JP3384756B2 - IIR digital low-pass filter - Google Patents

IIR digital low-pass filter

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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、IIR形デジタ
ルローパスフィルタに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an IIR type digital low pass filter.

【0002】[0002]

【従来の技術】図1は、従来のIIR(Infinite Impuls
e Response) 形デジタルローパスフィルタの構成を示し
ている。
2. Description of the Related Art FIG. 1 shows a conventional IIR (Infinite Impulsion).
e Response) type digital low-pass filter.

【0003】このIIR形デジタルローパスフィルタ
は、加算器1、遅延器2、係数bの乗算器3および係数
aの乗算器4から構成されている。
This IIR type digital low-pass filter is composed of an adder 1, a delay device 2, a multiplier 3 of coefficient b and a multiplier 4 of coefficient a.

【0004】このフィルタの入力をXn 、出力をYn
加算器1の出力をQn とすると、出力Yn は、次の数式
1で表される。
The input of this filter is X n , the output is Y n ,
When the output of the adder 1 is Q n , the output Y n is represented by the following formula 1.

【0005】[0005]

【数1】 [Equation 1]

【0006】図1の構成で、サンプリング周波数に対し
てカットオフ周波数の低いフィルタを設計すると、係数
bの乗算器3が大きくなり、また動作速度も低下する。
このローパスフィルタの係数bは、b=0.9999999851と
なり、1に近い値になる。
When a filter having a low cutoff frequency with respect to the sampling frequency is designed in the configuration of FIG. 1, the multiplier 3 of the coefficient b becomes large and the operation speed also decreases.
The coefficient b of this low-pass filter is b = 0.9999999851 and is a value close to 1.

【0007】仮に、係数bを1にした場合には、乗算器
3が不要となり回路構成は簡素化されるが、フィルタの
安定性が問題となる。例えば、一方の符号に偏った値が
入力された場合、このループ内の値Qn がオーバーフロ
ーを起こすようになり、適切なローパスフィルタとして
動作しなくなる。
If the coefficient b is 1, the multiplier 3 becomes unnecessary and the circuit structure is simplified, but the stability of the filter becomes a problem. For example, when a value biased to one of the codes is input, the value Q n in this loop causes an overflow and the low pass filter does not operate properly.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】この発明は、動作速度
の向上化が図れるIIR形デジタルローパスフィルタを
提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an IIR type digital low pass filter which can improve the operation speed.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この発明によるIIR形
デジタルローパスフィルタは、カットオフ周波数がサン
プリング周波数に比べて十分に低い場合に適用されるI
IR形デジタルローパスフィルタであって、入力データ
が入力される第1加算器、第1加算器の出力を1クロッ
ク周期分遅延させて出力する第1遅延器、第1遅延器の
出力が入力される第2加算器、第2加算器の出力に所定
の係数を乗算してフィルタ出力として出力する乗算器、
第2加算器の出力を1クロック周期分遅延させて出力す
る第2遅延器および第2遅延器の出力をビットシフトす
るビットシフタを備え、第1加算器は、入力データから
ビットシフタの出力を減算して出力するものであり、第
2加算器は、第1遅延器の出力と第2遅延器の出力とを
加算して出力するものであることを特徴とする
The IIR type digital low-pass filter according to the present invention has a cut-off frequency of the sun.
I applied when it is sufficiently lower than the pulling frequency
An IR type digital low-pass filter, wherein a first adder to which input data is input, a first delay device that delays the output of the first adder by one clock period and outputs the delayed output, and an output of the first delay device are input. A second adder, a multiplier that multiplies the output of the second adder by a predetermined coefficient and outputs the result as a filter output,
Comprising a bit shifter for bit shifting the output of the second delayer and the second delayer to output the output delay one clock period of the second adder, the first adder, the input data <br/> bit shifter to output the result by subtracting the output, the second adder, characterized in that is to output the added output of the first delay and the output of the second delay.

