JP2012085177A - Decimator circuit, and operation method for decimator circuit - Google Patents
Decimator circuit, and operation method for decimator circuit Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012085177A JP2012085177A JP2010230859A JP2010230859A JP2012085177A JP 2012085177 A JP2012085177 A JP 2012085177A JP 2010230859 A JP2010230859 A JP 2010230859A JP 2010230859 A JP2010230859 A JP 2010230859A JP 2012085177 A JP2012085177 A JP 2012085177A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- product
- coefficient
- sum operation
- circuit
- accumulator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、デシメータ回路及びデシメータ回路の演算方法に関する。特に、入力デジタル信号のサンプリング周波数をより低いサンプリング周波数に間引いて出力するとともに、ナイキスト周波数を超える高周波ノイズを除去するデシメーションフィルタを内蔵するデシメータ回路及びデシメータ回路の演算方法に関する。 The present invention relates to a decimator circuit and a calculation method of the decimator circuit. In particular, the present invention relates to a decimator circuit having a built-in decimation filter that thins out and outputs a sampling frequency of an input digital signal to a lower sampling frequency and removes high-frequency noise exceeding the Nyquist frequency, and an operation method of the decimator circuit.
サンプリング周波数が異なる機器間で直接デジタル信号の転送を行う必要がある場合や、デルタ変調により符号化された信号系列をPCM(Pulse Code Modulation)符号に変換する場合など、サンプルレートを変える必要が生じる場合がある。このような場合、サンプリング周波数を下げるデシメータと、逆にサンプリング周波数を上げるインターポーレータは、マルチレート信号処理の基本機能となる。ここでは、そのうちデシメータについてさらに説明をする。 When it is necessary to transfer digital signals directly between devices with different sampling frequencies, or when converting a signal sequence encoded by delta modulation into a PCM (Pulse Code Modulation) code, the sample rate must be changed. There is a case. In such a case, a decimator that lowers the sampling frequency and an interpolator that raises the sampling frequency are the basic functions of multirate signal processing. Here, the decimator will be further described.
アナログ信号xa(t)を周期Tでサンプリングした信号系列をx(nT)とすると式(1)が成立する。
x(nT)=xa(nT) 式(1)
ここで新しい周期T’=MT(Mは自然数)でサンプリングした信号系列をy(nT’)とすると式(2)が成立する。すなわちyはx(nT)をMサンプルごとに1個の割合で間引いた信号系列である。
y(nT’)=x(nMT) 式(2)
When a signal series obtained by sampling the analog signal xa (t) at the period T is x (nT), Expression (1) is established.
x (nT) = xa (nT) Formula (1)
Here, if a signal sequence sampled with a new period T ′ = MT (M is a natural number) is y (nT ′), Expression (2) is established. That is, y is a signal sequence obtained by thinning out x (nT) at a rate of one for every M samples.
y (nT ′) = x (nMT) Equation (2)
一方、サンプリング定理からxaにf=1/(2MT)を超える高周波数成分が存在する場合には、折り返し雑音となって信号系列yの信号品質を低下させてしまう。従って、間引き処理をする前に式(3)のように、LPF特性のフィルタ(デシメーションフィルタ)H(f)によって帯域を制限した後、間引きを行う必要がある。Mはデシメーション比という。
H(f)=1:f≦1/(2MT)
0:f>1/(2MT) 式(3)
On the other hand, when a high frequency component exceeding f = 1 / (2MT) exists in xa from the sampling theorem, it becomes aliasing noise and degrades the signal quality of the signal sequence y. Therefore, before performing the thinning process, it is necessary to perform the thinning after the band is limited by the LPF characteristic filter (decimation filter) H (f) as shown in Expression (3). M is called decimation ratio.
H (f) = 1: f ≦ 1 / (2MT)
0: f> 1 / (2MT) Formula (3)
デシメータ回路とは、入力デジタル信号のサンプリングレートをより低いサンプリングレートのデジタル出力信号に変換して出力する回路である。デシメータ回路には、サンプリング定理によりナイキスト周波数[f=1/(2MT)]よりも高い周波数の信号は、出力信号の品質を低下させるため、入力デジタル信号からナイキスト周波数よりも高い周波数の信号を除去するLPF(Low Pass Filter)特性を有するデシメーションフィルタが用いられる。 A decimator circuit is a circuit that converts a sampling rate of an input digital signal into a digital output signal having a lower sampling rate and outputs the digital output signal. The decimator circuit uses the sampling theorem to remove signals with a frequency higher than the Nyquist frequency from the input digital signal because a signal with a frequency higher than the Nyquist frequency [f = 1 / (2MT)] degrades the quality of the output signal. A decimation filter having an LPF (Low Pass Filter) characteristic is used.
図8に、特許文献1に従来技術として説明されているポリフェーズ構成のデシメーションフィルタを備えるデシメータの回路ブロック図を示す。このデシメーションフィルタの構成について図8を用いて説明する。図8に示す従来のデシメーションフィルタは、複数の遅延素子21、複数のダウンサンプラ22、複数のフィルタ23、および加算器24を備えている。
FIG. 8 shows a circuit block diagram of a decimator provided with a decimation filter having a polyphase configuration described in
遅延素子21は1サンプリング周期分入力信号を遅延させる素子であり、ダウンサンプラ22は入力信号をデシメーション比Mにダウンサンプルする回路である。フィルタ23の各々は、ポリフェーズ構成のデシメーションフィルタの一部をなすものであって、N個おきにデシメーションフィルタのフィルタ係数が選択されたフィルタである。例えばM=3、N=9、フィルタタップ係数をαiとすると、フィルタ23はそれぞれ式(4)〜式(6)のようになる。
D0(z)=α0+α3*Z−1+α6*Z−2 式(4)
D1(z)=α1+α4*Z−1+α7*Z−2 式(5)
D2(z)=α2+α5*Z−1+α8*Z−2 式(6)
The
D0 (z) = α0 + α3 * Z −1 + α6 * Z- 2 Formula (4)
D1 (z) = α1 + α4 * Z −1 + α7 * Z- 2 formula (5)
D2 (z) = α2 + α5 * Z −1 + α8 * Z −2 formula (6)
これにより加算器24の出力が9次FIR(Finite impulse response:有限インパルス応答)フィルタ特性となる。回路で実現する場合には乗算器9つ、加算器7つ必要となる。このようにフィルタの次数分だけ乗算器が必要となるため、高次のフィルタを実現するためには回路規模および消費電力が増加してしまうという問題点がある。
As a result, the output of the
これに対して特許文献1には、さらに回路規模を大きく削減したデシメーションフィルタが開示されている。この特許文献1に記載されている回路規模を削減した従来のデシメーションフィルタの回路ブロック図を図9に示す。図9に示す従来のデシメーションフィルタは、バッファメモリ31、係数メモリ32、演算装置33、及びタイミング制御回路34を備えており、第1サンプリング周波数でサンプリングされた信号Sinをより低いサンプリング周波数の信号Sotに変換するものである。
On the other hand,
バッファメモリ31に格納されたサンプル情報(信号Sin)は、タイミング制御回路34により与えられるタイミング信号に同期して読み出され、係数メモリ32に格納された係数値と乗算器331により乗算される。この結果は加算器332、レジスタ(遅延素子)333により構成されるアキュムレータ(積分器、又は、累算器)に蓄積され、フィルタのNタップ分だけ積算が終了した時点で出力され、アキュムレータは一旦ゼロクリアされて再び積算と積分が繰り返される。
The sample information (signal Sin) stored in the
この図9のデシメーションフィルタでは、サンプル情報(信号Sin)を一時的に格納するバッファメモリ31やこのバッファメモリのアドレス管理等を行うタイミング制御回路34が新たに必要となるが、次数分乗算器が設けられていた図8に示すポリフェーズ構成のデシメーションフィルタと比較して、乗算器1つを時分割で使うことで回路量の削減を実現している。
In the decimation filter of FIG. 9, a
ただし、このNタップ分の積和演算は、サンプリング周期T×デシメーション比Mの時間以内に終了させる必要があるため、タップ数Nが大きい場合には、内部の演算はサンプリングクロックよりも早く演算させる必要がある。例えばN=10、M=3、サンプリングが30MHzの場合には、乗算器とアキュムレータは100MHzで動作させる必要がある。なお、特許文献1には、この図9に示すデシメーションフィルタは、例えば、1MHz以下の低周波数の信号Sinをフィルタリングするのに適している旨が記載されている。
However, since the product-sum operation for N taps needs to be completed within the time of sampling cycle T × decimation ratio M, when the number of taps N is large, the internal calculation is performed earlier than the sampling clock. There is a need. For example, if N = 10, M = 3, and sampling is 30 MHz, the multiplier and accumulator must be operated at 100 MHz.
以下の分析は、本発明によって与えられたものである。即ち、図8に記載の従来例のようにポリフェーズ構成のデシメーションフィルタを用いると、フィルタの次数分の乗算器と加算器が必要となり回路規模が大きくなる。 The following analysis is given by the present invention. That is, when a decimation filter having a polyphase structure is used as in the conventional example shown in FIG.
