JP2004015406A - Digital filter circuit - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はディジタルフィルタの構成法に係り、特に多段に構成されるディジタルフィルタにおいて回路規模を削減することができるディジタルフィルタ回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、IIR(無限長インパルス応答)型のサブフィルタでバンドパスフィルタを構成する場合、複数のハイパスフィルタやローパスフィルタを直列に接続して構成していた。個々のハイパスフィルタやローパスフィルタにおけるフィルタのパラメータは設計時に決定し、半導体チップとしてハード化されていた。
【0003】
図3は、このようなIIR型のサブフィルタを多段に接続した従来のバンドパスフィルタの構成を示す回路図である。図3において、サブフィルタ31および32は標準的な2次のIIR型のハイパスフィルタまたはローパスフィルタである。ここでは2次のIIR型フィルタをN個使用し、2×N次のバンドパスフィルタを構成している。
【0004】
ハイパスフィルタとローパスフィルタの回路構成は同様で、フィルタのパラメータを与える乗算係数が違うだけである。サブフィルタ31および32はそれぞれ、乗算器41〜45および61〜65、加算器46、47、51および66、67、71、データラッチ用のレジスタ48〜50および68〜70で構成され、乗算係数は各乗算器について半導体チップ内のハードウェアで固定されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のバンドパスフィルタの構成においては、各ハイパスフィルタやローパスフィルタに乗算器と加算器が含まれており、必要な次数を2×Nとすると、1サブフィルタのN倍の乗算器と加算器が必要であった。そのため、これらの乗算器や加算器のトランジスタ数は非常に多くなり、半導体チップのコストアップを招いていた。
【0006】
また、フィルタを設計する際、サブフィルタのパラメータやサブフィルタの次数(この場合は2×N)は、所望するフィルタ特性を実現できる様に設計されるが、半導体チップの製造過程で特性のバラツキなどが発生した場合に、所望の特性が得られなくてもパラメータの変更や次数の変更などはできなかった。
【0007】
本発明は、かかる従来例の問題点に鑑みてなされたものであり、多段に構成されるディジタルフィルタにおいて、回路規模を削減することができるディジタルフィルタ回路を提供することを目的とする。さらに、本発明は半導体チップ製造後でもフィルタのパラメータ設定や変更が可能で、かつフィルタ次数の変更も可能なディジタルフィルタ回路を提供することも目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明の請求項1に係るディジタルフィルタ回路は、乗算器(1〜5)、加算器(6、7、19)および遅延用ラッチ回路(レジスタ8、9)で構成されるディジタルフィルタ演算回路と、前記ディジタルフィルタ演算回路の出力をラッチするフィードバックレジスタ(10)と、前記ディジタルフィルタ演算回路の入力としてサンプル値入力または前記フィードバックレジスタの出力を選択するセレクタ(17)と、前記乗算器に与える乗算係数を保持する前記乗算器と同数のレジスタ(11〜15)と、前記ディジタルフィルタ演算回路を動作させた後に前記遅延用ラッチ回路に保持された値を退避させ、前記ディジタルフィルタ演算回路を動作させる前に前記遅延用ラッチ回路に前記退避させた値を復元させる制御手段(マイクロコンピュータ16)と、を備えるものである。
【0009】
上記構成によれば、ディジタルフィルタ演算回路を繰り返し使用し、初回はディジタルフィルタ演算回路の入力としてサンプル値入力を選択し、次回からはフィードバックレジスタの出力を選択し、毎回乗算係数を保持するレジスタの値を更新し、ディジタルフィルタ演算回路を動作させた後に毎回遅延用ラッチ回路に保持された値を回数に応じた記憶場所に退避させ、ディジタルフィルタ演算回路を動作させる前に毎回遅延用ラッチ回路に保持された値を回数に応じた記憶場所から復元することにより、繰り返し回数の段数の縦続接続されたディジタルフィルタと同等の動作をさせることができるため、多段構成のディジタルフィルタとして使用することができ、従来の多段構成のディジタルフィルタ回路に比べて回路規模を大幅に削減することができる。
【0010】
さらに、上記構成によれば、ディジタルフィルタ演算回路を繰り返し使用する際に毎回乗算係数を保持するレジスタの値を更新する方式であるため、乗算係数や繰り返し回数の設定を変えることにより、半導体チップの製造後であっても、ディジタルフィルタの特性の変更や調整をすることができる。
【0011】
本発明の請求項2に係るディジタルフィルタ回路は、請求項1記載のディジタルフィルタ回路において、前記乗算係数を保持するレジスタへの乗算係数の設定はマイクロコンピュータにより制御されるものである。
【0012】
上記構成によれば、乗算係数の設定がマイクロコンピュータにより制御されるため、マイクロコンピュータで実行させるソフトウェアにより任意にディジタルフィルタの特性の変更や調整をすることが可能になる。
