Brevet FR2002883A1 — publié le 19691031

( 2002883 la présente invention se rapporte à un filtre numérique d'ordre n comportant des bornes d'entrée et do sertie et servant à traiter des valeurs numériques représentant des signaux drentrée échantillonnés et codés afin de produire des valeurs numériques 5 qui puissent ôtre décodées pour donner uns version filtrée des signaux drentrée. le filtrage numérique consiste à traiter les valeurs numériques d'un signal d'entrée échantillonné et codé afin de produire des valeurs numériques qui puissent être décodées pour donner une tO version filtrée du signal d'entrée. Les filtres numériques présentent un certain nombre d'avantages par rapport aus filtres analogiques. On peut obtenir par exemple une plus grande précision. De plus, on peut réaliser une diversité plus grande de filtres, comprenant des filtres à basse 15 fréquence relativement petits et économiques. De plus encore, ce filtrage utilise des circuits numériques qui présentent un certain nombre d'avantages par rapport aux circuits de filtrage analogiques. D'abord, les circuits numériques présentent une plus grande tolérance vis-à-vis d-_ la dérive des valeurr- des compo-20 sants. Secondement, les circuits numériques ne demandent pas de selfs, ce qui constitue un avantage marqué lorsqu'on utilise des circuits imprimés et intégrés. les filtres numériques de la technique antérieure, ainsi que leur théorie de fonctionnement, sont décrits par exemple 25 dans :(1) "Somc Practical Considérations in the Realization of linear Digital Pilt-.rs", par J.i1. Kaiser, dans Proceedings of the Third Annual Aller-ton Conférence on Circuit and System The or.y (1965) ; (2) "Digital Eilters" par J.F. Kaiser, dans System Ânalysis by Digital Computer, édité par Kuo et 30 (J. Wiley & Sons, 1966) et (3) "Digital Miter Design Techniques in the Prequoncy Domain", par C.M. Rader & B. G-old dans le numéro de Février 1967 de Proceedings of the IBEF;. D'autres références sont citées dans diverses biographies. Une étude de-- références citées plus haut montre que les 35 filtres numériques de la technique antérieure utilisent une série de circuits multiplicateurs. Eien que le nombre d, ces circuits puisse ne pas être gênant lorsqu'on construit et qu'on n'utilise qu'un ou deux filtres, ce nombre devient gênant lorsqu'il faut 8AD ORKHNAJ. 69 04963 2 2002883 des quantités plus importantes de filtres numériques, par exemple pour des applications de multiplexage dens un service téléphonique. Des filtres numériques utilisant un nombre de circuits multiplicateurs plus faible sont do ce fait souhaitables. 5 Le problème précédent est résolu selon la présente inven tion à lraide d'un filtre numérique modifié monté entre les bornes d'entrée et do sortie et qui comporte des circuits multiplicateurs, et dans lequel un premier circuit (11 et 13 ou 65 et 66) sert à utiliser ce filtre numérique modifié n fois sur chaque 10 entrée codée du filtre numérique d'ordre n. Ce filtre numérique modifié (figure 3) présente une caractéristique de transfert qui est décrite par la fonction du système : , -i p 1.2 — i 15 H'(z) = 1=0 1 + q k .z~X i i=T où p = un nombre entier égal au nombre d'entrées successives précédentes du filtre d'ordre n utilisées'pour calculer 20 chacune des sorties du filtre d'ordre n divisé par u, q = un nombre entier égal au nombre de sorties précédentes successives du filtre d'ordre n utilisé.esjpour calculer chacune des sorties du filtre d'ordre n divisé par u, 1^ et k, = constantes de multiplication appliquée aux circuits 25 multiplicateurs dans le filtre modifié pour répondre à vin besoin de filtrage donné, où ces constantes se présentent dans u jeu, chacun des jeux comprenant des valeurs spéciales pour 1Q à lp et k^ à k , S"1 - opérateur de transfert z qui correspond à un retard de i 30 périodes d'échantillonnage de l'entrée du filtre, et n = nombre maximal d'entrées