また、図9に記載の特許文献1のデシメーションフィルタでは、入力デジタル信号のサンプリング周波数以上の高周波数のクロック信号を用いて、入力デジタル信号のサンプリング周期内に時分割でフィルタの次数分(タップ数分)の乗算と累算(積分)を完了させる必要がある。従って、サンプリングレートが高く、デシメーション比が比較的小さく、しかもフィルタ次数Nが大きい場合には実現不可能となる。
Further, in the decimation filter disclosed in
上記先行技術の問題点を踏まえ、任意の次数のデシメーションフィルタが搭載可能であり、高速で動作し、かつ回路規模の増加を抑えたデシメータ回路の実現が望まれる。 In view of the above-mentioned problems of the prior art, it is desired to realize a decimator circuit that can be equipped with a decimation filter of any order, operates at high speed, and suppresses an increase in circuit scale.
本発明の第1の視点によれば、複数の積和演算回路と、前記複数の積和演算回路に対してそれぞれ積演算の係数を与える係数メモリと、を備え、前記複数の積和演算回路は、それぞれ、入力デジタル信号のサンプリング周期で動作し、前記入力デジタル信号と前記係数メモリから読み出した係数とを乗算する乗算器と、前記乗算器の演算結果を累算する累算器と、を備え、前記複数の積和演算回路にそれぞれ含まれる累算器は、互いに縦続接続され、それぞれM回(Mは2以上の整数)累算を行う毎に、初段に接続された累算器は固定値に、初段以外の累算器は前段に接続された累算器の出力信号により初期設定され、最終段の累算器の出力信号により前記入力デジタル信号のサンプリング周期をM倍に間引いた出力信号を得るデシメータ回路が提供される。 According to a first aspect of the present invention, a plurality of product-sum operation circuits, and a coefficient memory that gives a coefficient of product operation to each of the plurality of product-sum operation circuits, are provided. Each of which operates in the sampling period of the input digital signal, multiplies the input digital signal and the coefficient read from the coefficient memory, and an accumulator that accumulates the operation result of the multiplier. The accumulators included in each of the plurality of product-sum operation circuits are cascade-connected to each other, and each time accumulating M times (M is an integer of 2 or more), the accumulator connected to the first stage is The accumulators other than the first stage are initially set to a fixed value by the output signal of the accumulator connected to the previous stage, and the sampling period of the input digital signal is thinned M times by the output signal of the last stage accumulator. Decimator times to obtain the output signal There is provided.
本発明の第2の視点によれば、それぞれ、乗算器と、累算器と、を有し、前記累算器の入力と出力とが互いに縦続接続されている複数の積和演算回路を備え、入力デジタル信号のサンプリング周期をM倍(Mは2以上の整数)に間引いた出力信号を出力するデシメータ回路の演算方法であって、前記複数の積和演算回路にそれぞれ含まれ、互いに縦続接続されている累算器のうち、初段の累算器を固定値により初期設定すると共に、前記初段以外の累算器を前段の累算器の出力値により初期設定する第1のステップと、前記複数の積和演算回路に含まれる乗算器によりそれぞれ所定の係数と前記入力デジタル信号とを乗算し、前記乗算結果を累算器の初期設定値に加算する処理を前記入力デジタル信号のサンプリング周期に同期してM回繰り返す第2のステップと、を備え、前記第1のステップと第2のステップとを前記間引いた出力信号の周期に合わせて繰り返し、前記第2のステップが終了する毎に、前記縦続接続された累算器のうち、最終段の累算器の出力値により、前記入力デジタル信号のサンプリング周期をM倍に間引いた出力信号を得るデシメータ回路の演算方法が提供される。 According to a second aspect of the present invention, each of the present invention includes a plurality of product-sum operation circuits, each having a multiplier and an accumulator, in which an input and an output of the accumulator are cascade-connected to each other. An decimator circuit calculation method for outputting an output signal obtained by thinning the sampling period of an input digital signal by M times (M is an integer of 2 or more), each included in the plurality of product-sum calculation circuits and connected in cascade A first step of initializing the first stage accumulators among fixed accumulators with a fixed value and initializing accumulators other than the first stage with output values of the previous stage accumulators, A process of multiplying a predetermined coefficient by the input digital signal by a multiplier included in a plurality of product-sum operation circuits and adding the multiplication result to an initial setting value of the accumulator is performed in the sampling period of the input digital signal. Synchronized M times A second step, and the first step and the second step are repeated in accordance with a cycle of the thinned output signal, and the cascade connection is performed each time the second step is completed. Among the accumulators, there is provided a method for calculating a decimator circuit that obtains an output signal obtained by thinning the sampling period of the input digital signal by M times according to the output value of the accumulator at the final stage.
本発明の各視点によれば、入力デジタル信号のサンプリング周波数で動作し、かつ回路規模の増加を抑えたデシメータ回路が実現できる。また、Mの値や、縦続接続する積和演算回路の数によって、任意の次数のデシメーションフィルタが実現可能である。 According to each aspect of the present invention, a decimator circuit that operates at a sampling frequency of an input digital signal and suppresses an increase in circuit scale can be realized. Further, a decimation filter having an arbitrary order can be realized depending on the value of M and the number of product-sum operation circuits connected in cascade.
具体的な実施の形態の詳細な説明に入る前に、本発明の実施形態の概要について説明しておく。なお、概要の説明に付記した図面参照符号は専ら理解を助けるための例示であり、図示の態様に限定することを意図するものではない。 Prior to detailed description of specific embodiments, an outline of embodiments of the present invention will be described. Note that the reference numerals of the drawings attached to the description of the outline are merely examples for helping understanding, and are not intended to be limited to the illustrated modes.
図1、図2、図5、図6にそれぞれ例示するように、本発明のデシメータ回路(10、10A、10B、10C)は、それぞれ、入力デジタル信号Xiのサンプリング周期で動作し、入力デジタル信号Xiと係数メモリ(2、2B、2C)から読み出した係数Cjとを乗算する乗算器11と、乗算器の演算結果を累算する累算器15と、を有する複数の積和演算回路(1−a、1−b、1−l、1C−a、1C−b)を備える。上記複数の積和演算回路にそれぞれ含まれる累算器15は、互いに縦続接続されている[0、da、db、d(l−1)、dl信号により縦続接続]。これらの累算器15は、それぞれM回累算を行う毎に、初段に接続された累算器は固定値(図1、図2、図5、図6には、一例として固定値が0である場合を示す)に初期設定され、初段以外の累算器は前段に接続された累算器の出力信号(da、d(l−1)等)により初期設定される。そして、最終段の累算器の出力信号(図1、図5、図6のdb、図2のdl)により入力デジタル信号Xiのサンプリング周期をM倍に間引いた出力信号を得る。
As illustrated in FIG. 1, FIG. 2, FIG. 5, and FIG. 6, the decimator circuit (10, 10A, 10B, 10C) of the present invention operates at the sampling period of the input digital signal Xi. A plurality of product-sum operation circuits (1) having a
上記構成によれば、複数の積和演算回路により並列に乗算、累算を行うことができるので、入力デジタル信号のサンプリング周期より高速に乗算、累算を行う必要がなく、全体として、高速な動作が可能である。また、入力デジタル信号のサンプリング周期に合わせてM回乗算と累算を同一の積和演算回路を用いて繰り返すので、積和演算回路の数を最小限の数に抑えることができる。デシメーションフィルタの次数をNとして、デシメーション比をMとすれば、式(7)により積和演算回路の数は、L個の数に抑えられる。
L=<N/M> 式(7)
(ただし、<X>は、Xの切り上げ)
According to the above configuration, since multiplication and accumulation can be performed in parallel by a plurality of product-sum operation circuits, it is not necessary to perform multiplication and accumulation faster than the sampling period of the input digital signal. Operation is possible. In addition, since multiplication and accumulation M times are repeated using the same product-sum operation circuit in accordance with the sampling period of the input digital signal, the number of product-sum operation circuits can be suppressed to a minimum number. If the order of the decimation filter is N and the decimation ratio is M, the number of product-sum operation circuits can be suppressed to L by Equation (7).
L = <N / M> Formula (7)
(However, <X> is rounded up to X.)
さらに、特許文献1のような入力デジタル信号を記憶するバッファメモリ(図9の31)を設ける必要はなく、バッファメモリのアドレス制御も必要ない。
Further, it is not necessary to provide a buffer memory (31 in FIG. 9) for storing an input digital signal as in
また、本発明によるデシメータ回路の演算方法は、図3に一例を示すように、複数の積和演算回路にそれぞれ含まれ、互いに縦続接続されている累算器のうち、初段の累算器を固定値により初期設定すると共に、初段以外の累算器を前段の累算器の出力値により初期設定する第1のステップ(ステップST5により得られた出力値によりステップST1で初期設定)と、複数の積和演算回路に含まれる乗算器によりそれぞれ所定の係数(Cj等)と入力デジタル信号Xiとを乗算し、乗算結果を累算器の初期設定値に加算する処理を入力デジタル信号Xiのサンプリング周期に同期してM回繰り返す第2のステップ(ステップST2〜ST4)と、を備え、第1のステップと第2のステップとを間引いた出力信号の周期に合わせて繰り返し、第2のステップが終了する毎に、縦続接続された累算器のうち、最終段の累算器の出力値により、前記入力デジタル信号のサンプリング周期をM倍に間引いた出力信号を得る(ステップST5)。 The decimator circuit calculation method according to the present invention includes an accumulator in the first stage among the accumulators that are included in each of a plurality of product-sum calculation circuits and cascade-connected as shown in FIG. A first step of initializing with a fixed value and initializing an accumulator other than the first stage with an output value of a previous stage accumulator (initial setting at step ST1 with an output value obtained at step ST5); The input digital signal Xi is sampled by multiplying a predetermined coefficient (Cj, etc.) and the input digital signal Xi by a multiplier included in the product-sum operation circuit, and adding the multiplication result to the initial setting value of the accumulator. A second step (steps ST2 to ST4) that is repeated M times in synchronization with the cycle, and is repeated according to the cycle of the output signal obtained by thinning the first step and the second step. Is completed, an output signal obtained by thinning the sampling period of the input digital signal by M times is obtained from the output value of the accumulator at the last stage among the cascaded accumulators (step ST5). .
