JP3042125B2 - 間引きフィルタ - Google Patents

間引きフィルタ

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JP3042125B2 JP4003511A JP351192A JP3042125B2 JP 3042125 B2 JP3042125 B2 JP 3042125B2 JP 4003511 A JP4003511 A JP 4003511A JP 351192 A JP351192 A JP 351192A JP 3042125 B2 JP3042125 B2 JP 3042125B2
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H17/00Networks using digital techniques
    • H03H17/02Frequency selective networks
    • H03H17/06Non-recursive filters
    • H03H17/0621Non-recursive filters with input-sampling frequency and output-delivery frequency which differ, e.g. extrapolation; Anti-aliasing
    • H03H17/0635Non-recursive filters with input-sampling frequency and output-delivery frequency which differ, e.g. extrapolation; Anti-aliasing characterized by the ratio between the input-sampling and output-delivery frequencies
    • H03H17/065Non-recursive filters with input-sampling frequency and output-delivery frequency which differ, e.g. extrapolation; Anti-aliasing characterized by the ratio between the input-sampling and output-delivery frequencies the ratio being integer
    • H03H17/0664Non-recursive filters with input-sampling frequency and output-delivery frequency which differ, e.g. extrapolation; Anti-aliasing characterized by the ratio between the input-sampling and output-delivery frequencies the ratio being integer where the output-delivery frequency is lower than the input sampling frequency, i.e. decimation

