Beschreibung Digitales Tiefpaßfilter für digitale Signale und Verfahren zur Verarbeitung eines digitalen Signales Die Erfindung betrifft ein digitales Tiefpaßfilter für digi- tale Signale sowie ein Verfahren zur Verarbeitung von digita- len Signalen. Tiefpaßfilter werden oft dann eingesetzt, wenn aus einem Nutzsignal kurze Störsignale ausgefiltert werden sollen, da solche Störsignale Fehler verursachen können.

Tiefpaßfilter sind in der Regel als Analogfilter aufgebaut.

Ihre grundlegende Struktur ist beispielsweise aus"U. Tietze, Ch. Schenk : Halbleiterschaltungstechnik, Springer-Verlag, 11. Auflage, Seite 1350 ff."bekannt. Bei analogen Filtern besteht das Problem, daß je nach Auslegung des Filters neben den Störsignalen auch das Nutzsignal verändert wird. Bei der Einbettung eines analogen Filters in einen Halbleiterchip sind die Filtereigenschaften zudem stark von der Herstel- lungstechnologie abhängig. Darüberhinaus sind analoge Filter nicht programmierbar, sondern die Filterparameter sind nur hardwaretechnisch einstellbar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein digita- les Tiefpaßfilter anzugeben, der die o. g. Probleme der Nutz- signalbeeinflussung nicht aufweist, programmierbar und dar- über hinaus einfach im Aufbau ist. Außerdem soll ein Verfah- ren angegeben werden, mit dem sich digitale Signale einfach filtern lassen.

Die erste Aufgabe wird gelöst durch ein digitales Tiefpaßfil- ter für digitale Systeme mit einem Flankendetektor, dessen Eingang mit einem Anschluß für ein Filter-Eingangssignal mit zwei möglichen Pegeln verbunden ist, einem Zähler, der einen Eingang für ein Taktsignal und einen mit dem Flankendetektor verbundenen Reset-Eingang aufweist, einem zwei Zustände auf- weisenden Zustandsspeicher, der mit dem Zähler und dem An- schluß für ein Filter-Eingangssignal verbunden ist, wobei

durch den Zustand des Zustandsspeichers der Pegel eines Aus- gangssignals des Filters bestimmt ist, und wobei der Zu- standsspeicher bei Erreichen eines festlegbaren Zählerstandes einen von den Pegeln des Eingangssignales abhängenden Zustand einnimmt.

Ein derartiges Tiefpaßfilter verzögert das Eingangssignal so lange, bis der Zähler den festlegbaren Zählerstand erreicht hat. Nach dieser Zeitspanne ist klar, daß es sich bei dem mo- mentan anliegenden Pegel nicht um ein Störsignal handelt, sondern um ein Nutzsignal. Infolgedessen wird das Eingangs- signal nun als Ausgangssignal weiter gegeben.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Verarbeitung eines digi- talen Signales gliedert sich in zwei Teilverfahren, wobei in einem ersten Teilverfahren eine Zählervariable bei einer Flanke des Eingangssignales auf einen Startwert gesetzt und anschließend die Zählervariable durch ein vorgegebenes Takt- signal schrittweise erhöht oder erniedrigt wird, und einem zweiten Teilverfahren, in dem eine zwei mögliche Werte auf- weisende Zustandsvariable bei Erreichen eines festlegbaren Zählerstandes auf einen vom dem Signalzustand des Eingangs- signales abhängenden Wert gesetzt wird, und wobei durch den Wert der Zustandsvariablen der Signalzustand eines Ausgangs- signales bestimmt wird.

In vorteilhaften Ausführungen ist die Periodendauer des Takt- signales kleiner als die minimale Impulsdauer eines zu erwar- tenden Nutzsignales. Vorteilhaft ist es, wenn die Perioden- dauer des Taktsignales mindestens 10 mal kleiner als die mi- nimale Impulsdauer des zu erwartenden Nutzsignales ist.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt :

Figur 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Tiefpaß- filters, Figur 2 ein Zustandsdiagramm des Zustandsspeichers des Tief- paßfilters von Figur 1 und Figur 3 die zeitlichen Signalverläufe eines Tiefpaßfilters gemäß den Figuren 1 und 2.