さらに、本発明において、下記の形態が可能である。
[形態1]第1の視点のとおり。
[形態2](図1、図2、図5、図6に一例を示すように、)累算器15は、レジスタ13と、初期設定値とレジスタ13の出力信号とを入力しタイミング制御信号enによりいずれかを選択して出力するセレクタ14と、セレクタ14の出力信号と乗算器11との出力信号とを加算する加算器12と、を備え、レジスタ13に加算器12の加算結果を記憶することが好ましい。
[形態3]入力デジタル信号Xiのサンプリング周期に合わせて係数メモリ2に対する係数Cjの読み出しを制御すると共に、タイミング制御信号enを生成するタイミング制御回路(3、3B、3C)をさらに備えることが好ましい。
[形態4]最終段の累算器の出力信号(図1、図5、図6のdb、図2のdl)を保持し、M回累算を行う毎に更新するダウンレートコンバータ4をさらに備えることが好ましい。
[形態5](図5〜図7に一例を示すように)縦続接続された複数の積和演算回路(1−a、1−b:1C−a、1C−b)の数をL(Lは、2以上の整数)としたときに、L個の縦続接続された積和演算回路が、L*M次のFIRフィルタとしてデシメーションフィルタの機能を果たすデシメータ回路(10B、10C)であって、さらにLが偶数であり、FIRフィルタのL*M個のタップを時系列で並べたときに、kを0以上かつ(L/2)*M未満の任意の整数として(L/2)*M−k番目のタップの係数値は、(L/2)*M+k+1番目のタップの係数値に等しく、係数メモリ(2B、2C)は、前記FIRフィルタの(L/2)*M−k番目のタップの係数と(L/2)*M+k+1番目のタップの係数とを共通の値として同一のアドレスに同一のデータとして記憶していることが好ましい。すなわち、デシメーションフィルタのフィルタタップ係数が各タップを時系列に並べたときに中央に対して早い時刻のタップと遅い時刻のタップとで対称に構成されている場合には、係数メモリ(2B、2C)に記憶するタップ係数のうち、早い時刻のタップと遅い時刻のタップのうち、一方のみのタップ係数を記憶し、係数メモリ(2B、2C)に記憶するタップ係数の数を1/2にしてメモリ容量を1/2とすることができる。
[形態6](図5に一例を示すように)係数メモリ2Bは、L個の縦続接続された積和演算回路(1−a、1−b)のうち、前段のL/2個の積和演算回路1−aが用いる係数の読み出しと、後段の残りのL/2個の積和演算回路1−bが用いる係数の読み出しと、を別々なアドレスを指定して同時に読み出すことのできるデュアルポートのメモリである2Bであることが好ましい。
[形態7](図6に一例を示すように)係数メモリ2CはL個の係数データを並列に読み出し、L個の積和演算回路は、それぞれ係数メモリ2Cから読み出したL個の係数データのうち、対応する2個の係数データを入力し、そのうち選択した1個の係数データを乗算器の係数データとして与える係数セレクタ16をさらに備えることが好ましい。
[形態8]第2の視点のとおり。
[形態9]複数の積和演算回路の数をL(Lは2以上の整数)とすると、前記L個の積和演算回路が、L*M次のFIRフィルタとしてデシメーションフィルタの機能を果たすデシメータ回路であって、所定の係数は、前記L*M次のFIRフィルタの各タップの係数であることが好ましい。係数はどのような手段によって、各乗算器11に与えてもよいが、好ましくは、係数メモリ2、2B、2Cにより係数を発生させるものであってもよい。
Further, in the present invention, the following modes are possible.
[Mode 1] As in the first aspect.
[Mode 2] The
[Mode 3] It is preferable to further include timing control circuits (3, 3B, 3C) for controlling the reading of the coefficient Cj from the
[Mode 4] A down-
[Mode 5] The number of a plurality of product-sum operation circuits (1-a, 1-b: 1C-a, 1C-b) connected in cascade (as shown in FIG. 5 to FIG. 7 as an example) is expressed as L (L Is a decimator circuit (10B, 10C) in which L cascaded product-sum operation circuits function as a decimation filter as an L * M-th order FIR filter, Furthermore, when L is an even number and L * M taps of the FIR filter are arranged in time series, k is an arbitrary integer greater than or equal to 0 and less than (L / 2) * M (L / 2) * M The coefficient value of the -k-th tap is equal to the coefficient value of the (L / 2) * M + k + 1-th tap, and the coefficient memory (2B, 2C) is the (L / 2) * M-kth of the FIR filter. Tap coefficient and (L / 2) * M + k + 1-th tap coefficient as a common value Preferably stores one address as the same data. That is, when the filter tap coefficients of the decimation filter are configured symmetrically with an early tap and a later tap with respect to the center when the taps are arranged in time series, the coefficient memory (2B, 2C) ) Of the tap coefficients stored in (1), the tap coefficient of only one of the taps at the early time and the tap at the later time is stored, and the number of tap coefficients stored in the coefficient memory (2B, 2C) is halved. The memory capacity can be halved.
[Mode 6] The coefficient memory 2B (as shown in an example in FIG. 5) includes the L / 2 products in the preceding stage among the L cascade-connected product-sum operation circuits (1-a, 1-b). Dual that can simultaneously read out the coefficients used by the sum operation circuit 1-a and the coefficients used by the remaining L / 2 product-sum operation circuits 1-b by designating different addresses. The port memory is preferably 2B.
[Mode 7] The
[Mode 8] As in the second aspect.
[Mode 9] When the number of a plurality of product-sum operation circuits is L (L is an integer of 2 or more), the L product-sum operation circuits function as a decimation filter as an L * M-th order FIR filter. In the circuit, the predetermined coefficient is preferably a coefficient of each tap of the L * M-th order FIR filter. The coefficient may be given to each
以上で、実施形態の概説を終え、以下により具体的な実施の形態について、図面を参照して説明する。 The outline of the embodiment has been described above, and a more specific embodiment will be described below with reference to the drawings.
