JP2540757B2 - デシメ―ション用ディジタルフィルタ回路 - Google Patents

デシメ―ション用ディジタルフィルタ回路

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JP2540757B2
JP2540757B2 JP5257553A JP25755393A JP2540757B2 JP 2540757 B2 JP2540757 B2 JP 2540757B2 JP 5257553 A JP5257553 A JP 5257553A JP 25755393 A JP25755393 A JP 25755393A JP 2540757 B2 JP2540757 B2 JP 2540757B2
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哲也 松本
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Nippon Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、デシメーション用ディ
ジタルフィルタ回路に関し、特にディジタルフィルタの
回路構成の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】信号処理システム内でサンプリング・レ
ートを降下させるデシメーション用ディジタルフィルタ
の従来の回路構成を図4を参照して以下に説明する。図
4には、入力信号を元のサンプリング周波数の1/16
の周波数でアンダーサンプルするデシメーション用のデ
ィジタルフィルタの回路構成が示されている。
【0003】図4に示すように、従来のデシメーション
用フィルタは、入力ビット信号を累算するためのアキュ
ムレータ310,311と、アキュムレータ310の出
力を8倍するための乗算器(3ビットシフタ)303、
乗算器303の出力からアキュムレータ311の出力を
減算する加算器304、レジスタ308、レジスタ30
8の出力とアキュムレータ311の出力を加算する加算
器305、及びレジスタ309から構成されている。
【0004】アキュムレータ310及び311は、加算
器301とレジスタ306、及び加算器302とレジス
タ307でそれぞれ構成されている。
【0005】図4及び図5を参照して、1/16の周波
数でアンダーサンプルするデシメーション用フィルタの
動作を説明する。図5は、図4の従来のデシメーション
用フィルタのタイミング図を示す。
【0006】基準クロック信号CLKに同期して入力さ
れた入力データは、アキュムレータ310で累積加算さ
れる。すなわち、入力データは加算器301でレジスタ
306の出力(1基準クロック前のアキュムレータ31
0の出力データ)と加算され、加算結果はアキュムレー
タ310から出力されるとともにレジスタ306に入力
される。
【0007】アキュムレータ310は8基準クロック毎
にリセットされ、レジスタ306がクリアされる。図5
のタイミング図において、基準クロック信号CLKの8
倍の周期のクロック信号1/8CLKによりレジスタ3
06はクリアされ、レジスタ306は値0を加算器30
1に出力し、アキュムレータ310からは入力データが
そのまま出力される。
【0008】そして、アキュムレータ310は、8基準
クロック信号CLK毎に、現在の入力データと7基準ク
ロック分前までの入力データの累算結果とを加算した値
をOUT01として出力する。図5のタイミング図で
は、1/8CLKの直前の基準クロック信号CLKに同
期して、8個の入力データの累算結果が出力され、前述
の如く、次の1/8CLKでアキュムレータ310がリ
セットされる。
【0009】アキュムレータ310の出力OUT01
は、d(n)+d(n−1)+…+d(n−7)とな
る。ここに、d(n−L)は入力データd(n)に対し
て基準クロック信号CLKのLクロック分前にサンプル
された入力データを表わしている。
【0010】したがって、出力OUT01の伝達関数H
01(Z)は次式(1)にて与えられる。 H01(Z)=1+Z-1+Z-2+…+Z-7 …(1)
【0011】アキュムレータ310の出力を入力とする
アキュムレータ311は、アキュムレータ310と同様
に基準クロック信号CLKの8倍の周期のクロック信号
1/8CLKにより8基準クロック毎にリセットされ、
8基準クロック信号CLK毎に、8個の入力データの累
算結果をOUT02として出力する。アキュムレータ3
