CN201122938Y - 一种音频增量总和dac中插零数字滤波器的结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公告了一种音频增量总和DAC中插零数字滤波器的结构，包括：寄存器组(310)、存储单元(305)和乘加单元(315)，其特征在于，还包括滤波系数及数据地址产生单元(300)，所述滤波系数及数据地址产生单元(300)产生的滤波系数地址和滤波数据地址分别同时被输入到存储单元(305)和寄存器组(310)中，并根据所输入的地址数据分别从所述据寄存器组(310)和存储单元(305)中读出相应的数据，并输入到乘加单元(315)进行滤波运算。有益效果在于可以在使用单一乘加器的滤波器结构中得到应用，以较低的速率实现高阶的滤波工作，从而提高了效率，减少了高频信号可能对模拟电路带来的影响并降低功耗。

Description

一种音频增量总和DAC中插零数字滤波器的结构

技术领域

本实用新型涉及DAC中一种数字滤波器结构，，特别的涉及一种多媒体片上系统(SoC)音频增量总和数模转换器中插值滤波器的结构。

背景技术

随着多媒体应用需求的急剧增加，不少与音、视频相关的多媒体模块都被直接集成到了片上系统(SoC)中，导致芯片面积不断增大，同时由于不少音、视频模块都涉及到模拟电路，从而大大增加了芯片设计的难度。

由于使用增量总和调制技术的DAC(数模转换器)能更容易达到高精度，并能将大部分的转换工作从模拟域转换到数字域中进行，并且使用低至一位的量化器进行数据量化，大大简化了模拟电路的设计，节约芯片面积，因而特别受到青睐。

对于通常的增量总和数模转换器，输入的音频信号经过插值、调制和恢复三个主要过程就能将输入的数字信号恢复成相应的模拟信号。对于每一独立的音频数据输入通道输入的是一组以奈奎斯特速率采样的多比特数字信号，例如，在一种便携式CD播放器中，16位数字输入信号频带为0到20kHz，而奈奎斯特采样速率可以是44.1kHz。

输入数字音频信号首先要进行插值的滤波处理，这种插值滤波可以理解为一种过采样过程，这是整个增量总和数模转换器数据处理的第一步，其好坏将影响到后续调制器的输出结果和整个数模转换器的性能，因而具有非常重要的作用。信号首先要被插值到一个相对较高的频，为了不影响音频本身信号的特性，该插值过程通常采用插零的方式进行，经过该步骤处理后得插值后的信号。然而，由于采用增量总和技术设计的数模转换器过采样率一般都比较高，为了消除因过采样产生的高频镜像对数字滤波器的要求也相对较高，为了达到高效滤波效果，滤波器也不得不工作在较高的频率。因此，插值滤波器对整个系统的功耗和面积都有很大的影响。

例如，当过采样率为4倍，在典型的数字音频应用中，经过数字滤波后的信号输送至增量总和调制器，产生1比特输出信号，该调制后的信号频带外包含大量的量化噪声。由于在调制器中输出的是1比特数字信号，此时就可以采用具有良好线性特性的1比特数模转换器来将这个数字信号转换为模拟信号，信号频带外仍然包含有大量的量化噪声，此时还没有对量化噪声进行处理。接下来可用模拟滤波器滤除这些带外量化噪声就得到了最终需要的信号，这种模拟滤波器通常由开关电容滤波器和连续时间滤波器组成。过采样增量总和调制过后就可采用线性度非常好的1bitD/A转换器进行转换。同时，过采样降低了对模拟滤波器的要求。可见过采样增量总和调制将大大简化模拟部分的设计要求。

目前现有技术中一种典型的增量总和DAC结构如附图1所示，它包含一个用于提升数据速度的插值滤波器100、实现增量总和调制的调制器105、具有1比特数模转换器功能的开关电容滤波电路110和输出级的模拟低通滤波器115。

插值滤波器100中包含有插零滤波器和采样保持插值滤波器。其中插零滤波器的结构如图2所示，包括数据寄存器205、滤波系数200、插零单元215和乘加单元210，所述插零滤波器中插值和滤波是分两步进行的，首先，将每一个输入到插零滤波器中的待滤波数据在插零单元215中根据插值倍数插入相应的零值，然后再将该插值后的数据与滤波系数相乘并累加得到最终输出的滤波数据。该结构存在明显的缺点，首先，插入的零值数据需要占用相应的存储空间即数据寄存器205进行存储，当插值倍数比较高的时候需要存储器容量也增加相应的倍数，增加了芯片的面积。其次，零值的运算实际上对滤波计算值的输出并没有任何的影响，但却占用了与其它非零值数据相同的计算时间，因此使用该方法的系统对时钟的速度相对较高，最终导致芯片功耗的增加。

发明内容

本实用新型针对目前音频增量总和数模转换器中寄存器使用量高，且工作时一直保持在相应较高频率的问题，提出了一种音频增量总和数模器中高效实现插零数字滤波的结构，包括：用于暂存输入的滤波数据的寄存器组、用于存储滤波系数的存储单元以及乘加单元，其特征在于，还包括系数与数据地址产生单元，所述系数与数据地址产生单元产生的滤波系数地址和滤波数据地址分别同时被输入到寄存器组和存储单元中，并根据所输入的地址数据分别从所述据寄存器组和存储单元中读出相应的数据，输出数据输入到乘加单元进行滤波运算。

所述系数与数据地址产生单元根据输入的插值倍数和滤波器节数两个控制信号产生滤波系数在存储器组中对应的地址和滤波数据在存储单元中对应的地址。

所述滤波系数产生的地址不连续，而由所需插零的个数自动跳转产生。

本实用新型的有益效果在于可以在使用单一乘加器的滤波器结构中得到应用，以较低的速率实现高阶的滤波工作，从而提高了效率，减少了高频信号可能对模拟电路带来的影响并降低功耗。