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態によるデシメータ回路の一例を示す回路ブロック図である。図1のデシメータ回路10は、2個の積和演算回路1−a、1−bと、係数メモリ2と、タイミング制御回路3と、ダウンレートコンバータ4を備える。積和演算回路1−aと1−bは、内部の回路構成が互いに同一であるので、代表して積和演算回路1−aの内部構成のみを図示し、積和演算回路1−bの内部構成については、図示を省略している。積和演算回路1−aと1−bでは、外部端子の接続は少し異なるが、その接続の違いは後で説明する。積和演算回路1−aは、乗算器11と、累算器15とを備えている。乗算器11は、入力端子Inから入力された入力デジタル信号Xiと係数メモリ2から読み出した係数Cjとの積を演算する。累算器15は、乗算器11の乗算結果を累積して加算する。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a circuit block diagram showing an example of a decimator circuit according to the first embodiment. The
さらに、累算器15は、加算器12と、レジスタ13と、セレクタ14を備えている。加算器12は、セレクタ14の出力値に乗算器11の乗算結果を加算する。レジスタ13は、加算器12の演算に同期して、加算器12の演算結果を保持する。セレクタ14は、タイミング制御回路3が出力するタイミング制御信号enの論理レベルに基づいて積和演算回路の外部から与えられた初期設定値または、レジスタの保持する演算結果のいずれかを選択して出力する。
Further, the
ここで、入力端子Inから入力される入力デジタル信号Xiのサンプリング周波数に対して出力端子Outから出力されるデジタル信号のサンプリング周波数が1/M(Mは2以上の整数)であるので、デシメータ回路10のデシメーション比はMになる。従って、累算器15は、入力デジタル信号Xiのサンプリング周期に同期してM回累算を繰り返し、M回累算を繰り返す毎に、レジスタ13に格納されている累算結果を外部へ出力すると共に、セレクタ14により外部から初期設定値を取り込み、初期設定される。これらの動作の制御は、タイミング制御信号enによって行われる。
Here, since the sampling frequency of the digital signal output from the output terminal Out is 1 / M (M is an integer of 2 or more) with respect to the sampling frequency of the input digital signal Xi input from the input terminal In, the decimator circuit The decimation ratio of 10 is M. Therefore, the
各積和演算回路1−a、1−bには、共通に、入力端子Inから入力された入力デジタル信号Xiと、タイミング制御回路3が出力するタイミング制御信号enが接続されている。また、係数メモリ2から与えられる係数データ、セレクタ14に与えられる初期設定値は、各積和演算回路1−a、1−bによって異なった値が与えられる。積和演算回路1−aには初期設定値として固定値0が与えられ、積和演算回路1−bには積和演算回路1−aに含まれるレジスタ13の出力信号daが初期設定値として与えられる。
An input digital signal Xi input from the input terminal In and a timing control signal en output from the
積和演算回路1−bの図示を省略しているレジスタ13の出力信号dbがダウンレートコンバータ4に接続されている。すなわち、積和演算回路1−aの出力信号daを介して、積和演算回路1−aと積和演算回路1−bの累算器15は互いに縦続接続されている。そして、初段の積和演算回路1−aには、初期設定値として固定値0が与えられ、初段以外の積和演算回路1−bには、前段の積和演算回路1−aの累算器15の出力信号daが初期設定値として与えられている。最終段の積和演算回路1−bの出力信号dbがダウンレートコンバータ4を介してデシメータ回路10全体の出力信号としてデシメーションフィルタにより高周波成分が除去され、サンプリングレートが間引かれた信号として出力される。
The output signal db of the
係数メモリ2は、デシメーションフィルタとなるFIRフィルタの各タップの係数を記憶し、各積和演算回路1−a、1−bの乗算器11が入力デジタル信号Xiに対して各タップの演算を行うタイミングに合わせて、各タップの係数を出力する。メモリアドレスADRはタイミング制御回路3によって与えられ、入力デジタル信号Xiのサンプリングクロック毎に更新され、各タップの係数が読み出される。なお、メモリアドレスADRはM回読み出す毎に繰り返して同一のメモリアドレスADRが指定され、各タップの係数の読み出しが繰り返される。
The
ダウンレートコンバータ4は、積和演算回路1−bの累算器がM回累算を行う毎に出力される出力デジタル信号dbを出力信号のサンプリング周期の間、保持する。また、タイミング制御回路3が出力するタイミング制御信号enは、ダウンレートコンバータ4に供給され、出力デジタル信号dbの取り込みとデータの保持を制御する。例えば、ダウンレートコンバータは、タイミング制御信号enの立ち上がりでデータを取り込むデータフリップフロップ等を用いて実現できる。
The down-
タイミング制御回路3は、係数メモリ2からの係数の読み出し、各積和演算回路1−a、1−bのセレクタ14の制御、ダウンレートコンバータのデータの更新、保持の制御を行う。タイミング制御回路3は、入力デジタル信号Xiのサンプリング周期に同期してメモリアドレスADR、タイミング制御信号enを出力し、その動作は、デシメーション比であるM回毎に同一の動作を繰り返す。
The
図2は、第1の実施形態によるデシメーション回路のより一般的な回路ブロック図である。図2では、1−a、1−bから1−lまでのL個(Lは2以上の任意の整数)の積和演算回路が設けられている。各積和演算回路1に対して入力デジタル信号Xiとタイミング制御信号enは共通に接続されている。
FIG. 2 is a more general circuit block diagram of the decimation circuit according to the first embodiment. In FIG. 2, L (1 is an integer greater than or equal to 2) product-sum operation circuits 1-a and 1-b to 1-l are provided. The input digital signal Xi and the timing control signal en are commonly connected to each product-
また、係数メモリ2からは、L個の積和演算回路1にそれぞれ独立した係数が与えられている。さらに、初段の積和演算回路1−aの累算器15の初期設定信号として固定値0が接続されている。
The
また、初段の累算器15の出力信号daは、2段目の積和演算回路1−bに初期設定信号として接続され、2段目の積和演算回路1−bの出力信号dbは、図示しない3段目の積和演算回路に初期設定信号として接続されている。そして、L個目の最終段の積和演算回路1−lの初期設定信号には、図示しないL−1個目の積和演算回路の出力信号d(l−1)が接続され、最終段の積和演算回路1−lの出力信号dlはダウンレートコンバータ4に接続されている。
The output signal da of the first-
すなわち、L個設けられた積和演算回路1の累算器15の出力信号が次段の積和演算回路1の初期設定信号としてL個の積和演算回路1の累算器15が縦続接続されている。そして、初段の積和演算回路1−aの初期設定信号には、固定値(図2では一例として固定値0)が与えられ、最終段の積和演算回路1−lの出力信号dlがダウンレートコンバータ4を介してデシメータ出力信号として出力されている。
That is, the output signal of the
積和演算回路の数Lは、デシメーションフィルタとなるFIRフィルタの次数Nと、デシメーション比Mにより、すでに説明した式(7)により決まる。また、デシメーション比Mの値によって、タイミング制御回路3がタイミング制御信号enを入力デジタル信号Xiの何周期に一回アクティブにするかが変わる。また、係数メモリ2は、デシメーション比Mの値によって、M回の読み出しで用いるアドレスの数が決まる。その他の構成は、基本的に図1と同一であるので、重複する説明は省略する。
The number L of product-sum operation circuits is determined by the equation (7) already described based on the order N of the FIR filter serving as a decimation filter and the decimation ratio M. Further, depending on the value of the decimation ratio M, the
図3は、第1の実施形態によるデシメータ回路の動作を示す処理フローチャートである。ステップST1では、各積和演算回路を初期設定する。縦続接続される各積和演算回路のうち、初段の積和演算回路の累算器は、固定値に初期設定され、初段以外の積和演算回路の累算器は、前段の累算器の出力信号により初期設定され、各累算器のレジスタに記憶される。 FIG. 3 is a process flowchart showing the operation of the decimator circuit according to the first embodiment. In step ST1, each product-sum operation circuit is initialized. Among the cascaded product-sum operation circuits, the accumulator of the first-stage product-sum operation circuit is initially set to a fixed value, and the accumulators of the product-sum operation circuits other than the first stage are the same as the accumulator of the previous stage. It is initialized by the output signal and stored in each accumulator register.
ステップST2では、入力デジタル信号Xiと係数メモリから読み出されたタップの係数とが各積和演算回路の乗算器により乗算される。積和演算回路がL個設けられる場合には、L個のタップの係数と入力デジタル信号Xiとが、並列に乗算される。 In step ST2, the input digital signal Xi and the coefficient of the tap read from the coefficient memory are multiplied by the multiplier of each product-sum operation circuit. When L product-sum operation circuits are provided, L tap coefficients and the input digital signal Xi are multiplied in parallel.
ステップST3では、各積和演算回路の累算器によりレジスタの記憶するデータに乗算器の乗算結果が加算される。このステップST2の乗算と、ステップST3の累算は、デシメーション比であるM回だけ繰り返される(ステップST4)。M回乗算と累算が行われた場合は、ステップST5へ進み、各積和演算回路は累算結果を出力する。縦続接続された積和演算回路のうち、最終段の積和演算回路の累算結果がデシメータフィルタによる演算結果となる。ステップST5が終了すると、ステップST1へ戻り、デシメータ処理を繰り返す。 In step ST3, the multiplication result of the multiplier is added to the data stored in the register by the accumulator of each product-sum operation circuit. This multiplication of step ST2 and the accumulation of step ST3 are repeated M times which is a decimation ratio (step ST4). If M multiplications and accumulations have been performed, the process proceeds to step ST5, where each product-sum operation circuit outputs an accumulation result. Of the cascaded product-sum operation circuits, the accumulation result of the last-stage product-sum operation circuit is the operation result by the decimator filter. When step ST5 ends, the process returns to step ST1 to repeat the decimator process.
[第2の実施形態]
デシメーションフィルタにFIRフィルタを用いる場合、通常FIRフィルタの各タップの係数は、各タップを時系列に並べたときに、時刻の早いタップの係数と時刻の遅いタップの係数とで、時刻の中央値に対して対称なタップ係数とする場合が多い。そのような場合、係数メモリが記憶する係数は、時刻の早いタップの係数と時刻の遅いタップの係数で共通の係数を用いることができる。したがって、係数メモリが記憶する係数の数は、1/2にすることができる。
[Second Embodiment]
When an FIR filter is used as a decimation filter, the coefficient of each tap of the normal FIR filter is the median value of the time with the coefficient of the tap with the earlier time and the coefficient of the tap with the later time when the taps are arranged in time series. In many cases, the tap coefficient is symmetric with respect to. In such a case, as the coefficients stored in the coefficient memory, a common coefficient can be used between the coefficient of the tap with the earlier time and the coefficient of the tap with the later time. Therefore, the number of coefficients stored in the coefficient memory can be halved.
すなわち、FIRフィルタの積和演算回路の数Lを偶数、デシメーション比Mとして、FIRフィルタのタップ数L*Mを入力デジタル信号の時系列に並べたときに、kを0以上かつ(L/2)*M未満の任意の整数として(L/2)*M−k番目のタップの係数値は、(L/2)*M+k+1番目のタップの係数値にそれぞれ等しい場合は、係数メモリが記憶する係数の数は、1/2にすることができる。 That is, when the number L of product-sum calculation circuits of the FIR filter is an even number and the decimation ratio M, and the number of taps L * M of the FIR filter is arranged in time series of the input digital signal, k is 0 or more and (L / 2 ) As an arbitrary integer less than * M, the coefficient value of the (L / 2) * M−k-th tap is equal to the coefficient value of the (L / 2) * M + k + 1-th tap, respectively, and the coefficient memory stores it. The number of coefficients can be halved.