Bei einem digitalen Tiefpaßfilter gemäß der Figur 1 liegt ein Eingangssignal IN an einem Flankendetektor ED an. Zudem ist das Eingangssignal IN auf einen Zustandsspeicher FSM geschal- tet. Der Ausgang des Flankendetektors ED ist in Figur 1 über eine ODER-Verknüpfung mit einem Reset-Eingang eines Zäh- lers BC verbunden. Der Zähler besitzt einen Takteingang, an dem ein Taktsignal clk anliegt. Eine Flanke des Eingangs- signales IN wird durch den Flankendetektor ED festgestellt, so daß dieser ein entsprechendes Signal an den Reset-Eingang des Zählers BC übermittelt. Die ODER-Verknüpfung ermöglicht die Einkopplung eines externen Reset-Signales. Dadurch wird der Zähler BC auf einen Startwert gesetzt. Durch das Taktsi- gnal am Takteingang CLK wird der Zählerstand schrittweise er- höht. In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform könnte der Zählerstand auch erniedrigt werden. Durch die An- ordnung mit dem Zähler BC und dem Flankendetektor ED ist eine Zeitbasis realisiert, denn der Zähler BC kann einen Wert N nur dann erreichen, wenn die Dauer eines Impulses des Ein- gangssignales IN mindestens N * Tclk andauert. Bei kürzerer Dauer des Impulses wird der Zähler BC durch die abfallende Flanke des Impulses bzw. die ansteigende Flanke des nächsten Impulses wieder zurück gesetzt. Anhand des Zählerstandes des Zählers BC ist also erkennbar, wie lange ein Impuls des Ein- gangssignales dauert. Dies bezieht sich nicht nur auf den HIGH-Pegel, sondern ebenso auf den LOW-Pegel. Präziser formu- liert kann man sagen, daB anhand des Zählerstandes des Zäh- lers BC erkennbar ist, wie lange ein Signalzustand des Ein-

gangssignales IN vorliegt. Die Zeitmessung ist umso genauer, je kürzer die Peroidendauer Tclk des Taktsignales ist und de- sto größer dadurch der Wert N wählbar ist.

Die Information des Zählerstandes wird an den Zustandsspei- cher FSM übergeben. Der Zustandsspeicher FSM ist so ausge- legt, daß ein an seinem Eingang anliegendes Filter- Eingangssignal IN dann als Ausgangssignal OUT weiter geschal- tet wird, wenn der Zählerstand den festlegbaren Wert N er- reicht. Das Filter-Ausgangssignal OUT folgt also dem Filter- Eingangssignal IN mit einer definierten Verzögerung, die un- gefahr N * Tclk entspricht.

Das Umschalten der Zustände des Zustandsspeichers FSM ist an- hand der Figur 2 verdeutlicht. Als Anfangszustand wird ange- nommen, daß sich der Zustandsspeicher FSM im Zustand"0"be- findet. Solange der Zählerstand nicht den festlegbaren Wert N erreicht, bleibt der Zustandsspeicher in diesem Zustand. Erst wenn am Filtereingang ein HIGH-Signal anliegt und der Zähler- stand den Wert N erreicht, wird der Wert des Zustandsspei- chers FSM auf"1"gesetzt. In diesem Zustand verbleibt der Zustandsspeicher FSM wiederum, so lange der Zählerstand BC den Wert N nicht erreicht. Erst bei Anliegen eines LOW- Signals am Filtereingang und einem Zählerstand größer oder gleich N schaltet der Zustandsspeicher FSM in den Zustand"0" zurück.

