JP3657727B2 - デシメーションフィルタ、半導体集積回路、及び信号処理システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、デシメーションフィルタ、さらにはそれの改良技術に関し、例えば移動体通信用端末におけるベースバンドLSIに適用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
移動体通信用ベースバンドLSIにおいては、入力されたアナログ信号をディジタル信号に変換するためのA/D(アナログ/ディジタル)変換回路として、ΔΣ方式のオーバーサンプリング型A/D変換回路が適用されて、2次の雑音整形が行われることがある。そのように、ΔΣ方式のオーバーサンプリング型A/D変換回路が適用される場合には、オーバーサンプリング型のA/D変換回路から出力されたデータを通常のサンプリングレートに変換するためのデシメーションフィルタが配置される。このデシメーションフィルタは、量子化雑音と帯域外成分に対して十分な減衰特性を有するとともに、帯域内信号に対しては平坦な通過特性と可能な限り短い伝達遅延特性を有するのが望ましい。
【0003】
尚、デシメーションフィルタについて記載された文献の例としては、「Candy,J.C.,Wooley,B.A. and Benjamin,O.J.,"A Voiceband Codec with Digital Filtering," IEEE Trans. on Communications, vol.COM-29, no.6,pp.815-830,1981」がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来のデシメーションフィルタにおいては、伝達関数の演算のために、ビットシフトによる乗算を行っている。ビットシフトによる乗算は、2のべき乗の乗算はビットをシフトするればよいから比較的に容易であり、従って、4倍、8倍、16倍、32倍などのように、2のべき乗のデシメーション比での構成は容易である。しかしながら、例えば5倍、6倍などのように、2のべき乗以外のデシメーション比を実現しようとすると、上記ビットシフトによる乗算ができないから、別に乗算器が必要となる。さらに、フィルタリングのためには上記乗算器の他に加算器や減算器、レジスタが必要であるから、回路規模が大きくなる。
【0005】
また、入力データのビットが少ない(1〜2ビット程度)場合では、係数の乗算をデコーダ回路もしくはROM(リードオンリメモリ)にて実現することができる。しかしながら、通信用LSIなどのように多ビットの入力データに対応させるためには、大規模なデコーダ回路もしくはROM等が必要となり、その場合もデシメーションフィルタの回路規模が大きくなってしまう。
【0006】
移動体通信用ベースバンドLSIなどのように、移動体通信機器に搭載されるようなLSIは、消費電力が少なく、サイズが小さいことが望ましいから、そのようなLSIに内蔵されるデシメーションフィルタの回路規模は可能な限り小さくすべきである。
【0007】
本発明の目的は、2のべき乗はもとより、それ以外のデシメーション比においてもそれに容易に対応可能なデシメーションフィルタを提供することにある。
【0008】
本発明の別の目的は、そのようなデシメーションフィルタのチップ占有面積の低減を図ることにある。
【0009】
本発明の上記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
【0011】
すなわち、同一の入力データについてデシメーションフィルタにおける伝達関数の係数回分の加算処理を行う加算器(A1)と、第1クロック信号(CKR1))に同期して上記加算器の出力信号を保持可能な第1レジスタ(R1)と、第2クロック信号(CKR2)に同期して上記加算器の出力信号を保持する第2レジスタ(R2)と、セレクト信号に基づいて、上記第1レジスタ及び上記第2レジスタの出力データを選択的に上記加算器に伝達することにより、デシメーションフィルタにおける伝達関数の係数回分の加算処理を可能とするセレクタ(S1)と、基準のクロック信号に基づいて上記第1クロック信号、第2クロック信号、及びセレクト信号を生成するための制御回路(10)とを含んで、デシメーションフィルタを構成する。
【0012】
上記した手段によれば、加算器は同一の入力データについてデシメーションフィルタにおける伝達関数の係数回分の加算処理を行う。その加算回数は上記タイミング制御回路から出力される信号のタイミングで制御されるから、この信号のタイミングを変更することにより、任意のデシメーション比を実現することができる。そのように、デシメーションフィルタにおける係数乗算がビットシフトによらないで行えるから、デシメーション比が2のべき乗に制限されないで済む。
【0013】
また、第3クロック信号に同期して上記第1レジスタの出力端子から出力されたデータを保持するための第3レジスタ(R3)を設けることができる。
【0014】
高デシメーション比を容易に実現するには、上記構成のデシメーションフィルタを複数個シリーズ接続すると良い。
【0015】
さらに、アナログ信号をオーバーサンプリングによりディジタル信号に変換するためのA/D変換回路(444)を含んで半導体集積回路や信号処理システム(41)が形成されるとき、上記A/D変換回路からの出力データのレートを下げるための回路として、上記したデシメーションフィルを適用することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
図4には本発明にかかる移動体通信用端末が示される。
【0017】
