РАНГОВЫЙ ФИЛЬТР
RANK FILTER

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для построения функциональных узлов аналоговых вычислительных машин, средств автоматического регулирования и управления, аналоговых процессоров и др.
Известны ранговые фильтры (фиг. 1 в описании изобретения к патенту РФ 2230360, кл. G06G 7/52, 2004 г.; фиг. 1 в описании изобретения к патенту РФ 2284651, кл. G06G 7/52, 2006 г.), которые реализуют выбор минимального, супраминимального, субмаксимального или максимального из четырех входных аналоговых сигналов.
К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известных ранговых фильтров, относятся ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что не допускается обработка семи входных аналоговых сигналов, и недостаточный для их обработки аппаратурный состав.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является принятый за прототип ранговый фильтр (фиг. 1 в описании изобретения к патенту РФ 2702968, кл. G06G 7/52, 2019 г.), который содержит два сортировщика, восемь реляторов и реализует выбор минимального, супраминимального, субмаксимального или максимального из семи входных аналоговых сигналов.
C
P
C
P
К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании прототипа, относится низкое быстродействие, обусловленное тем, что максимальное время задержки распространения сигнала в прототипе определяется выражением τ+5×τ, где τ и τ есть длительности задержек, вносимых сортировщиком и релятором.
Техническим результатом изобретения является повышение быстродействия при сохранении функциональных возможностей и аппаратурного состава прототипа.
2
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в ранговом фильтре, содержащем два сортировщика и восемь реляторов, каждый релятор содержит компаратор, подключенный выходом к первому входу элемента исключающее или, второй вход которого является входом управления релятора, а выход соединен с управляющим входом замыкающего и размыкающего ключей, выходы которых объединены и образуют выход релятора, первым и вторым входами которого являются соответственно неинвертирующий и инвертирующий входы компаратора, присоединенные соответственно к входам замыкающего и размыкающего ключей, выход «med» первого и выход «min» второго сортировщиков соединены соответственно с первым входом пятого и вторым входом шестого реляторов, выходы i-го  и шестого реляторов подключены соответственно к первым входам (i+1)-го и седьмого реляторов, а входы управления первого, третьего, пятого, шестого реляторов и i-й вход k-го  сортировщика соединены соответственно с вторым управляющим и (i+k-1)-ым информационным входами рангового фильтра, особенность заключается в том, что второй вход пятого, первый вход шестого и первый, второй входы первого реляторов соединены соответственно с выходами «med», «max» второго и выходами «max», «min» первого сортировщиков, вторые входы второго, третьего, четвертого, седьмого и первый вход восьмого реляторов подключены соответственно к выходам шестого, пятого, восьмого, первого и седьмого реляторов, а входы управления второго, восьмого и выход четвертого реляторов соединены соответственно с первым управляющим входом и выходом рангового фильтра, второй управляющий и седьмой информационный входы которого подключены соответственно к входам управления четвертого, седьмого и второму входу восьмого реляторов.
На фиг. 1 и фиг. 2 представлены соответственно схема предлагаемого рангового фильтра и схема релятора, использованного при построении указанного фильтра.
1
2
1
8
Ранговый фильтр содержит сортировщики 1, 1 и реляторы 2,…,2.
1
2
1
2
k
5×k-4
5
i
k+5
2
3
4
7
i+1
k+6
6
5
8
1
2
8
1
3
4
5
6
7
k
8
4
2
Каждый релятор содержит компаратор 3, подключенный выходом к первому входу элемента исключающее или 4, второй вход которого является входом управления релятора, а выход соединен с управляющим входом замыкающего и размыкающего ключей 5 и 5, выходы которых объединены и образуют выход релятора, первым и вторым входами которого являются соответственно неинвертирующий и инвертирующий входы компаратора 3, присоединенные соответственно к входам ключей 5 и 5. Выходы «шах», «min» и «med» сортировщика 1 соединены соответственно с первым, вторым входами релятора 2 и k-ым входом релятора 2, выходы реляторов 2, 2 и вторые входы реляторов 2, 2, 2, 2 подключены соответственно к первым входам реляторов 2, 2 и выходам реляторов 2, 2, 2, 2, а входы управления реляторов 2, 2 и входы управления реляторов 2, 2, 2, 2, 2, 2 образуют соответственно первый и второй управляющие входы рангового фильтра, (i+k-1)-й, седьмой информационные входы и выход которого соединены соответственно с i-ым входом сортировщика 1, вторым входом релятора 2 и выходом релятора 2.
1
2
1
7
k
Работа предлагаемого рангового фильтра осуществляется следующим образом. На его первом, втором управляющих входах фиксируются соответственно необходимые управляющие сигналы f, f ∈ {0,1}. На его первый,…, седьмой информационные входы подаются соответственно подлежащие обработке аналоговые сигналы (напряжения) x,…,x. На выходах «max», «med», «min» сортировщика 1 имеем
k1
k2
k3
k1
k2
k3
max(a, a, a)=a ∨ a ∨ a,
k1
k2
k3
k1
k2
k1
k3
k2
k3
med(a, a, a)=a a ∨ a a ∨a a,
k1
k2
k3
k1
k2
k3
min(a, a, a)=a a a,
k1
k2
k3
1
2
где a, a, a и ∨, ⋅ есть соответственно сигналы на его первом, втором, третьем входах и символы операций max, min. Если на входе управления релятора присутствует логический "0" (логическая "1") и сигнал на его первом входе больше либо меньше сигнала на его втором входе, то ключ 5 соответственно замкнут (разомкнут) либо разомкнут (замкнут), а ключ 5 соответственно разомкнут (замкнут) либо замкнут (разомкнут). Следовательно, если на входе управления релятора присутствует логический "0" (логическая "1"), то этот релятор будет выделять на своем выходе наибольший (наименьший) из сигналов, действующих на его первом и втором входах. Таким образом, на выходе предлагаемого рангового фильтра получим
C
P
C
P
При этом максимальное время задержки распространения сигнала в предлагаемом ранговом фильтре определяется выражением τ+4×τ, где τ и τ есть длительности задержек, вносимых сортировщиком и релятором.
Вышеизложенные сведения позволяют сделать вывод, что предлагаемый ранговый фильтр реализует выбор минимального, супраминимального, субмаксимального или максимального из семи входных аналоговых сигналов, имеет такой же как у прототипа аппаратурный состав и обладает более высоким быстродействием.