11の出力OUT02は次式(2)で与えられる。
【0012】
【数1】
【0013】アキュムレータ311の出力OUT02の
伝達関数H02は、実質的に上式(1)の伝達関数H01
2段カスケード接続したものに等しく、次式(3)で表
わされる。なお、アキュムレータ311は8基準クロッ
クCLK毎にリセットされるため、伝達関数H02におい
てZ-8以上の遅延項は現われない。
【0014】
【数2】
【0015】図4に示すように、アキュムレータ310
の出力OUT01は乗算器303に入力され、乗算器3
03はOUT01を右に3ビットシフトして8倍したも
のを加算器304の一方の入力に供給する。
【0016】加算器304の他方の入力には、アキュム
レータ311の出力0UT02が入力され、加算器30
4はOUT01を8倍した値にOUT02の2の補数を
加算した(すなわち、8×OUT01からOUT02を
差し引いた)値をOUT03として出力する。出力OU
T03は次式(4)で与えられる。
【0017】
【数3】
【0018】したがって、出力OUT03の伝達関数は
次式(5)で与えられる。 H03(Z)=7+6Z-1+5Z-2+…+Z-6 …(5)
【0019】次に出力OUT03は、1/8CLKでア
ンダーサンプルを行なうレジスタ308において8基準
クロック分遅延され、OUT04が出力される。
【0020】したがって、出力OUT04の伝達関数は
次式(6)で与えられる。
【0021】
【数4】
【0022】出力OUT04は加算器305の一方の入
力に供給され、アキュムレータ311の出力OUT02
と加算される。そして加算器305の出力はレジスタ3
09に1/8CLKでラッチされ、最終的にフィルタ回
路からは以下の出力データが出力される。
【0023】
【数5】
【0024】したがって、図4に示したディジタルフィ
ルタ回路の伝達関数H(Z)は次式(8)にて与えられ
る。
【0025】
【数6】
【0026】このデシメーション用フィルタの周波数特
性はZ=exp(jωT)とおいて、その利得は次式(9)
で与えられる。
【0027】
【数7】
【0028】ここに、ω=2πf、Tは基準クロック信
号CLKのサンプリング周期である。
【0029】伝達関数が上式(8)で与えられるデシメ
ーション用ディジタルフィルタの周波数特性(利得)の
一例を図6に示す。なお、図6に示す周波数特性におい
て、フィルタの最大利得が約36dBとされているが、
これは図4の回路構成が上式(8)の伝達関数の括弧内
の式をフィルタのタップ数8で除算しない構成であるこ
とによる。すなわち、上式(8)の伝達関数の括弧内の
式をフィルタのタップ数8で除した場合、フィルタの最
大利得は0dBに正規化されることになる。
【0030】そして、このディジタルフィルタは周波数
f=1/8T毎に大きく減衰するくし型特性を有してお
り、図4の回路構成が1/16のデシメーション用の低
域通過フィルタとして動作することがわかる。
【0031】なお、上式(8)の構成のディジタルフィ
ルタは、チェビシェフ型あるいはバターワース型等と比
較してフィルタ係数が簡易であるため、デシメーション
用ディジタルフィルタとして一般的に用いられている。
【0032】
【発明が解決しようとする課題】前記従来のデシメーシ
ョン用ディジタルフィルタは、多ビット入力に対しても
演算可能な構成とされている。
【0033】しかしながら、このディジタルフィルタ回
路は、ΔΣ変調器等の1ビット出力の回路に対して用い
る場合には回路規模が大きくなり、LSI化する場合に
チップ面積が大きくなるという問題があった。
【0034】したがって、本発明は、前記問題点を解消
し、回路規模を大幅に縮小し、LSI化においてチップ
面積を削減することを可能とするデシメーション用ディ
ジタルフィルタ回路を提供することを目的とする。
【0035】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、フィルタ係数を発生するための2進アッ
プダウンカウンタと、入力ビットをシリアルに入力する
入力端子と、前記2進アップダウンカウンタの出力と前
記入力ビットとのビット毎の論理積をとるゲート手段
と、前記ゲート手段の出力を累算するための加算器及び
レジスタから成るアキュムレータと、を備えて成るデシ
メーション用ディジタルフィルタ回路を提供する。
【0036】また、本発明は、フィルタ係数を発生する
ための2進アップダウンカウンタと、入力ビットをシリ
アルに入力する入力端子と、前記2進アップダウンカウ