図4に示される移動体通信端末は、特に制限されないが、1.9GHzの高周波での送受信を行うための高周波部40と、移動体通信のための信号処理を行うベースバンドLSI41とを含んで成る。
【0018】
高周波部40で受信された高周波信号は10.8MHzの中間周波数(IF)に変換されてからベースバンドLSI41に伝達される。また、信号送信のためベースバンドLSI41からは96kHzの出力信号(I,IB,Q,QB)が高周波部40に伝達される。
【0019】
上記ベースバンドLSI41は、特に制限されないが、モデム42、チャネルコーデック43、及び音声コーデック4とを含み、公知の半導体集積回路製造技術により、単結晶シリコン基板などの一つの半導体基板に形成される。
【0020】
モデム42は、ディジタルデータと無線伝送に適したアナログ信号との間の変換(変調、復調)を行う。変調方式は、π/4シフトQPSK(Quadruture Phase Shift Keying)とされる。モデム42は、送信系と受信系とから成る。
【0021】
受信系は上記高周波部40から出力された中間周波数信号を増幅するための増幅器421、この増幅器421で増幅された信号の位相検出を行うための位相検出回路422、及び遅延検波を行うための遅延検波回路423を含む。
【0022】
遅延検波回路423の出力信号RDは384kbpsの速度で後段のチャネルコーデック43に入力される。送信系は、ROMに格納された波形データに基づいて上記チャネルコーデック43からの出力信号SD(384bps)の波形生成を行うための波形生成回路427と、この波形生成回路427の出力信号をアナログ信号に変換するためのD/A変換回路426、このD/A変換回路426の出力信号から高周波数成分を取り除くためのポストフィルタ425、及びこのポストフィルタ425の出力信号を上記高周波部40へ伝達するための出力バッファ424を含む。
【0023】
チャネルコーデック43は、上記モデム42と音声コーデック44との間に配置され、ディジタルデータの同期制御、TDMA/TDD制御、秘話制御、スクランブル制御、誤り検出及び高周波部の電源制御等を行う。
【0024】
音声コーデック44は、音声のディジタル化及びデータ圧縮伸長を行う。圧縮伸長には、ADPCM(Adaptive Differential Pulse Code Modulation)方式とされ、ディジタル化された音声データを圧縮し、また、そのような圧縮の逆(伸長)を行う。そのような音声コーデック44は、特に制限されないが、圧縮された音声データを伸長するための伸長器441、補完機能を有するインタポレータ442、このインタポレータ442によって補間されたデータをアナログ信号に変換するためのD/A変換回路443や、マイクロフォン(マイクと略記する)から入力された音声信号をオーバーサンプリングによりディジタル信号に変換するためのA/D変換回路444、A/D変換回路444から出力されたデータを通常のサンプリングレートに変換するためのデシメーションフィルタ445、及びこのデシメーションフィルタ445の出力データを圧縮するための圧縮回路446を含む。この圧縮回路446の出力信号はチャネルコーデック43に伝達される。
【0025】
図1には上記デシメーションフィルタ445が示される。
【0026】
図1に示されるようにデシメーションフィルタ445は、ディジタル信号の加算を行うための加算器A1、それぞれクロック信号CKR1,CKR2,CKR3に同期して入力データを保持するレジスタR1,R2,R3、セレクト信号SELに基づいてデータ選択を行うためのセレクタS1、及び各部に供給されるクロック信号をシステムクロックCLKに基づいて生成するためのタイミング制御回路10を含む。
【0027】
加算器A1は、入力データD_INとセレクタS1の出力信号とを加算する。セレクタS1は、入力端子H,Lと出力端子Yとを有し、タイミング制御回路10によって生成されたセレクト信号SELに基づいて、レジスタR1の出力端子Qからの出力信号R1_OUTと、レジスタR2の出力端子Qからの出力信号R2_OUTとを選択的に上記加算器A1に伝達する。上記加算器A1の加算出力信号は上記レジスタR1,R2のデータ入力端子Dに伝達される。レジスタR1の出力端子Qから出力された信号はレジスタR3の入力端子Dへも伝達される。このレジスタR3はデータ出力用とされ、このレジスタR3の出力端子Qから、このデシメーションフィルタ445の出力信号D_OUTが得られる。
【0028】
図2には上記タイミング制御回路10の構成例が示される。
【0029】
図2に示されるようにタイミング制御回路10は、分周器101〜108と、この分周器101〜106の分周出力を選択するためのセレクタ109と、セレクタ109により選択された分周出力に基づいてシステムクロックCLKをマスクすることによりクロック信号CKR1,CKR2を生成するためのアンド(AND)回路110,111とを含む。上記分周器101〜108の分周比は互いに異なっている。セレクタ109で分周器101〜106の分周出力が選択されてマスク信号が形成される。このマスク信号により、システムクロックCLKが部分的にマスクされてクロック信号CKR1,CKR2が形成される。
【0030】
上記の構成において、時間的に変化する入力データD_INのデータレートはfsで示され、そのような入力データD_INは、Z関数を用いると、Zm,....,Z3,Z2,Z1,1のように示される。ここで、mはm個前のデータを意味している。そのような信号入力が行われるとき、2次のデシメーションフィルタ445の出力は、デシメーション比を5とすると、
1+2*Z1+3*Z2+4*Z3+5*Z4+4*Z5+3*Z6+2*Z7+Z8……(1)
となり、fs/5毎にデータが出力される。記号「*」は乗算を意味する。