ただし、係数メモリからの係数の読み出しに何らかの工夫が必要となる。例えば、係数メモリをデュアルポートのメモリとして、FIRフィルタの各タップの係数のうち、時刻の早いタップの係数を読み出すアドレスと時刻の遅いタップの係数を読み出すアドレスとを一つの係数メモリから独立に並行して複数のアドレスを指定して読み出すようにすることができる。 However, some device is required to read out the coefficients from the coefficient memory. For example, the coefficient memory is a dual-port memory, and among the coefficients of each tap of the FIR filter, the address for reading the coefficient of the tap with the earlier time and the address for reading the coefficient of the tap with the later time are independently parallel from one coefficient memory. Thus, a plurality of addresses can be designated and read out.
ここで、第2の実施形態の動作原理について説明する。仮にデシメータ回路に内蔵するデシメーションフィルタの積和演算回路の数L=4、デシメーション比M=4、FIRフィルタのタップ数(次数)N=16とする。 Here, the operation principle of the second embodiment will be described. Assume that the number L of product-sum operation circuits of the decimation filter incorporated in the decimator circuit is L = 4, the decimation ratio M = 4, and the number of taps (order) of the FIR filter N = 16.
デシメーションフィルタの出力値は、第1乃至第4の4個の積和演算回路でそれぞれ乗算結果を累算した合計値になる。前段の積和演算回路から与えられる初期値を除いて、第1乃至第4の積和演算回路で新たに加算される乗算の和をそれぞれ、S1、S2、S3、S4として、デシメーションフィルタの出力値をD0(z)とすると、以下の式(8)〜式(12)で表すことができる。
Do(z)=S1+S2+S3+S4 式(8)
S1=x0*c0+x1*c1+x2*c2+x3*c3 式(9)
S2=x4*c4+x5*c5+x6*c6+x7*c7 式(10)
S3=x8*c8+x9*c9+x10*c10+x11*c11 式(11)
S4=x12*c12+x13*c13+x14*c14+x15*c15 式(12)
The output value of the decimation filter is a total value obtained by accumulating the multiplication results in the first to fourth product-sum operation circuits. Except for the initial value given from the previous product-sum operation circuit, the sums of multiplications newly added by the first to fourth product-sum operation circuits are denoted by S1, S2, S3, and S4, respectively. When the value is D0 (z), it can be expressed by the following formulas (8) to (12).
Do (z) = S1 + S2 + S3 + S4 Formula (8)
S1 = x0 * c0 + x1 * c1 + x2 * c2 + x3 * c3 Formula (9)
S2 = x4 * c4 + x5 * c5 + x6 * c6 + x7 * c7 Formula (10)
S3 = x8 * c8 + x9 * c9 + x10 * c10 + x11 * c11 Formula (11)
S4 = x12 * c12 + x13 * c13 + x14 * c14 + x15 * c15 Formula (12)
ここで、x0は、最も早い時間に入力された入力デジタル信号の値であり、x15は、最も遅い時間に入力された入力デジタル信号の値である。また、c0〜c15は、デシメーションフィルタのタップ係数である。時系列に入力されるデジタル信号に対するデシメーションフィルタのタップ係数が対称であるとする。 Here, x0 is the value of the input digital signal input at the earliest time, and x15 is the value of the input digital signal input at the latest time. C0 to c15 are tap coefficients of the decimation filter. Assume that the tap coefficients of the decimation filter are symmetrical with respect to the digital signal input in time series.
すなわち、[形態5]で述べたように、c0からc15までの16個のタップを時系列で並べたときに、kを0以上かつ(L/2)*M未満の任意の整数として(L/2)*M−k番目のタップの係数値は、(L/2)*M+k+1番目のタップの係数値に等しい。L=4、M=4を代入して書き直すと、時系列的に1番目のタップの係数であるc0から16番目のタップの係数であるc15について、kを0から7までの任意の整数として、8−k番目のタップの係数は、9+k番目のタップの係数に等しいとする。さらに具体的に記載すると、各タップの係数は、c8=c7、c9=c6、c10=c5、c11=c4、c12=c3、c13=c2、c14=c1、c15=c0である。 That is, as described in [Mode 5], when 16 taps from c0 to c15 are arranged in time series, k is set to an arbitrary integer not less than 0 and less than (L / 2) * M (L / 2) The coefficient value of the M-kth tap is equal to the coefficient value of the (L / 2) * M + k + 1-th tap. When rewriting by substituting L = 4 and M = 4, k is set to an arbitrary integer from 0 to 7 for the coefficient of the first tap coefficient c0 to the coefficient of the 16th tap c15. The coefficient of the 8−kth tap is equal to the coefficient of the 9 + kth tap. More specifically, the coefficients of each tap are c8 = c7, c9 = c6, c10 = c5, c11 = c4, c12 = c3, c13 = c2, c14 = c1, and c15 = c0.
従って、上記式(11)、(12)は、以下の式(13)、(14)のように書き換えることができる。
S3=x8*c7+x9*c6+x10*c5+x11*c4 式(13)
S4=x12*c3+x13*c2+x14*c1+x15*c0 式(14)
Therefore, the above equations (11) and (12) can be rewritten as the following equations (13) and (14).
S3 = x8 * c7 + x9 * c6 + x10 * c5 + x11 * c4 Formula (13)
S4 = x12 * c3 + x13 * c2 + x14 * c1 + x15 * c0 Formula (14)
また、第1乃至第4の4つの積和演算回路が上記S1〜S4の演算を行う時刻はそれぞれ異なるが、第1の積和演算回路が上記S1の演算を行っている間に、同一の入力デジタル信号x0、x1、x2、x3に対して第2乃至第4の積和演算回路が行う演算をまとめると式(15)〜(18)のようになる。
S1(t03)=x0*c0+x1*c1+x2*c2+x3*c3 式(15)
S2(t03)=x0*c4+x1*c5+x2*c6+x3*c7 式(16)
S3(t03)=x0*c7+x1*c6+x2*c5+x3*c4 式(17)
S4(t03)=x0*c3+x1*c2+x2*c1+x3*c0 式(18)
In addition, although the first to fourth product-sum operation circuits perform the operations of S1 to S4 are different from each other, the same time is taken while the first product-sum operation circuit performs the operation of S1. Summarizing the operations performed by the second to fourth product-sum operation circuits for the input digital signals x0, x1, x2, and x3, equations (15) to (18) are obtained.
S1 (t03) = x0 * c0 + x1 * c1 + x2 * c2 + x3 * c3 Formula (15)
S2 (t03) = x0 * c4 + x1 * c5 + x2 * c6 + x3 * c7 Formula (16)
S3 (t03) = x0 * c7 + x1 * c6 + x2 * c5 + x3 * c4 Formula (17)
S4 (t03) = x0 * c3 + x1 * c2 + x2 * c1 + x3 * c0 Formula (18)
すなわち、第1の積和演算回路と第4の積和演算回路は、共通の係数c0、c1、c2、c3を用いてx0、x1、x2、x3に対して演算を行うが、各係数が必要となるタイミングは異なる。たとえば、第1の積和演算回路は、入力デジタル信号x0の係数としてc0を用いるが、第4の積和演算回路は、入力デジタル信号x3の係数としてc0を用いる。第1の積和演算回路と、第4の積和演算回路で同一の係数c0が必要になるタイミングが異なる。 That is, the first product-sum operation circuit and the fourth product-sum operation circuit operate on x0, x1, x2, and x3 using the common coefficients c0, c1, c2, and c3. The required timing is different. For example, the first product-sum operation circuit uses c0 as the coefficient of the input digital signal x0, while the fourth product-sum operation circuit uses c0 as the coefficient of the input digital signal x3. The timing at which the same coefficient c0 is required differs between the first product-sum operation circuit and the fourth product-sum operation circuit.
同様に、第2の積和演算回路と第3の積和演算回路は、共通の係数c4、c5、c6、c7を用いて演算を行うが、各係数を用いて演算を行うタイミングは異なる。すなわち、第1、第2の積和演算回路と第3、第4の積和演算回路で、同一の係数を異なったタイミングで読み出す必要がある。従って、係数メモリをデュアルポートのメモリとして、第1、第2の積和演算回路が用いる係数と、第3、第4の積和演算回路が用いる係数を独立して読み出せるようにする必要がある。 Similarly, the second product-sum operation circuit and the third product-sum operation circuit perform operations using the common coefficients c4, c5, c6, and c7, but the timing for performing the operations using the respective coefficients is different. In other words, the first and second product-sum operation circuits and the third and fourth product-sum operation circuits need to read the same coefficient at different timings. Therefore, it is necessary to make the coefficient memory a dual-port memory so that the coefficients used by the first and second product-sum operation circuits and the coefficients used by the third and fourth product-sum operation circuits can be read independently. is there.