successives précédentes ou de sorties successives précédentes utilisées pour produire , chacune des sorties du filtre d'ordre n, et un circuit supplémentaire) (14) est connecté au filtre modifié afin 35 d'appliquer un jeu de constantes de multiplication à wos circuits multiplicateurs chaque foie que le filtre modifié est utilisé sur une entrée codée de sorte que les BAD ORIGINAL 69 04963 3 2002883 jeux front utilises pour les u opérations, respectivement, = v.r chaque entrée codée do filtre d'ordre n. Dan? -.n. premier/modo de rsali-v-"tion de, l'invention, chacune des entré s numérique-; est appliquée au -filtre modifie jur une 5 & = ïic. oooplët.; do cer. variation:-:, j 1-: diverses sorties du filtre ainsi produites .otar.o iditionne-e.-* pour produire la sortie numé-- riqu» modifiée roula . Dan: un autre mocu d. réalisation, on utilise ur_ circvi" de. réaction de telle sorv e qu3 chacune dos outrées numériques est romiat on circulation à travers le filtre 10 jusqu'à co eue toutes les variations don multiplicateurs se soient produites et à eu morne-ub la sortie du filtre constitue la sorti, numérique modifie., voulue. Un aspect particulier do la présente invention .résidu par suite dans ].1 utilisation répétée d'un filtre numérique modifié, 15 les constantes de multiplication des circuits multiplicateurs du filtre étant changées chaque fois qu'on l'utilise. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront au cours de la description détaillée qui va suivre, faite t.n regard du dessin annexé qui donne à titre 20 explicatif, mais nullement limitatif un certain nombre do formes de réalisation conformes à 1'invention. Sur le dessin, li.s figures 1 et 4 sont des schémas synoptiques représentant divers modes de réalisation de l'invention, 25 la ?.igurc 2 est un filtre numérique de huitième ordr-v; ; et la figure 3 est une version modifiée du filtré de la figure 2, tel qu'il est utilisé pour mettre en pratiqué la présente invention. La figure 1 représente un premier mode do réalisation ds .. 30 l'invention. Chacune des entrées numériques Â est emmagasinée temporairement dans un registre d'emmagasinage 11. Pendant qu'elle est emmagasinée dans le registre 11, l'entrée est appliquée à un filtre modifié 12 dont les sorties sont à leur tour accumulées dans un accumulateur 13. 35 Gomme expliqué plus en détail plus loin, le filtre 12 com prend une série de circuits multiplicateurs. Des jeux de constantes de multiplication de ces circuits sont fournis d'une manière successive par une mémoire 14 de lecture seulement, laquelle BAD ORIGINAL 04963 4 2002883 est minutée par un circuit de minutage 15. Le circuit de minutage 15 minute également le registre 11 ut l'accumulateur 13. Lorsqu'il est on fonctionnement, le registre 11 est minute de toile sorte •qu.î chacune des entrées numériques'est appliquée au filtre 12 jusqu'à ce que tou^ les jeux do constantes de multiplication Rient été extraits de le. mémoire 14, et l'accumulateur 13 est minuté de telle sorte qut/chacune cU fos sorties est constituée par l1 p.ccumulâtior. d'un nombre"-"particulier de sorties du xiltr-u 12. Gomme s'en rendront compta l.s spécialiste-:, le mode de réalisation peut être co".çu de telle sorte que les chiffres de chacune deo entrées numériques et de chacune des sorties puissent apparaître soit sous uns forme en parallèle ce série. L 1'exception du filtre numérique modifié 12, tous ces éléments sont des montages classiques qu'on trouve dans la technique antérieure. Pour comprendre le filtre modifié 12 ainsi que le fonctionnement et les avantages présentés par l'invention, dans la description qui va suivre on commencera-par considérer un filtre numérique d'ordre n où n = 8. À la suite de cet examen, on examinera une version modifiée de ce filtre type qui, lorsqu'il est utilisé comme indiqué sur la figure 1, se traduit par un fonctionnement du système identique à