выходе. Это, с одной стороны, уменьшает погрешность наложения спектров при дискретизации, с другой - ведет к возникновению других проблем. Такими проблемами являются необходимость внешней цифровой фильтрации высокочастотных шумов при расположении полезного сигнала в нижней части спектра входного сигнала, а также нерациональное использование канала связи, если контролируемый параметр меняется медленно. Выходом из создавшейся ситуации является включение средств управления частотой дискретизации в микросхему датчика, что требует наличия управляемого ФНЧ и деци-матора. Подобная структура используется в ХД-АЦП. В таких устройствах изменение частоты среза ФНЧ обычно жестко связано с тактовой частотой АЦП.
В докладе предлагается способ организации ФНЧ с частотой среза, изменяемой независимо от частоты дискретизации, что дает дополнительные возможности для оптимизации системы сбора информации.
ФНЧ для такой системы, как и ФНЧ в ХД-АЦП, должен иметь линейную ФЧХ, которая обеспечивает минимальные искажения формы сигнала при фильтрации. Такую ФЧХ могут иметь только КИХ-фильтры. Нерекурсивные фильтры требуют больших аппаратных затрат, что делает предпочтительным применение рекурсивных КИХ-фильтров [2], причем таких, которые не требуют пересчета их коэффициентов. Таким требованиям удовлетворяют рекурсивные КИХ-фильтры, получаемые каскадно-параллельным комбинированием простейших рекурсивных КИХ-фильтров с единичной прямоугольной КИХ [3]. Показано, что в этом случае перестройка частоты среза может осуществляться одновременным изменением задержек нерекурсивных частей каскадно-параллельной комбинации.
Эксперименты с программными моделями фильтров показали работоспособность предлагаемого подхода. ФНЧ имели вполне приемлемые искажения