ンタの出力と前記入力ビットとのビット毎の論理積をと
るゲート手段と、前記ゲート手段の出力を累算するため
の加算器及びレジスタから成るアキュムレータと、を備
え、更に前記入力端子から入力された入力ビットが前記
加算器に入力される構成としたデシメーション用ディジ
タルフィルタ回路を提供する。
【0037】本発明のデシメーション用ディジタルフィ
ルタは、係数を発生するためのアップダウンカウンタと
入力ビットとの積をとるための論理積ゲート回路とその
出力を累算するためのアキュムレータを備え回路規模を
小さくしたことを特徴としている。
【0038】
【実施例】図面を参照して、本発明の実施例を以下に説
明する。
【0039】
【実施例1】図1は、本発明に係るデシメーション用デ
ィジタルフィルタの第1の実施例の回路構成を示すブロ
ック図である。また、図3は、第1の実施例のタイミン
グ図を示している。
【0040】図1に示すように、本実施例のデシメーシ
ョン用ディジタルフィルタは、入力ビットをビットシリ
アルに入力する入力端子、アップダウンカウンタ10
1、アップダウンカウンタ101の出力と入力ビットと
の論理積をとる論理積ゲート回路102、アキュムレー
タを構成するレジスタ104と加算器103から構成さ
れている。
【0041】図1において、入力端子からビットシリア
ルに入力された1ビットデータのサンプル値を、d
(n),d(n−1),…,d(n−L)と表わすと、
そのZ表示は、1,Z-1,Z-2,…Z-Lとなり、2進ア
ップダウンカウンタ101は上記入力サンプル値にそれ
ぞれ対応して、1,2,3…,2m−2,2m−1,2m
−2,…,3,2,1なるフィルタ係数を出力する。
【0042】ここで簡単のために、1/16のデシメー
ション用ディジタルフィルタを4ビット出力の2進アッ
プダウンカウンタで構成した例について説明する。
【0043】フィルタ係数を発生する4ビット出力の2
進アップダウンカウンタ101(図1で出力ビット数n
=4)は、図3のタイミング図に示すように、基準クロ
ック信号CLKに同期して、1,2,3,…6,7,
8,7,6,…3,2,1というフィルタ係数を順次発
生する。
【0044】フィルタ係数の4ビットデータは論理積ゲ
ート回路102に入力され、各ビット毎に1ビットの入
力ビットと論理積がとられ、論理積ゲート回路102の
4ビット出力データはアキュムレータを構成する加算器
103に供給される。
【0045】加算器103は論理積ゲート回路102の
出力とレジスタ104の出力とを加算し、加算結果はア
キュムレータの出力端子から出力されるとともに、レジ
スタ104に入力される。なお、図1において、加算器
103の出力のビット幅m、すなわち、アキュムレータ
の出力データのビット幅は、2進アップダウンカウンタ
の出力ビット数以上とされ、ディジタルフィルタの構成
により適宜定められる。
【0046】図3に示すように、アキュムレータは、レ
ジスタ104のアンダーサンプルクロック信号に同期し
て、入力データとフィルタ係数の論理積出力について、
現在の出力とレジスタ104に格納された14基準クロ
ック分前までの累算結果とを加算した値、すなわちフィ
ルタ係数で重み付けされた入力データ15個を累算した
値を出力する(次式(10)参照)。
【0047】
【数8】
【0048】なお、図3に示すように、アンダーサンプ
ルクロック信号は15基準クロック信号CLK毎に出力
され、アキュムレータを構成するレジスタ104はアン
ダーサンプルクロック信号の次の基準クロック信号CL
Kでリセットされ、新たにデータの累算を開始する。
【0049】したがって、図1のフィルタの伝達関数は
次式(11)にて与えられる。
【0050】
【数9】
【0051】これは、前述の式(8)のフィルタの伝達
関数と全く等しい。したがって本実施例の回路構成が、
1/16のデシメーション用ディジタルフィルタとして
動作することがわかる。
【0052】本実施例によれば、図4に示した従来のフ
ィルタ回路がレジスタを4個、加算器を4個必要とした
のに対し、レジスタ及び加算器はともに1個で済み、こ
れにカウンタとゲートを付加した簡易な構成から成り、
回路素子数及び回路規模を大幅に縮減している。
【0053】
【実施例2】次に、図2を参照して、本発明の第2の実
施例を説明する。
【0054】図2に示すように、本実施例においては、
入力端子からビットシリアルに入力された入力ビットを
直接アキュムレータの加算器203に入力することによ
り、フィルタ係数発生用のアップダウンカウンタ201