Die Bedeutung für die Verarbeitung eines Signales am Fil- tereingang IN ist anhand der Figur 3 dargestellt. Der digita- le Tiefpaßfilter soll Signale unterhalb einer bestimmten Zeitdauer als Störsignale ausfiltern und Signale, die länger andauern, als Nutzsignale passieren lassen. Als Grenzwert zwischen Störsignal und Nutzsignal ist eine Impulsdau- er Tmaxspike definiert. Signale, die kürzer als Tmaxspike an- liegen, sind demnach Störsignale und Signale, die länger an- liegen, sind als Nutzsignale einzustufen. Die Länge des Ein- gangsimpulses ist über die Anzahl der Taktperioden des darun-

ter dargestellten Taktsignales feststellbar. Im vorliegenden Beispiel wäre n also mit 3 zu bemessen, so daß also mit Er- reichen des Zählerstandes 3 ein Nutzsignal vorliegt. Norma- lerweise ist das Eingangssignal nicht synchron mit dem Takt- signal. Die Verzögerung zwischen dem Eingangssignal und dem Durchschalten auf den Filterausgang liegt also zwischen N * Talk und (N + 1) * TClkv Entsprechendes gilt für die Festlegung von Tmaxspikes Die Betrachtung des Filter- Ausgangssignals OUT zeigt also, daß der erste Impuls mit HIGH-Pegel als Nutzsignal zu werten ist und demnach das Si- gnal am Filter-Ausgang nach Tmaxspike auf HIGH springt. Mit der fallenden Flanke dieses ersten Impulses wird der Zähler zurückgesetzt und beginnt bei"0"neu zu zählen. Auch der Im- puls mit LOW-Pegel dauert länger als Tmaxspike an, so daß auch dieses Signal nach Tmaxspike auf den Ausgang weiter ge- schaltet wird. Der nächste Impuls mit HIGH-Pegel dauert je- doch nur eine Taktperiode des Taktsignales clk an, so daß dieser als Störimpuls gewertet wird und das Signal nicht am Filterausgang als Ausgangssignal OUT erscheint.

Wenn man annimmt, daß die Frequenz des Taktsignales 100 MHz beträgt, ergibt sich daraus eine Periodendauer TCLK des Takt- signales von 10 ns. Weiterhin wird beispielsweise angenommen, daß die maximale Dauer eines Störimpulses 100 ns betragen soll. Daher muß der Wert N des Zählerstandes, bei dem ein Im- puls des Eingangssignales IN als Nutzsignal erkannt wird, zu N = 10 festgelegt werden. In diesem Fall würde ein Eingangs- puls mit einer Dauer größer als 110 ns = (N+1) * Tclk auf den Ausgang weiter geschaltet werden und Impulse, die kürzer als 100 ns = N * TClk anliegen, würden unterdrückt werden. Imulse mit einer Dauer zwischen 100 ns und 110 ns können je nach Phasenlage zu dem Taktsignal als Störimpuls ausgefiltert oder als Nutzsignal auf den Ausgang weiter geschaltet werden.

Der Zähler BC des digitalen Tiefpaßfilters ist in einer vor- teilhaften Ausführung als n-bit Binärzähler ausgelegt. Aber auch andere Zählervarianten sind denkbar. Üblicherweise wird

der Zähler auf einen Startwert von Null zurückgesetzt, wenn ein entsprechendes Signal am Reset-Eingang anliegt. Es kann auch ein Rückwärts-Zähler eingesetzt werden, der bei einem anderen Startwert beginnt und dann bis Null zurückzählt. Wie in der Figur 1 gezeigt, kann für den Filter ein zusätzlicher Reset-Eingang vorgesehen werden, der über eine ODER- Verknüpfung mit dem Ausgangssignal des Flankendetektors ED verknüpft ist. Das durch das digitale Tiefpaßfilter durchge- führte Verfahren kann neben einer hardwaretechnischen Reali- sierungsform auch eine softwaretechnische Realisierungsform annehmen. Dabei können sämtliche Komponenten des Filters softwaretechnisch dargestellt werden, oder aber Teile des Filters, beispielsweise der Flankendetektor, hardwaremäßig ausgeführt und der Rest des Filters softwaremäßig realisiert sein.