【0013】
本発明の請求項3に係るディジタルフィルタ回路は、請求項1または2記載のディジタルフィルタ回路において、前記ディジタルフィルタ演算回路は無限長インパルス応答型のディジタルフィルタ回路とするものである。
【0014】
上記構成によれば、多段構成の無限長インパルス応答型のディジタルフィルタ回路において、従来に比べて回路規模を大幅に削減することができ、また、半導体チップの製造後であっても特性の変更や調整をすることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図1は本発明の一実施の形態に係るディジタルフィルタ回路の構成を示す回路図である。図1において、1、2、3、4、5は乗算器、6、7、19は加算器、8、9はデータラッチ用のレジスタであり、これらは標準的なIIR型のフィルタ回路を構成する。
【0016】
さらに図1において、11、12、13、14、15はそれぞれ乗算器1、2、3、4、5に与える乗算係数を保持するレジスタ、16はフィルタ回路を制御するマイクロコンピュータ、17はフィルタ回路への入力を選択するセレクタ、18はセレクタ17の入力選択を制御するフリップフロップ、20は入力端子、21は出力端子である。
【0017】
ここでは実施形態として、フィルタ処理されるデータ幅は14ビットとし、レジスタ11、12、13、14、15は14ビット構成、データラッチ用のレジスタ8、9、10は30ビット構成とする。30ビット必要な理由は、入力データが14ビット、乗算係数が14ビット、乗算後に必要となる可能性のある桁上げに1ビット、符号に1ビットで、計30ビットとなるためである。ただし実施形態はビット数を限定するものではなく、基本構成をかえずにビット数のみを増減できることは言うまでもない。
【0018】
データラッチ用のレジスタ8、9とフリップフロップ18と乗算器の乗算係数設定用レジスタ11、12、13、14、15は、データの読み出し/書き込みのためのアドレスバス、データバス、コントロール信号などでマイクロコンピュータ16に接続されており、マイクロコンピュータで実行されるソフトウェアにより書き込むことができる。また、データラッチ用のレジスタ8、9の内容は、マイクロコンピュータで実行されるソフトウェアにより読み出すことができる。
【0019】
セレクタ17の入力には入力端子20からのフィルタ入力とレジスタ10の出力が接続され、マイクロコンピュータ16からフリップフロップ18をセットあるいはリセットすることによりいずれかの入力が選択される。本実施形態では、フリップフロップ18が0の場合に入力端子20のフィルタ入力が選択され、フリップフロップ18が1の場合にレジスタ10の出力が選択されるものとする。
【0020】
セレクタの出力は乗算器1、2、3に接続され、乗算器1、2、3、4、5と加算器6、7、19とレジスタ8、9からなるIIR型のフィルタ回路で演算が行われ、出力がフィードバック用のレジスタ10にラッチされる。レジスタ10の出力は出力端子21に接続されるとともに、上記のようにセレクタ17に接続されることで、フィルタ回路の演算結果を入力にフィードバックする構成になっている。
【0021】
以上のように構成されたディジタルフィルタ回路の動作について、図2に示すフローチャートを用いて説明する。図1の回路を多段構成のディジタルフィルタとして使用するために、まずステップ201でフィルタの段数Nを設定する。
【0022】
本実施の形態では、N段のサブフィルタを直列に接続する代わりに、図1のディジタルフィルタをN回繰り返して使用することにより多段構成のディジタルフィルタの動作をさせる。そのために、各段のフィルタ動作を終了する度にレジスタ8および9の内容を退避させ、各段のフィルタ動作を開始する前に退避させた値をレジスタ8および9に復元する。
【0023】
レジスタ8および9の内容を退避させる記憶場所は各段において必要になるので、これをR(k,1)およびR(k,2)(k=1〜N)とする。ステップ202では、R(k,1)およびR(k,2)の初期値を0に設定する。
【0024】
次に、ステップ203でディジタルフィルタ回路へのサンプル値Siの入力を待つ。サンプル値Siが入力される度に、ステップ204以下の処理をN回繰り返すことにより、N段のフィルタ動作をさせる。繰り返し制御を行うために、ステップ204で繰り返し変数kを初段を示す1に設定する。
【0025】
初段ではディジタルフィルタ回路にサンプル値Siを入力するので、セレクタ17の入力選択がSiになるように、ステップ205でフリップフロップ18を0にリセットする。なお、サンプル値Siは図示しないラッチ回路により値が保持されているものとする。
【0026】
次に、k=1であるので、ステップ206で初段の乗算係数をレジスタ11〜15にセットし、ステップ207でレジスタ8および9にそれぞれ、R(1,1)およびR(1,2)をロードする。これで図1のディジタルフィルタ回路を初段のディジタルフィルタとして動作させる準備ができたので、ステップ208でディジタルフィルタ回路にクロックを与えてフィルタ回路動作をさせる。
【0027】