celui du filtre type. Une comparaison de- ce filtre modifié et du filtre non modifié montre immédiatement la réduction du nombre de circuits multiplicateurs. De plus, cette description permettra aux spécialistes de modifier facilement d'autres filtres numériques de la technique antérieure pour les utiliser afin de mettre en pratique la présente invention. La figure 2 représente un filtre numérique de huitième ordre présentant la configuration qu'on voit sur la figure 7.16a de l'article indiqué précédemment "DigitalEilters" par J.F. Kaiser et sur la figure 4 de l'article indiqué précédemment qui est paru dans le Proceedings of the: IEEE. Bien que les symboles de l'article de Kaiser aient pu être utilisés dans cette demande de brevet, on a. utilisé les symboles de l'article des Proeeedings of the IEEE du fait que cette publication peut ctre obtenue pl^° facilement par les personnes intéressées. Le filtre de la figure 2 comprend des circuits additionneurs d'entrée et de sortie 16 et 17, des circuits multiplicateurs de 21 à 28 et de 30 à 38? et des circuits temporisateurs $AD ORIGINAL 69 04963 5 2002883 de 41 à 48. Tous ces circuits, dont certaine d'entre eux sont indiqués psr les pointillés, sont bien entendu des circuits numériques. De plus, les circuits temporisateurs comprennent fréquemment des registres d'emmagasinage qui sont rythmés par une source 5 de minutage do manière h produire des sortlos retardées synchronisées à des intervalles de temps égara: à ï. L'additionneur 16 reçoit une donnée numérique d'entrée et des sorties des circuits multiplicateurs de 21 à 28, tandis que l'additionne tir 17 reçoit des sorties des circuits multiplicateurs 10 de 30 à 38. le sortie de l'additionneur 16 est appliquée à un circuit multiplicateur 30 et également aux circuits temporisateurs montés enjsérie de 41 à 48. les entrées des multiplicateurs de 21 à 28 et de 31 à 38 sont constituées par les sorties des circuits temporisateurs, les multiplicateurs do 21 à 28 et de 30 à 15 38 reçoivent également des constantes de multiplieation-K^ à -Kg et Lq à 1g, respectivement. Comme indiqué par l'équation (8) de l'article des Proceedings of IEEE, un filtre numérique d'ordre n présente une caractéristique de transfert qui est décrite par la fonction du système: 20 T -i > L. z 1=0 H(z) = m i+ Z \ s-1 i=l où : r = nombre d'entrées précédentes successives utilisées pour 25 calculer chacune des sorties, . m = nombre de sorties successives précédentes utilisées pour calculer chaque sortie, L. et K. = constantes de multiplication servant à répondre à lin besoin de filtrage donné, 30 z*"1 = opérateur do transfert z qui correspond à un retard de i périodes d'échantillonnage de l'entrée du filtre, et n = la valeur maximale des nombres entiers r et m. Sur la figure 2, r = m = n = 8 Suivant la présente invention, on réalise un filtre d'ordre 35 n en utilisant un filtre d'ordre n modifié tel que celui de la figure 1. Ce filtre modifié doit présenter mie caractéristique de transfert décrite par la fonction du système : BÀD ORIGINAL 69 04963 2002883 p -i IE 1- 2 H*(z) = î 5 g " . l + X k± * i=l où : 1^ et = constantes de multiplication appliquée aux circuits multiplicateurs du filtre modifié pour répondre 10 à un "besoin de filtrage donné, ces constantes se pro duisant dans u jeux, chaque jeu étant constitué par des valeurs spéciales pour 1Q à 1^ et pour k^ à k^, p = un nombre entier égal à r/u et q = un..nombre entier- égal à m/u. 15 la figure 3 représente le filtre de la figure 2 modifié de façon à répondre à cette dernière fonction. Ce filtre modifié comprend des circuits additionneurs d'entrée et de sortie 50 et 51, des circuits multiplicateurs 52 à 56 ot huit circuits temporisateurs montés en série 57 à 64. Dans un filtre modifié, 20 u = 4 de sorte que p = q = 2. Pour chaque entrée du registre d'emmagasinage 11, la mémoire de lecture seulement 14 de la figure 1 doit