【0010】入力データをmビット幅とすると、第1加
算器はmビット幅で上記演算を行い、第2加算器はmビ
ット幅より大きなnビット幅で上記演算を行い、ビット
シフタは第2遅延器から送られてきたnビット幅のデー
タのうちの上位mビット分のデータを取り出して出力す
る。
[0010] The input data is m bits wide, the first adder performs the operations in m-bit width, the second adder performs the operations in a large n-bit width from m bits wide, bit shifter second delay Out of the n-bit width data sent from the container, the data for the upper m bits are extracted and output.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0012】〔1〕この発明の実施の形態によるIIR
形デジタルローパスフィルタの構成の説明。
[1] IIR according to an embodiment of the present invention
Description of the configuration of the digital low-pass filter.

【0013】図3は、この発明の実施の形態によるII
R形デジタルローパスフィルタの構成を示している。
FIG. 3 is a block diagram of II according to the embodiment of the present invention.
The structure of an R-type digital low-pass filter is shown.

【0014】このフィルタは、カットオフ周波数がサン
プリング周波数に比べて極端に低い場合に適用されるI
IR形デジタルローパスフィルタであり、第1加算器2
1、1クロック周期分の遅延を行う第1遅延器22、第
2加算器23、1クロック周期分の遅延を行う第2遅延
器24、係数d=1−b(図1参照)の乗算器として用
いられるビットシフタ25および係数a(図1参照)の
乗算器26から構成されている。
This filter is applied when the cutoff frequency is extremely lower than the sampling frequency.
It is an IR type digital low pass filter and includes a first adder 2
1, a first delayer 22 for delaying one clock cycle, a second adder 23, a second delayer 24 for delaying one clock cycle, a multiplier with a coefficient d = 1-b (see FIG. 1) It is composed of a bit shifter 25 and a multiplier 26 of a coefficient a (see FIG. 1).

【0015】図3において、n、mは信号のビット幅を
表している。nとmとは、n>mの関係を有しており、
たとえば、mは8ビットであり、nは32ビットであ
る。リセット直後においては、このデジタルローパスフ
ィルタを実現するために用いられる各レジスタは0にリ
セットされ、レジスタには2の補数表記の値が入力され
るものとする。
In FIG. 3, n and m represent the bit width of the signal. n and m have a relationship of n> m,
For example, m is 8 bits and n is 32 bits. Immediately after reset, each register used to realize this digital low-pass filter is reset to 0, and a value in 2's complement notation is input to the register.

【0016】入力端子には、mビット幅のデータXn
入力される。この入力データXn は、第1加算器21に
送られ、ビットシフタ25からの出力(d×Qn-1 に相
当する)が減算される。第1加算器21によって得られ
たデータXXn は、第1遅延器22で1クロック周期分
の遅延を受ける。
Data X n having an m-bit width is input to the input terminal. This input data X n is sent to the first adder 21, and the output from the bit shifter 25 (corresponding to d × Q n−1 ) is subtracted. The data XX n obtained by the first adder 21 is delayed by the first delay device 22 for one clock period.

【0017】次に、第2加算器23と第2遅延器24で
構成されるループ回路30にデータXXn-1 が送られ
る。ループ回路30内の第2加算器23では、リセット
直後から入力されたすべてのデータをnビットのデータ
として、XXn-1 +Qn-1 の加算が行われる。
Next, the data XX n-1 is sent to the loop circuit 30 composed of the second adder 23 and the second delay device 24. The second adder 23 in the loop circuit 30 performs addition of XX n-1 + Q n-1 using all the data input immediately after reset as n-bit data.

【0018】この加算後のデータQn は、乗算器26に
送られ、係数aが乗算された後、出力データYn として
出力される。この出力データは、このデジタルローパス
フィルタによって高周波成分が除去されたデータとな
る。
The data Q n after the addition is sent to the multiplier 26, multiplied by the coefficient a, and then output as output data Y n . This output data becomes data from which high frequency components have been removed by this digital low pass filter.