ステップ209ではフィルタ動作後のレジスタ8および9の内容をR(1,1)およびR(1,2)に退避させ、次のサンプル値Siの入力時の初段の動作に備える。ステップ210で繰り返し変数kをNと比較し、k<Nであればステップ211に進み、次段のフィルタ動作に備えてkに1を加え、さらに、セレクタ17の入力選択でフィードバック用のレジスタ10からフィードバックされた値を選択するように、ステップ212でフリップフロップ18を1にセットする。
【0028】
再びステップ206に戻り、k段の乗算係数をレジスタ11〜15にセットし、ステップ207でレジスタ8および9にそれぞれ、R(k,1)およびR(k,2)をロードする。これで図1のディジタルフィルタ回路をk段のディジタルフィルタとして動作させる準備ができたので、ステップ208でディジタルフィルタ回路にクロックを与えてフィルタ回路動作をさせる。
【0029】
ステップ209ではフィルタ動作後のレジスタ8および9の内容をR(k,1)およびR(k,2)に退避させ、次のサンプル値Siの入力時のk段の動作に備える。ステップ210で繰り返し変数kをNと比較し、k<Nであればステップ211に進み、k=Nであればステップ203に戻り、次のサンプル値Siの入力を待つ。
【0030】
このようにして、入力端子20にサンプル値Siが入力される度にN段のフィルタ動作が行われ、出力端子21には2×N次のディジタルフィルタ出力の時系列が得られる。
【0031】
以上の説明から明らかなように、本実施の形態においては、ディジタルフィルタのパラメータをソフトウェアによりマイクロコンピュータから任意に設定することができる。またフィルタの段数Nもソフトウェアで任意に設定できる。このことにより半導体チップ製造後でもフィルタの特性を任意に変更することが可能になる。
【0032】
従来、ディジタルフィルタのパラメータや次数はチップ設計時に計算され、半導体チップ内のハードウェアで構成されて製造されるため、製造工程での特性変動や製造バラツキの影響を受けた場合に設計した特性が得られないなどの問題があった。上述したように、本発明によりこの問題を解決することができる。
【0033】
また、従来のバンドパスフィルタは複数のサブフィルタを縦列接続させることで構成されており、フィルタを構成するトランジスタ数が多くなっていた。本発明によれば従来のサブフィルタの1回路とレジスタ群だけで構成できるため、トランジスタ数の大幅な削減が可能となる。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ディジタルフィルタ演算回路を繰り返し使用することができるため、多段構成のディジタルフィルタとして使用することができ、従来の多段構成のディジタルフィルタ回路に比べて回路規模を大幅に削減するという優れた効果を得ることができる。
【0035】
さらに本発明によれば、乗算器の乗算係数や繰り返し回数の設定を変えることにより、半導体チップの製造後であっても、ディジタルフィルタの特性の変更や調整をすることができ、特にソフトウェアによりディジタルフィルタの特性を任意に変更することが可能になるという優れた効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係るディジタルフィルタ回路の構成を示す回路図。
【図2】本発明の一実施の形態に係るディジタルフィルタ回路の動作を説明するフローチャート。
【図3】従来の多段構成のバンドパスフィルタの構成を示す回路図。
【符号の説明】
1〜5、41〜45、61〜65 乗算器
6、7、19、46、47、51、66、67、71 加算器
8〜10、48〜50、68〜70 データラッチ用のレジスタ
11〜15 乗算係数用のレジスタ
16 マイクロコンピュータ
17 セレクタ
18 フリップフロップ
20、52 入力端子
21、72 出力端子
31、32 サブフィルタ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a digital filter configuration method, and more particularly to a digital filter circuit capable of reducing the circuit scale in a multistage digital filter.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when a bandpass filter is configured by an IIR (infinite impulse response) type subfilter, a plurality of highpass filters and lowpass filters are connected in series. Filter parameters of individual high-pass filters and low-pass filters are determined at the time of design and are hardened as semiconductor chips.