の回路規模を小さくできるという特徴を有している。
【0055】以下、第1の実施例と同様に1/16のデ
シメーション用ディジタルフィルタを説明する。なお、
第1の実施例と同一の回路構成についての説明は省略
し、相違点のみを説明する。
【0056】本実施例においては、入力ビットは、フィ
ルタ係数発生器201(アップダウンカウンタ)の出力
との論理積をとる論理積ゲート202に入力されるとと
もに、直接加算器203に入力される。
【0057】このため、フィルタ係数発生器201は、
前述の式(10)のアキュムレータの累算出力における
各入力データに対するフィルタ係数についてそれぞれ1
差し引いた係数を出力すればよいことになる。
【0058】したがって、1/16のデシメーション用
ディジタルフィルタを2進アップダウンカウンタ201
で構成する場合、値が0〜7の範囲(すなわち、0,
1,2,…,6,7,6,…,2,1,0)の係数(1
5個)を発生すればよく、第1の実施例が4ビットの2
進カウンタを必要としたのに対し、本実施例では3ビッ
トの2進カウンタで済むことになる。また、本実施例で
は論理積ゲート回路202は3つの2入力論理積ゲート
から構成され第1の実施例よりも1つゲート回路が少な
くて済む。
【0059】このため、本実施例によれば、デシメーシ
ョン用ディジタルフィルタの回路規模が第1の実施例に
比べ更に縮小できる。
【0060】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のデシメー
ション用ディジタルフィルタは、フィルタ係数を発生す
るためのアップダウンカウンタと、フィルタ係数と入力
ビット信号との積をとるための論理積ゲート回路と、フ
ィルタ係数が乗じられた入力信号を累算するためのアキ
ュムレータを備えた構成により、従来のフィルタ回路よ
りも回路規模を大幅に縮小し半導体集積回路のチップ面
積を削減するという効果を有する。
【0061】また、本発明においては、入力ビット信号
を論理積ゲート回路と同時にアキュムレータの加算器に
入力する構成により、アップダウンカウンタの出力ビッ
ト数を減少させてそのカウンタの回路素子を削減し、こ
のためディジタルフィルタの回路規模の更なる縮小を達
成するという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の回路構成を示すブロッ
ク図である。
【図2】本発明の第2の実施例の回路構成を示すブロッ
ク図である。
【図3】本発明の第1の実施例のタイミング図である。
【図4】従来のデシメーション用ディジタルフィルタの
構成を示すブロック図である。
【図5】従来例のタイミング図である。
【図6】従来例のデシメーション用ディジタルフィルタ
の周波数特性の一例を示す図である。
【符号の説明】
101,201 アップダウンカウンタ 102,202 論理積ゲート回路 103,203 加算器 104,204 レジスタ 301,302,304,305 加算器 303 乗算器 306〜309 レジスタ 310,320 アキュムレータ CLK 基準クロック信号

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フィルタ係数を発生するための2進アップ
    ダウンカウンタと、入力ビットをシリアルに入力する入
    力端子と、前記2進アップダウンカウンタの出力と前記
    入力ビットとのビット毎の論理積をとるゲート手段と、
    前記ゲート手段の出力を累算するための加算器及びレジ
    スタから成るアキュムレータと、を備えて成るデシメー
    ション用ディジタルフィルタ回路。
  2. 【請求項2】フィルタ係数を発生するための2進アップ
    ダウンカウンタと、入力ビットをシリアルに入力する入
    力端子と、前記2進アップダウンカウンタの出力と前記
    入力ビットとのビット毎の論理積をとるゲート手段と、
    前記ゲート手段の出力を累算するための加算器及びレジ
    スタから成るアキュムレータと、を備え、更に前記入力
    端子から入力された入力ビットが前記加算器に入力され
    る構成としたデシメーション用ディジタルフィルタ回
    路。
  3. 【請求項3】前記アキュムレータがアンダーサンプル用
    のクロック信号入力端子を備えたことを特徴とする請求
    項1又は2記載のデシメーション用ディジタルフィルタ
    回路。
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