【0019】一方、ループ回路30内の第2の遅延器2
4から出力されたnビットのデータQn-1 は、ビットシ
フタ25に送られる。ビットシフタ25では、nビット
のデータのうち、上位mビットが取り出され、第1加算
器21に送られる。
On the other hand, the second delay device 2 in the loop circuit 30
The n-bit data Q n−1 output from 4 is sent to the bit shifter 25. The bit shifter 25 extracts the upper m bits from the n-bit data and sends them to the first adder 21.

【0020】このIIR形デジタルローパスフィルタで
は、1に近い値bを乗算するための乗算器は不要となる
ので、動作速度の向上化が図れる。
In this IIR type digital low-pass filter, a multiplier for multiplying the value b close to 1 is unnecessary, so that the operation speed can be improved.

【0021】〔2〕図3のIIR形デジタルローパスフ
ィルタが設計された経緯の説明
[2] Description of how the IIR digital low-pass filter of FIG. 3 was designed

【0022】図1に示す従来のIIR形デジタルローパ
スフィルタの構成で、サンプリング周波数に対してカッ
トオフ周波数の低いフィルタを設計すると、係数bの乗
算器が大きくなり、また動作速度も低下する。そこで、
n-1 に係数bを乗ずる代わりに、次の数式2に示すよ
うな演算を行う方法をとった。
If a filter having a low cutoff frequency with respect to the sampling frequency is designed in the configuration of the conventional IIR type digital low-pass filter shown in FIG. 1, the multiplier of the coefficient b becomes large and the operating speed also decreases. Therefore,
Instead of multiplying Q n-1 by the coefficient b, a method of performing the calculation shown in the following formula 2 was adopted.

【0023】[0023]

【数2】 [Equation 2]

【0024】ただし、d=1−bである。このような演
算を行うフィルタの構成を図2に示す。
However, d = 1-b. FIG. 2 shows the configuration of a filter that performs such calculation.

【0025】図2のフィルタでは、図1の係数bの乗算
器3の代わりに、係数dの乗算器13が用いられてい
る。また、加算器1の代わりに、入力Xn に、遅延器2
の出力Qn-1 を加算すると同時に、係数dの乗算器13
の出力d×Qn-1 を減算するための加算器11が用いら
れている。
In the filter of FIG. 2, the multiplier 13 of the coefficient d is used instead of the multiplier 3 of the coefficient b of FIG. Also, instead of the adder 1, a delay device 2 is provided at the input X n.
The output Q n-1 of the
An adder 11 is used to subtract the output d × Q n−1 .

【0026】このようにすると、Qn がオーバーフロー
を起こすことはなくなる。また、係数dの乗算器13
は、演算精度を問題にしなければ、ビットシフトによっ
て上位ビットを取り出す構成にすることができ、動作速
度が向上する。
In this way, Q n never overflows. Also, the multiplier 13 of the coefficient d
If the calculation accuracy does not matter, the upper bit can be taken out by bit shift, and the operation speed is improved.

【0027】しかしながら、加算器11は、3変数を取
り扱うことなるため、1クロック周期で、加算と減算と
の2回の演算を行う必要があるという問題がある。
However, since the adder 11 deals with three variables, there is a problem that it is necessary to perform two operations of addition and subtraction in one clock cycle.

【0028】Qn の値は、上位ビットの変化がゆっくり
であるので、図2の構成を上記図3の構成のように変更
しても影響は少ないと考えられる。
Since the value of Q n changes slowly in the upper bits, it is considered that there is little effect even if the configuration of FIG. 2 is changed to the configuration of FIG.

【0029】図3のフィルタにおいては、出力Yn は次
の数式3で表される。
In the filter of FIG. 3, the output Y n is expressed by the following equation (3).

【0030】[0030]

【数3】 [Equation 3]

【0031】ここで、サンプリング周波数に対して、カ
ットオフ周波数が十分低いので、Q n ≒Qn-1 と近似す
ることができる。したがって、出力Yn は次の数式4で
表される。
Here, with respect to the sampling frequency,
Since the shutoff frequency is low enough, Q n≒ Qn-1Is approximated by
You can Therefore, output YnIs the following Equation 4
expressed.