[0003]
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional bandpass filter in which such IIR type sub-filters are connected in multiple stages. In FIG. 3,
[0004]
The circuit configurations of the high-pass filter and the low-pass filter are the same, except that the multiplication coefficients for providing the parameters of the filter are different. The
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional band-pass filter configuration, a multiplier and an adder are included in each of the high-pass filters and the low-pass filters. If the required order is 2 × N, the multiplier and the adder are N times larger than one sub-filter. Vessel was required. For this reason, the number of transistors of these multipliers and adders becomes very large, leading to an increase in the cost of the semiconductor chip.
[0006]
In designing the filter, the parameters of the sub-filter and the order of the sub-filter (in this case, 2 × N) are designed so as to realize the desired filter characteristics, but the characteristics vary during the manufacturing process of the semiconductor chip. When such a problem occurs, it is impossible to change the parameter or the order even if the desired characteristics are not obtained.
[0007]
The present invention has been made in view of the problems of the conventional example, and has as its object to provide a digital filter circuit capable of reducing a circuit scale in a digital filter configured in multiple stages. Still another object of the present invention is to provide a digital filter circuit capable of setting and changing the parameters of a filter even after a semiconductor chip is manufactured and changing the filter order.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, a digital filter circuit according to
[0009]
According to the above configuration, the digital filter operation circuit is repeatedly used, the sample value input is selected as the input of the digital filter operation circuit for the first time, the output of the feedback register is selected for the next time, and the register for holding the multiplication coefficient every time is selected. After updating the value and operating the digital filter operation circuit, the value held in the delay latch circuit is saved to a storage location corresponding to the number of times each time the digital filter operation circuit is operated. By restoring the stored value from the storage location corresponding to the number of times, the same operation as a cascade-connected digital filter with the number of repetitions can be performed, so that the digital filter can be used as a multistage digital filter. Greatly reduces the circuit size compared to a conventional multi-stage digital filter circuit. It is possible.
[0010]
Furthermore, according to the above configuration, the value of the register holding the multiplication coefficient is updated each time the digital filter operation circuit is repeatedly used. Even after the manufacture, the characteristics of the digital filter can be changed or adjusted.
[0011]
A digital filter circuit according to a second aspect of the present invention is the digital filter circuit according to the first aspect, wherein the setting of the multiplication coefficient in the register holding the multiplication coefficient is controlled by a microcomputer.
[0012]
According to the above configuration, since the setting of the multiplication coefficient is controlled by the microcomputer, it is possible to arbitrarily change or adjust the characteristics of the digital filter by software executed by the microcomputer.
[0013]
A digital filter circuit according to
[0014]
According to the above configuration, in the digital filter circuit of the infinite-length impulse response type having the multi-stage configuration, the circuit scale can be significantly reduced as compared with the conventional one, and the characteristics can be changed even after the semiconductor chip is manufactured. You can make adjustments.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a digital filter circuit according to one embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1, 2, 3, 4, and 5 are multipliers, 6, 7, and 19 are adders, and 8, 9 are registers for data latches. These constitute a standard IIR type filter circuit. I do.