de ce fait fournir, successivement, quatre jeux de constantes de multiplication, à savoir : (i) -kti> - k2i' 1ir ^21 ' 25 (2) «-lej 2 ' ***^"22' "*"02* -^12* ~^"22 ' (3) —Iqj* ^13' "^23 ? (4) ~k-]4» "k24* 1o4» 114' 124" De plus, du fait que u = 4, quatre jeux de données doivent être emmagasinées entre l'entrée du circuit multiplicateur 54 30 et les entrées de circuits multiplicateurs 52, 55 et quatre jeux de données doivent être emmagasinées entre les entrées des circuits multiplicateurs 52, 55 et les entrées des circuits multiplicateurs 53, 56. Une manière de réaliser ceci consiste à utiliser un registre recevant une impulsion de rythme à des inter-35 valles de ï/4 pour chacun des circuits temporisateurs de 57 à 64. lorsqu'on utilise le filtre modifié de la figure 3 dans le mode de réalisation de la figure 1, la figure 1 présente les Bad ORIGINAL 04963 7 2002883 caractéitlstiques d'un filtre numérique du huitième* ordre, c 'esta—lire que sr caractéristique est le même que celle du filtre -représenté sur- 1p. figure 2. In Se reportent à la figure 3, d'une manière plus générale, il exista u jeux de conctr.?ttos de multiplication et u circuits temporisateurs dans chaque groupe de circuits t ciaporisa tour s, eiiacue circuit assurant 'm retard de î/u. De plue, tandis que le filtre de le. figure 2 nécessite (2n + 1) circuits multiplicateurs, la filtre modifié r!amende + 1) circuits multiplicateurs, e'est-à-dirc 2n (1 - ~) circuits multiplicateurs de moins. Dans l'exemple donné, or. r supprimé douze circuits multiplicateurs. O-T-'cc économie d circuits multiplicateurs est particulièrement intéressante dans un service à canaux multiples où la mémoire de lecture seulement 14 et le circuit de minutage 15 sont partager: par des filtres se trouvant dans les oanaux respectifs. _^ant de décrire l'autre mode de réalisation représenté, il convient de not.-r un certain nombre d'autres caractéristiques do l'invention. D'abord, la présente invention n;. se limite pas uu fonctionnes ,;it d'un filtre d'ordre pair. Un filtre de septième ordre peut être réalisé, par exemple, -en permettant à des constantes de multiplication appropriées des jeux indiqués plus haut d'être égales à zéro. Secondement, le filtre modifié ne se limite pas à celui qui a été représenté mais peut être tiré do n'importe quel filtre d'ordre n connu et de plus il peut comporter une version modifiée d'un, mode de réalisation de la présente invention. le mode de réalisation représenté sur la figure 4 est semblable à celui de la figure 1. La différence entre oea deux modes de réalisation réside dans le remplacement du registre d'emmagasinage 11 et de l'accumulateur 13 par des commutateurs 65 et 66, respectivement, et par un circuit de réaction 67 monté entre les commutateurs. Lorsque le commutateur 65 est à la position a, la donnée numérique d'entrée est introduite dans lo filtre modifié 12. ^u contraire, lorsque lo commutateur 66 est à la position b, la donnée oui apparaît sur le circuit de réaction 67 est introduite dans le filtr ■ modifié 12. De même, lorsque le commutateur 66 est à la position la sortie du filtre modifié 12 est la sortie du mode de réalisation, tandis que lors- BAB ORIGINAL 69 04963 „ 2002883 ,u qu'il est à In position - b , à. la sortie du filtre modifié est appliquée au circuit do réaction 67. Lorsqu'il ect on fonctionnement, le mode-de réalisation de la figure 4 reçoit une entrée numérique du fait -que lo commu-5 tateur" 65 occupe sa position c_. Los ~commutateurs 65 et 66 passe alors à leur.«3 positions b de sort.; qu'un nombre- prédéterminé de sorties du filtre 12 sont remises en circulation à travers le _f_M tre 12 au moyen du dr cuit de réaction 67. Les constantes de multiplication. cent. changée3 chaque fois qu'une donnée traverse le - 10 filtre modifié 12. Les commutateurs 65 et 66 reviennent alors .