図5にそのような第2の実施形態によるデシメータ回路の回路ブロック図を示す。図5のデシメータ回路10Bは、図1の第1の実施形態のデシメータ回路から係数メモリ2Bが記憶する係数の数を1/2に減らしている。また、係数メモリ2Bは、デュアルポートメモリである。 FIG. 5 shows a circuit block diagram of such a decimator circuit according to the second embodiment. In the decimator circuit 10B of FIG. 5, the number of coefficients stored in the coefficient memory 2B is reduced to ½ from the decimator circuit of the first embodiment of FIG. The coefficient memory 2B is a dual port memory.
係数メモリに対するアドレス入力信号として、ADREとADRLの2系統のアドレスが入力され、アドレスADREに対応する係数データと、アドレスADRLに対応する係数データが同時に別々のアドレスに対応して出力される。アドレスADREは、Lの値を偶数として、縦続接続されているL個の積和演算回路のうち、先頭からL/2個の前段の積和演算回路が用いる係数の読み出しアドレスを指定する。同様に、アドレスADRLは、縦続接続されているL個の積和演算回路のうち、末尾からL/2個の残りの後段の積和演算回路が用いる係数の読み出しアドレスを指定する。 As an address input signal for the coefficient memory, two types of addresses, ADRE and ADRL, are input, and coefficient data corresponding to the address ADRE and coefficient data corresponding to the address ADRL are simultaneously output corresponding to different addresses. The address ADRE designates the read address of the coefficient used by the L / 2 previous product-sum operation circuits from the top of the L product-sum operation circuits connected in cascade, with the value of L being an even number. Similarly, the address ADRL specifies a read address of a coefficient used by L / 2 remaining product-sum operation circuits from the end among L product-sum operation circuits connected in cascade.
なお、図5では、積和演算回路は、1−aと1−bの2つであり、そのうち、前段の積和演算回路1−aには、アドレスADREの指定により読み出された係数信号Caが内部の乗算器11に接続されている。一方、後段の積和演算回路1−bには、アドレスADRLの指定により読み出された係数信号Cbが内部の図示を省略している乗算器に接続されている。
In FIG. 5, there are two product-sum operation circuits 1-a and 1-b, and among them, the previous product-sum operation circuit 1-a has a coefficient signal read according to the designation of the address ADRE. Ca is connected to the
図5では、タイミング制御回路3Bは、デュアルポートメモリである係数メモリ2BのアドレスとしてADRE、ADRLの2つのアドレスを出力するので、図1に示すデシメータ回路10のタイミング制御回路3と構成、機能が異なっている。図5のデシメータ回路10Bでは、上述したように、係数メモリ2Bとタイミング制御回路3Bの構成と機能が図1に示すデシメータ回路10と若干異なっているほかは、図1に示す第1の実施形態のデシメータ回路10と構成、機能、動作は、ほぼ同一である。したがって、重複した説明は省略する。
In FIG. 5, since the
[第3の実施形態]
第2の実施形態で説明した式(15)〜式(18)を見ても理解できる通り、第1乃至第2の積和演算回路が入力デジタルデータx0の演算に用いる4つの係数と、x3の演算に用いる4つの係数は共通し、x1の演算に用いる4つの係数とx2の演算に用いる4つの
係数は共通している。
[Third Embodiment]
As can be understood from the equations (15) to (18) described in the second embodiment, four coefficients used by the first to second product-sum operation circuits to calculate the input digital data x0, and x3 The four coefficients used for the calculation of are common, and the four coefficients used for the calculation of x1 and the four coefficients used for the calculation of x2 are common.
また、第1の積和演算回路と第4の積和演算回路が4回の演算に用いる係数は互いに共通であり、第2の積和演算回路と第3の積和演算回路が4回の演算に用いる係数も互いに共通である。したがって、第2の実施形態のようにデュアルポートのメモリを用いずに、係数メモリの構成を4つの係数を平行して読み出すシングルポート2アドレスの係数メモリとして、同時に読み出した4つの係数のうち、2つの係数から1つの係数を選択する係数セレクタを各積和演算回路の側に設けることによって、第2の実施形態と同一の機能を実現することもできる。 The coefficients used by the first product-sum operation circuit and the fourth product-sum operation circuit for the four operations are common to each other, and the second product-sum operation circuit and the third product-sum operation circuit are used for the four operations. The coefficients used for the calculation are also common to each other. Therefore, as a single-port 2-address coefficient memory that reads out the four coefficients in parallel without using a dual-port memory as in the second embodiment, among the four coefficients read out simultaneously, By providing a coefficient selector for selecting one coefficient from two coefficients on the side of each product-sum operation circuit, the same function as in the second embodiment can be realized.
すなわち、Lを偶数として、積和演算回路の数をL個とすると、L個の積和演算回路が同時に用いる係数の関係は決まっているので、係数メモリからL個の係数を同時に読み出し、同時に読み出したL個の係数のうち、どの係数を用いるか、積和演算回路の側に係数セレクタを設けて乗算器が用いる係数として同時に読み出したL個の係数から係数セレクタにより選択した係数を用いてもよい。 That is, if L is an even number and the number of product-sum operation circuits is L, the relationship of the coefficients simultaneously used by the L product-sum operation circuits is determined. Of the L coefficients read out, which coefficient is used, a coefficient selector is provided on the product-sum operation circuit side, and the coefficient selected by the coefficient selector from the L coefficients simultaneously read as the coefficient used by the multiplier is used. Also good.
図6にそのような第3の実施形態によるデシメータ回路の回路ブロック図を示す。図6のデシメータ回路10Cは、図1の第1の実施形態のデシメータ回路から係数メモリ2Cが記憶する係数の数を1/2に減らしている。係数メモリ2CからL個の積和演算回路が用いる係数を並列して読み出し、並列に読み出したL個の係数から各積和演算回路が用いる係数を選択する係数セレクタ16を設けている。
FIG. 6 shows a circuit block diagram of such a decimator circuit according to the third embodiment. The decimator circuit 10C of FIG. 6 reduces the number of coefficients stored in the
図6では、Lの値は2であるので、係数メモリ2CからCL、CMの2つの係数を読み出しているが、同時に読み出した2つの係数は、積和演算回路1C−aと1C−bのどちらが用いるか第1の実施形態のようには固定されていない。第2の実施形態の積和演算回路1Cには、係数セレクタ16が設けられ、係数メモリ2Cから読み出した2つの係数のうち、どちらの係数を乗算の係数として用いるか、係数セレクタ16にて選択する。積和演算回路1C−aと1C−bにそれぞれ設けた係数セレクタ16により、積和演算回路1C−aの乗算器には、係数Caを供給し、積和演算回路1C−bの図示しない乗算器には、係数Cbを供給している。
In FIG. 6, since the value of L is 2, the two coefficients CL and CM are read out from the
なお、図6に示すように、係数セレクタの選択信号をタイミング制御回路3Cが出力するタイミング制御信号を用いてもよいが、そのタイミング制御信号は、ダウンレートコンバータ4やセレクタ14を制御するタイミング制御信号en1とはタイミングの異なるタイミング制御信号en2である。
As shown in FIG. 6, a timing control signal output from the
次に、上記実施形態を具体的に適用した実施例について説明する。 Next, examples in which the above embodiment is specifically applied will be described.
図4は、図1に示す第1の実施形態のデシメータ回路10における実施例1のサンプリング周期毎の状態の遷移を示す図である。実施例1では、図1に示す第1の実施形態のデシメータ回路10において、積和演算回路の数L=2、デシメーション比M=3、FIRフィルタのタップ数(次数)N=6である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a state transition for each sampling period in the
また、図4において、「t」は入力デジタル信号のサンプリング周期毎の時刻、「xi」はサンプリング周期毎の入力デジタル信号の値、「Cj」は係数メモリ2から積和演算回路1−aへ読み出される係数の値、「CN/2+j」は係数メモリ2から積和演算回路1−bへ読み出される係数の値である。また、「da」は、積和演算回路1−aから出力される累算結果の出力値であり、「db」は、積和演算回路1−bから出力される累算結果の出力値である。
In FIG. 4, “t” is the time for each sampling period of the input digital signal, “xi” is the value of the input digital signal for each sampling period, and “Cj” is from the
図4において、初期状態では、積和演算回路1−aは、固定値0により初期設定されるので、daの値は0になる。時刻t0では、入力デジタル信号xiの値は、x0となり、係数メモリからは、係数c0とc3が読み出される。積和演算回路1−aでは、入力デジタル信号xiの値x0と係数c0との乗算が行われ初期設定値0に加算され、出力値daの値は、x0*c0となる。
In FIG. 4, in the initial state, the product-sum operation circuit 1-a is initialized with a fixed
時刻t1では、次の入力デジタル信号x1と係数c1との乗算が行われ、時刻t0の出力値daの値に加算され、出力値daの値は、x0*c0+x1*c1となる。時刻t2では、時刻t1での出力値daに入力デジタル信号x2と係数c2との乗算結果が加算され、出力値daの値は、x0*c0+x1*c1+x2*c2となる。この演算が終了すると、この出力値daの値により、積和演算回路1−bが初期設定されると共に、積和演算回路1−aは固定値0に初期設定される。
At time t1, the next input digital signal x1 and the coefficient c1 are multiplied and added to the value of the output value da at time t0, and the value of the output value da becomes x0 * c0 + x1 * c1. At time t2, the multiplication result of the input digital signal x2 and the coefficient c2 is added to the output value da at time t1, and the value of the output value da becomes x0 * c0 + x1 * c1 + x2 * c2. When this calculation is completed, the product-sum calculation circuit 1-b is initialized with the output value da, and the product-sum calculation circuit 1-a is initialized to a fixed
時刻t3では、入力デジタル信号xiの値は、x3となり、係数メモリからは、時刻t0と同一の係数c0とc3が読み出される。積和演算回路1−aでは、xiの値x3と係数c0とが乗算され、積和演算回路1−bでは、xiの値x3と係数c3とが乗算される。積和演算回路1−aの出力値daは、時刻t2の後で0に初期設定されているので、x3とc0との乗算結果x3*c0が出力値daの値となる。積和演算回路1−bの出力値dbは、時刻t2の後で出力値daにより初期設定された値x0*c0+x1*c1+x2*c2に乗算結果x3*c3が加算され、(x0*c0+x1*c1+x2*c2)+x3*c3となる。 At time t3, the value of the input digital signal xi is x3, and the same coefficients c0 and c3 as at time t0 are read from the coefficient memory. In the product-sum operation circuit 1-a, the value x3 of xi and the coefficient c0 are multiplied, and in the product-sum operation circuit 1-b, the value x3 of xi and the coefficient c3 are multiplied. Since the output value da of the product-sum operation circuit 1-a is initially set to 0 after time t2, the multiplication result x3 * c0 of x3 and c0 becomes the value of the output value da. The output value db of the product-sum operation circuit 1-b is added to the value x0 * c0 + x1 * c1 + x2 * c2 initialized by the output value da after time t2, and the multiplication result x3 * c3 is added to (x0 * c0 + x1 * c1 + x2). * C2) + x3 * c3.