【0032】[0032]

【数4】 [Equation 4]

【0033】さらに、出力Yn は、ローパスフィルタの
出力であり、その変化はゆっくりであると考えられるの
で、Yn ≒Yn-1 という近似が成り立つ。
Further, the output Y n is the output of the low-pass filter, and its change is considered to be slow, so that the approximation of Y n ≈Y n-1 holds.

【0034】したがって、出力Yn は次の数式5で表さ
れる。
Therefore, the output Y n is expressed by the following equation (5).

【0035】[0035]

【数5】 [Equation 5]

【0036】さらに、数式5を整理すると、数式6とな
り、図1に示す従来のIIR形デジタルローパスフィル
タにおける出力Yn の算出式1と一致する。
Furthermore, when Formula 5 is rearranged, Formula 6 is obtained, which coincides with Formula 1 for calculating the output Y n in the conventional IIR digital low-pass filter shown in FIG.

【0037】[0037]

【数6】 [Equation 6]

【0038】[0038]

【発明の効果】この発明によれば、動作速度の向上化が
図れるIIR形デジタルローパスフィルタが実現する。
According to the present invention, an IIR type digital low pass filter which can improve the operation speed is realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】従来のIIR形デジタルローパスフィルタの構
成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a conventional IIR digital low-pass filter.

【図2】図1と等価なIIR形デジタルローパスフィル
タの構成を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an IIR digital low-pass filter equivalent to FIG.

【図3】この発明の実施の形態であるIIR形デジタル
ローパスフィルタの構成を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of an IIR digital low-pass filter that is an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21 第1加算器 22 第1遅延器 23 第2加算器 24 第2遅延器 25 ビットシフタ 26 乗算器 21 first adder 22 First delay device 23 Second adder 24 Second delay device 25-bit shifter 26 Multiplier

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 カットオフ周波数がサンプリング周波数
に比べて十分に低い場合に適用されるIIR形デジタル
ローパスフィルタであって、 入力データが入力される第1加算器、第1加算器の出力
を1クロック周期分遅延させて出力する第1遅延器、第
1遅延器の出力が入力される第2加算器、第2加算器の
出力に所定の係数を乗算してフィルタ出力として出力す
る乗算器、第2加算器の出力を1クロック周期分遅延さ
せて出力する第2遅延器および第2遅延器の出力をビッ
トシフトするビットシフタを備え、第1加算器は、入力
データからビットシフタの出力を減算して出力するもの
であり、第2加算器は、第1遅延器の出力と第2遅延器
の出力とを加算して出力するものであることを特徴とす
IIR形デジタルローパスフィルタ。
1. A cutoff frequency is a sampling frequency
IIR type digital that is applied when it is sufficiently lower than
A low-pass filter, a first adder to which input data is input, a first delay device that delays the output of the first adder by one clock period, and outputs the second adder, and a second delay device to which the output of the first delay device is input An adder, a multiplier that multiplies the output of the second adder by a predetermined coefficient and outputs the result as a filter output, a second delay device that delays the output of the second adder by one clock period, and a second delay device A bit shifter for bit-shifting the output of, the first adder subtracts the output of the bit shifter from the input data and outputs it, and the second adder outputs the output of the first delay device and the output of the second delay device. It is characterized in that the output is added and output .
IIR-type digital low-pass filter that.
【請求項2】 入力データをmビット幅とすると、第1
加算器はmビット幅で上記演算を行い、第2加算器はm
ビット幅より大きなnビット幅で上記演算を行い、ビッ
トシフタは第2遅延器から送られてきたnビット幅のデ
ータのうちの上位mビット分のデータを取り出して出力
することを特徴とする請求項1に記載のIIR形デジタ
ルローパスフィルタ。
2. When the input data has an m-bit width, the first
The adder performs the above operation with an m-bit width, and the second adder uses m
Perform the above operation in a large n bit width than, bit shifter claims, characterized in that the output is taken out upper m bits of data among the data of n bits wide sent from the second delay IIR type digital low-pass filter described in 1.
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