à leurs positions"a do sorte qu'une nouvelle entrée numérique peut . être reçue par le filtre 12 tandis que la sortie du filtre sert ds sortie du mode dé réalisation. Dans certains montages, ces '5 commutateurs peuvent commuter simultanément tandis que dans 15 très montages l'un commute avant l'autre. Ce mode de réalisation de la présente invention utilise de2 filtres numériques de n. ordre modifiés comme décrit plus haut par rapportai! mode de réalisation de la figure 1. De plus, toutes les autres remarques données plus haut s'appliquent aussi 20 bien au présent mode de réalisation. Comme s'en rendront compte les spécialistes, il convient de noter que le choix du mode de' réalise.tion de l'invention constitue un facteur pour déterminer.-les constantes de multiplication. .r Il va de soi que la présente invention n'a été décrite; et" 25 représentée qu'à titre explicatif mais nullement limitatif, et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de.sôîT" cadre. BAD OW6ML 04963 s 2002883 —aBTOHI)ICAIIOIIS~ 1) Filtre numériquv, d'ordre n comportant dot? "bernes d'entrée et de sortie servant à traiter des voleurs numérique;:» d'un signal d'entrée échantillonné ut codé afin de produire des valeurs numériques qui puissent etre décodées pour donner une version filtrée du signal d'entrée» filtre caractérisé en ce qu'un filtre numérique modifié (figure 3} est monté entre les borner; d'entrée et de sortie et comprend des circuits multiplicateurs, un premier circuit (11 et 13 eu 65 ut 66) sert à utiliser le filtre numérique modifié u fois sur chaque entrée codée du filtre numérique d'ordre n» le filtre numérique modifie (figure 3) présentant une caractéristique de transfert décrite par la fonction du système : H'(z) = p 1. s"1 y- 1 i=o 1 + ~> k. z 4—=T 1 i=l -1 où : p = un nombre entier égal au nombre d'entrée successives précédentes du filtre d'ordre n utilisées pour calculer chacune des sorties du filtre df ordre n divisé par u, q = un nombre entier égal au nombre de sorties précédentes successives du filtre d'ordre n utiliséesfpour calculer chacune des sorties du filtre d'ordre n divisé par u, 1^ et k^ = constantes de multiplication appliquées aux circuits multiplicateurs du filtre modifié pour répondre à un besoin de filtrage donné» où ces constantes se présentent dans u jeux, chaque jeu comprenant des valeurs spéciales de 1 à 1 et de k, à k , fai 0 P 1 q v- - opérateur de transfert z correspondant à un retard de i périodes d'échantillonnage de l'entrée du filtre, et n - valeur maximale des entrées successives précédentes ou des sorties successives précédentes utilisées pour produire chaque sortie du filtre d'ordre n, et un circuit supplémentaire (14) étant connecté au filtre modifié afin d'appliquer un jeu de constantes de multiplication à ses circuits multiplicateurs chaque fois que le filtre modifié est utilisé sur une entrée codée de telle sorte que les jeux sont BAD OfifGlNA 04963 10 2002883 utilisés pour les u opérations, respectivement, effectuées sur chaque entrée codée du filtre d'ordre n. 2) Filtre numérique drordre n servant à traiter des valeurs numériques d'un signal d'entrée échantillonné et codé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le premier circuit comprend un circuit de réaction servant à remet-',re en circulation l'entrée reçue par la borne d'entrée (u - l) fois à travers le filtre modifié et à appliquer ensuite la sortie remise en circulation, du filtre modifié aux bornes de sortie. 3) Filtre numérique d'ordre n servant à traiter des valeurs numériques d'un signal d'entrée échantillonné et code suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le premier circuit comprend des moyens de commutation servant à déconnecter le filtre numérique modifié des bornes d'entrée et de sortie et à o.onneccer le filtre inumérique modifié à un circuit de réaction servant à remettre en circulation les signaux d'entrée à travers le filtre numérique modifié. BAD ORIGINAL