[0016]
Further, in FIG. 1,
[0017]
In this embodiment, the data width to be filtered is 14 bits, the
[0018]
The data latch
[0019]
The input of the selector 17 is connected to the filter input from the
[0020]
The output of the selector is connected to
[0021]
The operation of the digital filter circuit configured as described above will be described with reference to the flowchart shown in FIG. In order to use the circuit of FIG. 1 as a digital filter having a multi-stage configuration, first, in
[0022]
In the present embodiment, instead of connecting the N-stage sub-filters in series, the digital filter of FIG. 1 is used N times to operate the digital filter having the multi-stage configuration. For this purpose, the contents of the
[0023]
Since a storage location for saving the contents of the
[0024]
Next, in
[0025]
Since the sample value Si is input to the digital filter circuit in the first stage, the flip-
[0026]
Next, since k = 1, the multiplication coefficient of the first stage is set in registers 11 to 15 in
[0027]
In
[0028]
Returning again to step 206, k-stage multiplication coefficients are set in registers 11 to 15, and in
[0029]
In
[0030]
In this way, every time the sample value Si is input to the
[0031]
As is apparent from the above description, in the present embodiment, the parameters of the digital filter can be arbitrarily set by a microcomputer using software. Also, the number N of filters can be arbitrarily set by software. This makes it possible to arbitrarily change the characteristics of the filter even after the semiconductor chip is manufactured.
[0032]
Conventionally, the parameters and order of digital filters are calculated at the time of chip design, and are manufactured with the hardware in the semiconductor chip.Therefore, the characteristics designed in the event of being affected by characteristic fluctuations and manufacturing variations in the manufacturing process are affected. There was a problem that it could not be obtained. As described above, the present invention can solve this problem.
[0033]
Further, the conventional bandpass filter is configured by connecting a plurality of sub-filters in cascade, and the number of transistors constituting the filter has increased. According to the present invention, since it can be configured with only one circuit of a conventional sub-filter and a group of registers, the number of transistors can be significantly reduced.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the digital filter operation circuit can be used repeatedly, it can be used as a multi-stage digital filter, and the circuit scale is larger than that of a conventional multi-stage digital filter circuit. An excellent effect of greatly reducing the above can be obtained.
[0035]
Further, according to the present invention, the characteristics of the digital filter can be changed or adjusted even after the semiconductor chip is manufactured by changing the setting of the multiplication coefficient and the number of repetitions of the multiplier. An excellent effect that the characteristics of the filter can be arbitrarily changed can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a digital filter circuit according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating an operation of the digital filter circuit according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional multi-stage bandpass filter.
[Explanation of symbols]
1 to 5, 41 to 45, 61 to 65
Claims (3)
前記ディジタルフィルタ演算回路の出力をラッチするフィードバックレジスタと、
前記ディジタルフィルタ演算回路の入力としてサンプル値入力または前記フィードバックレジスタの出力を選択するセレクタと、
前記乗算器に与える乗算係数を保持する前記乗算器と同数のレジスタと、
前記ディジタルフィルタ演算回路を動作させた後に前記遅延用ラッチ回路に保持された値を退避させ、前記ディジタルフィルタ演算回路を動作させる前に前記遅延用ラッチ回路に前記退避させた値を復元させる制御手段と、
を具備したことを特徴とするディジタルフィルタ回路。A digital filter operation circuit including a multiplier, an adder and a delay latch circuit;
A feedback register for latching an output of the digital filter operation circuit;
A selector for selecting a sample value input or an output of the feedback register as an input of the digital filter operation circuit;
The same number of registers as the multiplier that holds a multiplication coefficient given to the multiplier;
Control means for saving the value held in the delay latch circuit after operating the digital filter arithmetic circuit and restoring the saved value in the delay latch circuit before operating the digital filter arithmetic circuit When,
A digital filter circuit comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002165790A JP2004015406A (en) | 2002-06-06 | 2002-06-06 | Digital filter circuit |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016045948A (en) * | 2014-08-19 | 2016-04-04 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトSiemens Aktiengesellschaft | Control device with error compensation having learning ability |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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