以下、同様に、時刻t4では、出力値daの値に乗算値x4*c1がさらに加算され、出力値dbの値には乗算値x4*c4がさらに加算される。時刻t5になると出力値daの値に乗算値x5*c2がさらに加算され積和演算回路1−bの次の初期設定値として出力される。また、積和演算回路1−bの出力値dbは、x0からx5までの入力デジタル信号に基づくフィルタ演算結果として外部に出力される。以降、入力デジタル信号の3サンプリング周期毎(時刻t8、t11・・・)に積和演算回路1−bの出力値dbには、フィルタ演算結果が出力され、デシメータ回路として機能を実現している。 Similarly, at time t4, the multiplication value x4 * c1 is further added to the value of the output value da, and the multiplication value x4 * c4 is further added to the value of the output value db. At time t5, the multiplication value x5 * c2 is further added to the value of the output value da and output as the next initial set value of the product-sum operation circuit 1-b. The output value db of the product-sum operation circuit 1-b is output to the outside as a filter operation result based on input digital signals x0 to x5. Thereafter, the filter operation result is output to the output value db of the product-sum operation circuit 1-b every three sampling periods (time t8, t11,...) Of the input digital signal, thereby realizing a function as a decimator circuit. .
すなわち、積和演算回路1−aでは、デシメーション比M=3の値に基づいて、サンプリング周期に同期して入力される入力デジタル信号xiと係数cjの値を乗算器により乗算し、連続する3つの乗算値を初期設定値である固定値に加算し、出力値daとして出力する動作を入力デジタル信号xiのサンプリング周期に同期して行う。また、係数の値は、c0、c1、c2の3つの係数を繰り返し用いて乗算する。 That is, the product-sum operation circuit 1-a multiplies the input digital signal xi and the value of the coefficient cj, which are input in synchronization with the sampling period, by the multiplier based on the value of the decimation ratio M = 3, Two multiplication values are added to a fixed value that is an initial setting value, and an operation of outputting as an output value da is performed in synchronization with the sampling period of the input digital signal xi. The coefficient value is multiplied by repeatedly using three coefficients c0, c1, and c2.
積和演算回路1−bでは、積和演算回路1−aの累算結果による出力値daを初期設定値として入力し、その初期設定値に積和演算回路1−bにより乗算した結果を加算する。また、積和演算回路1−bの用いる係数は、c3、c4、c5の3つの係数を繰り返し用いて乗算する。 In the product-sum operation circuit 1-b, the output value da resulting from the accumulation of the product-sum operation circuit 1-a is input as an initial setting value, and the result obtained by multiplying the initial setting value by the product-sum operation circuit 1-b is added. To do. Also, the coefficients used by the product-sum operation circuit 1-b are multiplied by repeatedly using the three coefficients c3, c4, and c5.
図7は、図5に示す第2の実施形態のデシメータ回路10B、または、第3の実施形態のデシメータ回路10Cにおける実施例2のサンプリング周期毎の状態の遷移を示す図である。第2の実施形態と第3の実施形態では、積和演算回路の演算の遷移の状態に関してはほとんど差異がないので、どちらのデシメータ回路を用いても実施例2の演算を実施できる。 FIG. 7 is a diagram illustrating a state transition for each sampling period of the decimator circuit 10B of the second embodiment illustrated in FIG. 5 or the decimator circuit 10C of the third embodiment of the second embodiment. In the second embodiment and the third embodiment, there is almost no difference with respect to the transition state of the operation of the product-sum operation circuit. Therefore, the operation of the second embodiment can be performed using either decimator circuit.
図7の実施例2の説明において、実施例1とほぼ同一である部分については、重複する説明を省略し、異なる部分のみを説明する。実施例2では、図5に示す第2の実施形態のデシメータ回路10B、または、第3の実施形態のデシメータ回路10Cにおいて、積和演算回路の数L=2、デシメーション比M=4、FIRフィルタのタップ数(次数)N=8である。 In the description of the second embodiment shown in FIG. 7, the description that is substantially the same as the first embodiment is omitted, and only different portions are described. In Example 2, in the decimator circuit 10B of the second embodiment shown in FIG. 5 or the decimator circuit 10C of the third embodiment, the number of product-sum operation circuits L = 2, decimation ratio M = 4, FIR filter The number of taps (order) N = 8.
図7において、「CL」と「CM」は、第3の実施形態のデシメータ回路10Cを用いる場合に、係数メモリ2Cから並列して読み出される2つの係数の値である。第2の実施形態のデシメータ回路10Bを用いる場合には、「CL」と「CM」は意味がない。
In FIG. 7, “CL” and “CM” are values of two coefficients read out in parallel from the
また、「Ca」は、前段の積和演算回路(1−a又は1C−a)の乗算器に与えられる係数であり、「Cb」は、後段の積和演算回路(1−b又は1C−b)の乗算器に与えられる係数である。第3の実施形態のデシメータ回路10Cを用いる場合は、「Ca」と「Cb」は、「CL」と「CM」のうち、係数セレクタにより選択された値となる。 “Ca” is a coefficient given to the multiplier of the previous product-sum operation circuit (1-a or 1C-a), and “Cb” is the subsequent product-sum operation circuit (1-b or 1C−). This is a coefficient given to the multiplier of b). When the decimator circuit 10C of the third embodiment is used, “Ca” and “Cb” are values selected by the coefficient selector from “CL” and “CM”.
時刻t3までに前段の積和演算回路(1−a又は1C−a)によって累算された値da3は、後段の積和演算回路(1−b又は1C−b)に初期設定値として与えられ、時刻t4以降の累算に用いられる。同様に、時刻t7までに前段の積和演算回路によって累算された値da7は、後段の積和演算回路に初期設定値として与えられ、時刻t8以降の累算に用いられる。 The value da3 accumulated by the previous product-sum operation circuit (1-a or 1C-a) up to time t3 is given as an initial setting value to the subsequent product-sum operation circuit (1-b or 1C-b). , Used for accumulation after time t4. Similarly, the value da7 accumulated by the previous product-sum operation circuit up to time t7 is given as an initial setting value to the subsequent product-sum operation circuit and used for accumulation after time t8.
[そのほかの実施形態]
第1乃至第3の実施形態において、乗算器11や加算器12はパイプライン構成にしてもよい。ただしこの場合、累算器15を初期化するタイミング制御信号enをパイプライン遅延の分だけ遅らせる必要がある。
[Other embodiments]
In the first to third embodiments, the
本発明の全開示(特許請求の範囲及び図面を含む)の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の特許請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、特許請求の範囲及び図面を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。 Within the scope of the entire disclosure (including claims and drawings) of the present invention, the embodiments and examples can be changed and adjusted based on the basic technical concept. In addition, various combinations or selections of various disclosed elements are possible within the scope of the claims of the present invention. That is, the present invention naturally includes various modifications and changes that could be made by those skilled in the art according to the entire disclosure including the claims and the drawings, and the technical idea.