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はディジタル信号処理装置
として、特にデルタシグマ変調器等により高いサンプリ
ングレートで1ビット符号化された信号を低いサンプリ
ングレートに間引く間引きフィルタに関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、オーバサンプリングA−D変換
を行った信号は、サンプリングレートが高く、高い周波
数に多くの量子化雑音を含むため、信号の処理、蓄積、
伝送を行うためにはサンプリングレートが低くて分解能
の高い信号に変換しなければならない。間引きフィルタ
は、このような目的に用いられるフィルタで、通常FI
Rフィルタが用いられる。
【0003】オーバサンプリングA−D変換器に2次の
デルタシグマ変調器を用いたときには、入力信号をX
(z)、量子化雑音をQ(z)とすると、出力Y(z)
は、次の(1)式で表される。
【0004】
【0005】この式によれば、量子化雑音が周波数に対
して2次の差分関数で分布する。この信号を間引きする
ためには、高周波に対して3次の減衰特性を持つフィル
タを通す必要がある。例えば1/32の割合で間引くと
きには、間引きフィルタの特性H(z)は次の(2)式
のようになる必要がある。
【0006】
【0007】この特性を実現する方法にはいろいろある
けれど、コンパクトに実現する方法として、図3のブロ
ック図に示される構成が知られている。この構成は、1
985年アイシーエーエスエスピー(ICASSP)プ
ロシーディング1403頁に記載されている。
【0008】この構成では、(2)式で32個の係数3
段分を展開してROM15aに書き込んでおき、これを
順次読出してオーバサンプリングA−D変換器(AD
C)11からの1ビット出力が1であれば加算、0であ
れば減算を行うことにより(2)式の伝達関数を実現す
るものである。この場合、(2)式を展開するとROM
の係数の数は94となり、入力データレートに対して3
2回に1回出力する必要があるので、この回路はA−D
変換器からの出力1回に対して3種類の係数に対する加
減算を行う必要があり、そのためにレジスタも3段備え
られている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上述のように2次のデ
ルタシグマ変調器を用いて、例えばディジタルオーディ
オ用のA−D変換システムを構成するには、オーバサン
プリング比を256倍程度とる必要がある。そのため、
最終的なサンプリング周波数を48kHzとした時に、
オーバサンプリングA−D変換器から出力される1ビッ
トデータのレートは12.288MHzになる。だか
ら、加減算器は少なくともその3倍の周波数、すなわち
約37MHzで動作する必要がある。このような高い周
波数で動作する回路を設計することは困難を伴う。ま
た、著しい消費電力の増大を伴ってしまう欠点があっ
た。この動作速度を低減するためにはアキュムレータを
3組用意する必要があり、ハードウェアの著しい増大を
伴っていた。
【0010】本発明の目的は、このような問題を解決
し、1/32に間引くとき、非常に簡単な論理回路によ
りまず1/2に間引いた後1/16に間引くことによ
り、低い周波数で動作し、消費電力を少くした簡単な構
成の間引きフィルタを提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の間引きフィルタ
の構成は、オーバサンプリングAD変換された相連続す
る3個の1ビットデータを保持するデータ保持手段と、
予め記憶された所定フィルタ係数を出力するメモリ手段
と、このメモリ手段からのフィルタ係数の0倍,±1倍
および±2倍をとるスケーラと、前記データ保持手段に
保持された相連続する3個のデータが2回入力されるご
とにこの相連続する3個のデータにより前記スケーラと
加減算に対する制御を行う論理制御部と、累算結果を保
持するレジスタと、このレジスタの出力と前記スケーラ
の出力と前記累算結果とを加減算して前記レジスタに入
力する加減算手段とを備えることを特徴とする。
【0012】
【実施例】図1は本発明の一実施例のブロック図であ
る。本実施例は、入力信号をディジタル信号に変換する
オーバサンプリングA−D変換器11と、このA−D変
換器11の相連続する3個のデータA,B,Cを取り出
す2個のD−FF12,13と、フィルタ係数を記憶す
るROM15と、このROM15の出力を0倍、±1
倍、±2倍するスケーラ16と、加減算器17と、デー
タA,B,Cを入力としてオーバサンプリングA−D変
換器11の動作速度の半分の周期でスケーラ16と加減
算器17に対して制御信号を生成する制御論理部14と
から構成されている。
【0013】制御論理により伝達される特性H1(z)
は、次の(3)式のようになるように設計され、その真
理値表は、次の表1に示される。
【0014】
【0015】
【表1】
【0016】この表1の真理値表から、重みは0,1,
2であるので、ROM15のデータとの乗算を行うスケ
ーラ16はそれぞれROMのデータをクリアする、その
まま通す、左に1ビットシフトする、の3種ですみ、特
別な乗算器を必要としないことが明らかである。
【0017】このスケーラ16へのシフト制御信号をつ
くる制御論理部14の一例を図2(a)に示し、またク
リア信号をつくる制御論理部14の一例を図2(b)に
示す。
【0018】図2(a)においては、データA,B,C
を入力するORゲート21と、同じデータA,B,Cを
入力するNANDゲート22と、これらゲート21,2
2の出力を入力するNANDゲート23とから構成さ
れ、データA,B,Cが全てV0または1のとき、1が
出力される。
【0019】また図2(b)においては、データA,C
を入力するNANDゲート24と、このNANDゲート
24の出力とデータBを入力するORゲート25と、デ
ータA,CとデータBの反転信号とを入力するORゲー
ト26と、これらORゲート25,26を入力するNA
NDゲート29とから構成される。
【0020】この制御論理部14は、オーバサンプリン
グADC11のサンプリングレートの半分の周波数で動
作させることにより1/2間引きが行われる。(3)の
フィルタ高周波減衰特性は2次であるので、3次の時よ
り小さいが、間引きが1/2であるので間引いた後信号
帯域に折り返される周波数帯では十分な減衰量を得るこ
とができる。
【0021】さらに大きな間引きを行うフィルタは、加
減算器17によりスケーラ16の出力と累算途中結果を
加算し、レジスタに蓄えてゆく。例えば、従来例と同等
の間引きを行うとすると、この間引きフィルタ全体で間
引く割合を1/32であるから、2段目の間引きは1/
16となる。2段目は間引き率が大きいので高周波の減
衰量を高くとる必要がある。この場合の伝達関数は、次
の(4)式となるようフィルタ係数を設計する。
【0022】
【0023】このフィルタは、46タップで、従来の約
半分ですむ。2段目のフィルタは、スケーラ16の出力
16回に1回出力する必要があるので、1つのスケーラ
出力に対してフィルタ係数のタップ位置が16タップ分
異なる3種のフィルタ係数に対して各々タップ位置0か
ら46まで累算を行い、48サイクルごとに1時記憶レ
ジスタをクリアするとともに演算結果を出力することに
より間引きを行う。
【0024】本実施例では、スケーラ16に正負の数値
を変換する機能を入れ、アキュームレータを加算器(1
7)で構成したが、スケーラ16は0,1,2だけを扱
い、符号は加算器を加減算器17によって扱うようにし
ても良い。また、本実施例は、フィルタ係数をROM1
5に蓄えるようにしたが、カウンタと論理回路で構成す
ることもできる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、従
来の方法と比較してD−FF2個と制御論理部、スケー
ラを必要とするだけで、係数を記憶するメモリの語数が
従来の構成の半分で済み、また語長も10ビットであっ
たのが8ビットで済み2ビット少なくできる。また、こ
の加減算器への入力データはオーバサンプリングA−D
変換器の出力データレートの半分になっているので、加
減算器の演算レートおよびROMの読出しレートも半分
で済ませることが出来る。従って、本発明の回路をCM
OS集積回路で構成した場合、従来の半分以下の消費電
力で動作することが期待できると同時に、最も高速性が
要求される加減算周期に2倍の時間を振り分けることが
できるので、設計が非常に容易になるという効果もあ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の間引きフィルタの構成を示
すブロック図。
【図2】(a),(b)は図1に用いる重み制御信号の
うち、2倍を制御する信号および重み0を制御する信号
を得る論理回路例の回路図。
【図3】従来例の間引きフィルタの構成を示すブロック
図。
【符号の説明】
11 オーバサンプリングADC 12,13 D型フリップフロップ(D−FF) 14 制御論理部 15,15a ROM 16 スケーラ 17 加減算器 18 レジスタ 21,25 ORゲート 22 3入力NANDゲート 23,24,27 2入力NANDゲート 26 インバータ付ORゲート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03H 17/00 - 17/08

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 オーバサンプリングAD変換された相連
    続する3個の1ビットデータを保持するデータ保持手段
    と、予め記憶された所定フィルタ係数を出力するメモリ
    手段と、このメモリ手段からのフィルタ係数の0倍,±
    1倍および±2倍をとるスケーラと、前記データ保持手
    段に保持された相連続する3個のデータが2回入力され
    るごとにこの相連続する3個のデータにより前記スケー
    ラと加減算に対する制御を行う論理制御部と、累算結果
    を保持するレジスタと、このレジスタの出力と前記スケ
    ーラの出力と前記累算結果とを加減算して前記レジスタ
    に入力する加減算手段とを備えることを特徴とする間引
    きフィルタ。
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