本实用新型将插零采样过程融合到数字滤波过程中，使用滤波系数/数据地址产生单元控制滤波数据和系数的匹配，并通过寄存器对插零个数实现可配，滤波器可自动重新配置滤波系数/数据的匹配关系，使其可适应不同的插零个数，从而实现高效的数字内插滤波工作，增加该类滤波器的灵活性和节约了零值的存储和计算，减少了滤波数据寄存器的数量，从而节约了芯片的面积，且通过提高滤波效率和降低系统的工作频率以达到控制功耗的目的。

附图说明

图1是典型的增量总和数字模拟转换器结构框图；

图2是现有技术实现增量总和数模转换器中插零滤波器的结构框图；

图3是本实用新型所述增量总和数模转换器中插零滤波器的结构框图；

图4a是现有技术中实现插零滤波器中滤波系数与待滤波数据的关系示意图；

图4b是本实用新型所述插零滤波器中滤波系数与待滤波数据的关系示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型具体实施方式做详细描述。

本实施例以采用一个简单通用的有限响应(FIR)低通滤波器作为数模转换器中的插零滤波器为例，说明数字音频信号进入增量总和数模转换器后插零滤波的工作过程。

图3是本实用新型所述的增量总和数模转换器中插零滤波器的结构框图，所述有限响应(FIR)低通滤波器包括：系数与数据地址产生单元300、寄存器组310、存储单元305和乘加单元315。

其中，系数与数据地址产生单元300用于产生滤波系数地址和滤波数据地址，存储器组310用于暂存滤波数据，存储单元305用于存储滤波系数，以及乘加单元315用于累加求和。

工作时滤波系数和滤波数据并不是直接由高速的时钟驱动直接送到乘加单元315作滤波运算，而是由所述系数与数据地址产生单元300产生的地址控制，所述系数与数据地址产生单元300产生的滤波系数地址数据和滤波数据地址数据分别同时被输入到寄存器组310和存储单元305中，按照插零数目从所述寄存器组310和存储单元305中读出相应的数据，读出数据被输入到乘加单元315进行滤波运算。此过程为了融合插零的效果，滤波系数产生的地址并不是连续的，而是根据插零的数量跳跃地产生。

以插零倍数4为例，如图4a所示，现有技术中插零滤波器需要对每一个输入的待滤波数据插入3个零值以保持数据与滤波器系数一一对应，从而达到插值滤波的效果。本实施例如图4b所示，待滤波的数据顺序输入并不进行插零处理，而是通过系数和数据地址单元产生的地址输出滤波系数，滤波系数地址的生成根据插零的个数进行自动跳转，输入数据1、数据2、数据3直到数据N，与其对应的滤波系数顺序为系数1、系数5、系数9直到系数N。

本实用新型工作原理如下：

在滤波器工作前，首先判断滤波系数是否为固定值，如果滤波系数是以非固定值形式存储，则进入步骤一。

步骤一、将滤波系数装载到存储单元305中，同时插值倍数和滤波器节数被输入到滤波系数与数据地址产生单元300中的控制寄存器；

如果滤波系数是以固定值形式存储则直接进入步骤二。

步骤二、滤波器中系数与数据地址产生单元300根据输入的插值倍数和滤波器节数两个控制信号开始自动计算滤波系数在寄存器组310中对应的地址和滤波寄存器应输出的存储数据；

步骤三、输出的滤波系数地址和滤波数据地址同时被送到寄存器组310和存储单元305中，两存储器根据输入的地址输出相应位置的存储数据；

步骤四、由存储单元305和寄存器组310输出的滤波系数和滤波数据同时被送到乘加单元315进行滤波运算；

步骤五、根据滤波器的节数需要进行多次的乘加操作，在新的滤波数据输入前，滤波器在滤波系数和数据地址产生单元的控制下，根据滤波器节数和插零个数重复步骤二至步骤四的处理过程，最终产生插值滤波输出结果；

步骤六、当一个完整的滤波过程完成后，新的滤波数据被送入滤波器，滤波器重新执行步骤二至步骤五，实现连续的插零滤波工作。

上述的方法可用于任意类型的插零滤波器，如等纹波、半带、梳状滤波器等，而不局限于单一滤波器类型。

本实用新型将插零采样过程融合到数字滤波过程中，使用滤波系数/数据地址产生单元控制滤波数据和系数的匹配，并通过寄存器对插零个数实现可配，滤波器可自动重新配置滤波系数/数据的匹配关系，使其产生可适应不同的插零个数，从而实现高效的数字内插滤波工作。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1. 一种音频增量总和DAC中插零数字滤波器的结构，包括：用于暂存输入的滤波数据的寄存器组(310)、用于存储滤波系数的存储单元(305)和乘加单元(315)，其特征在于，还包括滤波系数及数据地址产生单元(300)，所述滤波系数及数据地址产生单元(300)产生的滤波系数地址和滤波数据地址分别同时被输入到存储单元(305)和寄存器组(310)中，并根据所输入的地址数据分别从所述据寄存器组(310)和存储单元(305)中读出相应的数据，并输入到乘加单元(315)进行滤波运算。

2. 如权利要求1所述一种音频增量总和DAC中插零数字滤波器的结构，其特征在于，所述滤波系数及数据地址产生单元(300)根据输入的插值倍数和滤波器节数产生滤波系数在存储器组(310)中对应的地址和滤波数据在存储单元(305)中对应的地址。

3. 如权利要求1所述一种音频增量总和DAC中插零数字滤波器的结构，其特征在于，所述滤波系数产生的地址不连续，而由所需插零的个数自动跳转产生。

Images