Патент на изобретение №2331976

(54) УСТРОЙСТВО СВЕРТКИ СИГНАЛА С ИМПУЛЬСНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ СИНТЕЗИРУЕМОЙ ЛИНЕЙНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к линейным разностным цепям с постоянными параметрами, и может быть использовано при построении электронных аналогов нейронов и аналоговых фильтров с желаемой амплитудно- и фазочастотной характеристикой. Достигаемый технический результат – высокое быстродействие, возможность реализовать операцию свертки в режиме реального времени. Устройство свертки сигнала с импульсной характеристикой синтезируемой линейной электрической цепи содержит элементарные фазовые контуры, пропорциональные звенья и многовходовый сумматор. Элементарные фазовые контуры соединены последовательно. Каждый элементарный фазовый контур, расположенный до соединения, осуществляющего связь срединной пары элементарных фазовых контуров, своим входом подключен к входу своего соответствующего пропорционального звена. Каждый элементарный фазовый контур, расположенный после указанного соединения, своим выходом подключен к входу соответствующего пропорционального звена. Выходы всех пропорциональных звеньев, коэффициент передачи которых определяется импульсной характеристикой синтезируемой цепи, подключены к соответствующему входу сумматора, с выхода которого снимается выходной сигнал. Задержанная копия входного сигнала снимается с указанного соединения. 1 ил.

(56) (продолжение):

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к линейным разностным цепям с постоянными параметрами, и может быть использовано, например, при построении электронных аналогов нейронов и аналоговых фильтров с желаемой, в том числе близкой к идеальной, амплитудно- и фазочастотной характеристикой.

Известны устройства свертки сигнала, содержащие аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор и цифроаналоговый преобразователь, в которых операция свертки осуществляется цифровыми методами (см., например, Гольденберг Л.М., Матюшкин Б.Д., Поляк М.Н. Цифровая обработка сигналов: Справочник. М.: Радио и связь, 1985, стр.6, 7, 13, 21-32).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство свертки сигнала, содержащее аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор и цифроаналоговый преобразователь, в котором операция свертки осуществляется в соответствии с алгоритмом выходной стороны (см. Steven W. Smith The Scientist and Engineers Guide to Digital Signal Processing. San Diego, California Technical Publishing, 1999, стр.116-121).

Недостатком данного устройства является ограниченное быстродействие, связанное с программным исполнением операции свертки и апертурным временем аналого-цифрового и цифроаналогового преобразований.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве свертки сигнала с импульсной характеристикой синтезируемой линейной электрической цепи, содержащем элементарные фазовые контуры, пропорциональные звенья и многовходовый сумматор, элементарные фазовые контуры соединены последовательно, причем на вход первого из них поступает входной сигнал. Каждый элементарный фазовый контур, расположенный до соединения, осуществляющего связь срединной пары элементарных фазовых контуров, своим входом подключен к входу своего соответствующего пропорционального звена. В свою очередь каждый элементарный фазовый контур, расположенный после соединения, осуществляющего связь срединной пары элементарных фазовых контуров, своим выходом подключен к входу своего соответствующего пропорционального звена. Выходы всех пропорциональных звеньев, коэффициент передачи которых определяется импульсной характеристикой синтезируемой разностной цепи, подключены каждый к своему соответствующему входу сумматора. С выхода сумматора снимается выходной сигнал, а задержанная копия входного сигнала снимается с соединения, осуществляющего связь срединной пары элементарных фазовых контуров.

На чертеже показана схема устройства свертки сигнала с импульсной характеристикой синтезируемой линейной электрической цепи.

Устройство свертки сигнала с импульсной характеристикой синтезируемой линейной электрической цепи содержит элементарные фазовые контуры 1, пропорциональные звенья 2 и многовходовый сумматор 3.

Устройство свертки сигнала с импульсной характеристикой синтезируемой линейной электрической цепи работает следующим образом.

Входной сигнал, свертку которого с желаемой импульсной характеристикой следует получить, поступает на шину in и распространяется далее по цепочке последовательно соединенных элементарных фазовых контуров 1. В каждом фазовом контуре происходит сдвиг фаз гармонических составляющих сигнала на определенный свой для каждой гармоники угол, при этом амплитуды гармоник остаются неизменными. Таким образом, сигнал, полученный на шине delay in, является полной задержанной на некоторое время копией исходного сигнала. Сигналы на входах элементарных фазовых контуров, расположенных до шины delay in, опережают копию исходного сигнала на шине delay in. Сигналы с выходов элементарных фазовых контуров, расположенных после шины delay in, отстают от копии исходного сигнала на шине delay in.

С входов элементарных фазовых контуров, расположенных до шины delay in, и с выходов элементарных фазовых контуров, расположенных после шины delay in, исходный сигнал поступает на входы пропорциональных звеньев.

Коэффициенты передачи пропорциональных звеньев установлены в соответствии со значениями импульсной характеристики синтезируемой цепи. Учитывая, что в каждый конкретный момент времени можно рассматривать входной сигнал как смасштабирован-ную и сдвинутую дельта-функцию (см., например, Сато Ю. Обработка сигналов. Первое знакомство. Пер. с яп. М.: Издательский дом «Додэка-ХХГ», 2002, с.154-157), вырабатываемые на выходах пропорциональных звеньев сигналы можно рассматривать как результаты произведений мгновенных значений входного сигнала на соответствующие мгновенные значения импульсной характеристики в конкретный момент времени.

С выходов пропорциональных звеньев сигналы поступают на входы сумматора, где произведения суммируются. Таким образом, каждое значение выходного сигнала на шине out получается как результат суммирования точек входного сигнала, взвешенных в соответствии с импульсной характеристикой.

Аппроксимирующая функция, отвечающая требованиям к амплитудно- и фазочастотной избирательности всего устройства, в общем случае находится, как для любой разностной цепи, в виде отношения выходного сигнала к задержанной копии исходного сигнала.

При сравнении с более традиционными устройствами свертки сигнала предлагаемое устройство имеет преимущество, заключающееся в простоте, высоком быстродействии, возможности реализовать операцию свертки в реальном режиме времени и ряде выгодных особенностей, к которым относятся: нечувствительность устройства свертки с импульсной характеристикой синтезируемой линейной электрической цепи к разбросу параметров его элементов, их временному и температурному дрейфам; малые масса и габариты; возможность микроминиатюризации.

Формула изобретения

Устройство свертки сигнала с импульсной характеристикой синтезируемой линейной электрической цепи, содержащее соединенные последовательно элементарные фазовые контуры, на вход первого из которых поступает входной сигнал, пропорциональные звенья и многовходовый сумматор, отличающееся тем, что каждый элементарный фазовый контур, расположенный до соединения, осуществляющего связь срединной пары элементарных фазовых контуров, своим входом подключен к входу своего соответствующего пропорционального звена, а каждый элементарный фазовый контур, расположенный после соединения, осуществляющего связь срединной пары элементарных фазовых контуров, своим выходом подключен к входу своего соответствующего пропорционального звена, выходы всех пропорциональных звеньев, коэффициент передачи которых определяется импульсной характеристикой синтезируемой цепи, подключены каждый к своему соответствующему входу сумматора, причем выходной сигнал снимается с выхода сумматора, а задержанная копия входного сигнала, используемая для нахождения аппроксимирующей функции синтезируемой линейной электрической цепи, снимается с соединения, осуществляющего связь срединной пары элементарных фазовых контуров.

РИСУНКИ