1−a、1−b、1−l、1C−a、1C−b:積和演算回路
2、2B、2C、32:係数メモリ
3、3B、3C、34:タイミング制御回路
4:ダウンレートコンバータ
10、10A、10B、10C:デシメータ回路
11、331:乗算器
12、24、332:加算器
13、333:レジスタ
14:セレクタ
15:累算器
16:係数セレクタ
21:遅延素子
22:ダウンサンプラ
23:フィルタ
31:バッファメモリ
33:演算装置
In:デジタル信号入力端子
Xi:入力デジタル信号
Cj、CN/2+j、CN/L+j、CN*(L−1)/L+j、CL、CM:(タップ)係数
ADR:アドレス信号
en、en1、en2:タイミング制御信号
1-a, 1-b, 1-1, 1C-a, 1C-b: product-
Claims (9)
前記複数の積和演算回路は、それぞれ、入力デジタル信号のサンプリング周期で動作し、前記入力デジタル信号と前記係数メモリから読み出した係数とを乗算する乗算器と、前記乗算器の演算結果を累算する累算器と、を備え、前記複数の積和演算回路にそれぞれ含まれる累算器は、互いに縦続接続され、それぞれM回(Mは2以上の整数)累算を行う毎に、初段に接続された累算器は固定値に、初段以外の累算器は前段に接続された累算器の出力信号により初期設定され、最終段の累算器の出力信号により前記入力デジタル信号のサンプリング周期をM倍に間引いた出力信号を得ることを特徴とするデシメータ回路。 A plurality of product-sum operation circuits, and a coefficient memory for giving a product operation coefficient to each of the plurality of product-sum operation circuits,
Each of the plurality of product-sum operation circuits operates at a sampling period of the input digital signal, and multiplies the input digital signal by a coefficient read from the coefficient memory, and accumulates the operation result of the multiplier. The accumulators included in each of the plurality of product-sum operation circuits are cascade-connected to each other, and each time accumulation is performed M times (M is an integer of 2 or more), The connected accumulator is set to a fixed value, the accumulators other than the first stage are initialized by the output signal of the accumulator connected to the previous stage, and the input digital signal is sampled by the output signal of the last stage accumulator. A decimator circuit characterized by obtaining an output signal whose period is thinned by M times.
さらにLが偶数であり、FIRフィルタのL*M個のタップを時系列で並べたときに、kを0以上かつ(L/2)*M未満の任意の整数として(L/2)*M−k番目のタップの係数値は、(L/2)*M+k+1番目のタップの係数値に等しく、前記係数メモリは、前記FIRフィルタの(L/2)*M−k番目のタップの係数と(L/2)*M+k+1番目のタップの係数とを共通の値として同一のアドレスに同一のデータとして記憶していることを特徴とする請求項1乃至4いずれか1項記載のデシメータ回路。 When the number of the plurality of cascaded product-sum operation circuits is L (L is an integer of 2 or more), the L cascaded product-sum operation circuits are L * M-th order FIR ( A decimator circuit serving as a decimation filter as a Finite impulse response) filter,
Furthermore, when L is an even number and L * M taps of the FIR filter are arranged in time series, k is an arbitrary integer greater than or equal to 0 and less than (L / 2) * M (L / 2) * M The coefficient value of the k-th tap is equal to the coefficient value of the (L / 2) * M + k + 1-th tap, and the coefficient memory stores the coefficient of the (L / 2) * M-k-th tap of the FIR filter. 5. The decimator circuit according to claim 1, wherein (L / 2) * M + k + 1th tap coefficient is stored as a common value as the same data at the same address. 6.
前記複数の積和演算回路にそれぞれ含まれ、互いに縦続接続されている累算器のうち、初段の累算器を固定値により初期設定すると共に、前記初段以外の累算器を前段の累算器の出力値により初期設定する第1のステップと、
前記複数の積和演算回路に含まれる乗算器によりそれぞれ所定の係数と前記入力デジタル信号とを乗算し、前記乗算結果を累算器の初期設定値に加算する処理を前記入力デジタル信号のサンプリング周期に同期してM回繰り返す第2のステップと、
を備え、前記第1のステップと第2のステップとを前記間引いた出力信号の周期に合わせて繰り返し、前記第2のステップが終了する毎に、前記縦続接続された累算器のうち、最終段の累算器の出力値により、前記入力デジタル信号のサンプリング周期をM倍に間引いた出力信号を得ることを特徴とするデシメータ回路の演算方法。 Each includes a multiplier and an accumulator, and includes a plurality of product-sum operation circuits in which the input and output of the accumulator are cascade-connected to each other, and the sampling period of the input digital signal is M times ( M is an arithmetic method of a decimator circuit that outputs an output signal thinned out to an integer of 2 or more,
Among the accumulators that are respectively included in the plurality of multiply-accumulate circuits and are cascade-connected to each other, the initial stage accumulator is initialized with a fixed value, and the accumulators other than the first stage are accumulated in the previous stage. A first step of initial setting according to the output value of the container;
A process of multiplying a predetermined coefficient and the input digital signal respectively by a multiplier included in the plurality of product-sum operation circuits and adding the multiplication result to an initial setting value of the accumulator A second step that repeats M times synchronously with
And repeating the first step and the second step in accordance with the cycle of the thinned output signal, and each time the second step is completed, the last of the cascaded accumulators A decimator circuit calculation method, wherein an output signal obtained by thinning the sampling period of the input digital signal by M times is obtained from an output value of a stage accumulator.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010230859A JP2012085177A (en) | 2010-10-13 | 2010-10-13 | Decimator circuit, and operation method for decimator circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010230859A JP2012085177A (en) | 2010-10-13 | 2010-10-13 | Decimator circuit, and operation method for decimator circuit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012085177A true JP2012085177A (en) | 2012-04-26 |
Family
ID=46243548
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010230859A Pending JP2012085177A (en) | 2010-10-13 | 2010-10-13 | Decimator circuit, and operation method for decimator circuit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2012085177A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111865311A (en) * | 2020-07-27 | 2020-10-30 | 中国电子科技集团公司第三十六研究所 | Variable modulus decimal frequency conversion parallel signal processing device and method |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01293007A (en) * | 1988-05-20 | 1989-11-27 | Nec Corp | Noncyclic down-sampling filter |
JPH01319317A (en) * | 1988-05-09 | 1989-12-25 | Tektronix Inc | Digital filter |
JPH1155077A (en) * | 1997-05-30 | 1999-02-26 | Commquest Technol Inc | Digital filter and method for obtaining phase value and roll over signal in digital filter |
JPH11163680A (en) * | 1997-09-26 | 1999-06-18 | Lucent Technol Inc | Filter structure and method |
JP2010011493A (en) * | 2009-10-09 | 2010-01-14 | Fujitsu Ltd | Digital filter |
-
2010
- 2010-10-13 JP JP2010230859A patent/JP2012085177A/en active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01319317A (en) * | 1988-05-09 | 1989-12-25 | Tektronix Inc | Digital filter |
JPH01293007A (en) * | 1988-05-20 | 1989-11-27 | Nec Corp | Noncyclic down-sampling filter |
JPH1155077A (en) * | 1997-05-30 | 1999-02-26 | Commquest Technol Inc | Digital filter and method for obtaining phase value and roll over signal in digital filter |
JPH11163680A (en) * | 1997-09-26 | 1999-06-18 | Lucent Technol Inc | Filter structure and method |
JP2010011493A (en) * | 2009-10-09 | 2010-01-14 | Fujitsu Ltd | Digital filter |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111865311A (en) * | 2020-07-27 | 2020-10-30 | 中国电子科技集团公司第三十六研究所 | Variable modulus decimal frequency conversion parallel signal processing device and method |
CN111865311B (en) * | 2020-07-27 | 2024-04-09 | 中国电子科技集团公司第三十六研究所 | Variable-modulus decimal frequency conversion parallel signal processing device and method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6260053B1 (en) | Efficient and scalable FIR filter architecture for decimation | |
US5696708A (en) | Digital filter with decimated frequency response | |
CN1819457B (en) | Sample rate converter | |
JPH0340972B2 (en) | ||
US8131790B2 (en) | Decimation filter | |
KR20070025937A (en) | Sampling rate conversion method and circuit therefor | |
JP3066241B2 (en) | Digital filter and oversampling type analog / digital converter using the digital filter | |
JP4445132B2 (en) | Digital filtering without multiplier | |
JP2008021119A (en) | Digital filter and image processor using the same | |
JP3210219B2 (en) | Comb filter and transmitting / receiving device using the same | |
JPH04323910A (en) | A/d converter and d/a converter | |
JP2012085177A (en) | Decimator circuit, and operation method for decimator circuit | |
KR20050013180A (en) | Digital filter designing method, digital filter designing program, digital filter | |
JP3322030B2 (en) | Sampling rate converter | |
JP3097599B2 (en) | Digital filter | |
WO2005002051A1 (en) | Digital filter | |
Zhu et al. | ASIC implementation architecture for pulse shaping FIR filters in 3G mobile communications | |
Mottaghi-Kashtiban et al. | FIR filters involving shifts and only two additions, efficient for short word-length signal processing | |
JP3258938B2 (en) | Decimation filter | |
US20050171988A1 (en) | Digital filter design method and device, digital filter design program, and digital filter | |
JPH05175785A (en) | Digital filter for decimation | |
Sahour et al. | FPGA implementation of Daubeshies polyphase-decimator filter | |
JP3243831B2 (en) | FIR type filter | |
Kumar et al. | Delay efficient generalized rational sampling rate conversion polyphase FIR filter | |
Babic et al. | Decimation by non-integer factor in multistandard radio receivers |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130808 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140909 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20150508 |