【0031】
セレクト信号SELがハイレベルのとき、セレクタS1により、レジスタR1の出力信号R1_OUTが選択的に加算器A1に伝達されて、そのときの入力データD_INに加算される。また、セレクト信号SELがローレベルのとき、セレクタSELにより、レジスタR2の出力信号R2_OUTが選択的に加算器A1に伝達されて、そのときの入力データD_INに加算される。
【0032】
図3のタイミングチャートに示すように、レジスタR1に入力されるクロック信号CKR1のクロッキング回数は、データレートfs内において、5回(区間1)、4回(区間2)3回(区間3)、2回(区間4)、1回(区間5)と順次切り換えられ、そのような動作が繰り返される。区間1でクロック信号CKR1のクロッキング回数が5ということは、レジスタR1の出力信号R1_OUTがセレクタS1で選択されて加算器A1に入力されることにより、Z4が5倍されることを意味する。同様に、区間2では、Z3が4倍され、区間3ではZ2が3倍され、区間4ではZ1が2倍され、区間5では1が5倍される。
【0033】
また、レジスタR2に入力されるクロック信号CKR2は、データレートfs内でそのクロッキング回数が、0回(区間1)、1回(区間2)、2回(区間3)、3回(区間4)、4回(区間5)と順次切り換えられ、セレクト信号SELがローレベルのとき、レジスタR2の出力信号R2_OUTが加算器A1に伝達されて加算処理される。
【0034】
これにより、それぞれのクロッキング回数に対応する回数だけ、同一の入力データへの加算が実行され、その結果、上記(1)式の係数乗算が実現される。
【0035】
尚、区間1での最初のクロッキング時には、レジスタR2の出力信号R2_OUTが選択される。レジスタR2は、上記区間1での最初のクロッキング後から、区間2でのレジスタR2のクロッキングの間にリセットされる。
【0036】
レジスタR3のクロッキングは、区間5の動作終了後から、区間1の動作開始までに行われる。すなわち、分周器107で生成されたfs/5のクロック信号CKR3の波形立ち上がりエッジに同期してレジスタR1の出力R1_ OUT がレジスタR3においてクロッキングされることによりfs/5毎のデータ出力( D_OUT )が行われる(図3参照)。このとき、レジスタR2の出力R2_OUTは、区間1開始時に、4*Z5+3*Z6+2*Z7+Z8となる。レジスタR1_OUTは、区間5の終了時に、1+2*Z1+3*Z2+4*Z3+5*Z4+(4*Z5+3*Z6+2*Z7+Z8)となるから、このようなレジスタR1の出力R1_OUTをレジスタR3に伝達し、fs/5毎に出力することによりデシメーション比を5とした場合のデシメーションフィルタとしての機能が実現される。
【0037】
上記の例によれば以下の作用効果が得られる。
【0038】
(1)タイミング制御回路10によって生成されるクロック信号CKR1,CKR2,CKR3,セレクト信号SELのタイミングを変更することにより、デシメーションフィルタにおける伝達関数の係数回分の加算処理が可能とされ、デシメーション比が2のべき乗に制限されない。換言すれば、タイミング制御回路10によって生成されるクロック信号CKR1,CKR2,CKR3,セレクト信号SELのタイミングを変更することにより、任意のデシメーション比を実現することができ、2のべき乗以外のデシメーション比を実現するに当たり、回路の大幅な変更を必要としない。また、係数の乗算をデコーダ回路もしくはROMで実現するものではないので、回路規模の増大を招くこともない。図1に示されるデシメーションフィルタは、加算器A1、レジスタR1,R2,R3、セレクタS1、及びタイミング制御回路10によって、比較的シンプルに構成することができる。
【0039】
(2)上記(1)の作用効果により、そのようなデシメーションフィルタを内蔵して1チップ化されたベースバンドLSIなどの半導体集積回路においては、デシメーションフィルタのチップ占有面積の増大を抑えることができ、また、回路規模の縮小、及び構成素子数の低減が可能であるから、消費電力を抑えることができる。
【0040】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
【0041】
例えば、図1に示されるデシメーションフィルタを複数個結合することにより、高デシメーション比を容易に実現することができる。例えば、図5に示されるように、デシメーション比が1に設定されたデシメーションフィルタ51と、それの後段に配置され、デシメーション比がmに設定されたデシメーションフィルタ52と、それの後段に配置され、デシメーション比がnに設定されたデシメーションフィルタ53とが結合されると、全体のデシメーション比は1*m*nとなり、単独の場合に比べてデシメーション比が高くなる。
【0042】
デシメーションフィルタ51,52,53は、タイミング制御回路10におけるタイミング制御により、2のべき乗以外のデシメーション比をも容易に実現することができるから、図5に示されるように、複数個のデシメーションフィルタが結合される場合においても、全体のデシメーション比を任意に設定可能であり、2のべき乗に制限されない。
【0043】
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野である移動体通信用端末に適用した場合について説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、A/D変換回路を備えた各種半導体集積回路並びに信号処理システムに広く適用することができれる。
【0044】
本発明は、少なくともデータレートを変換することを条件に適用することができる。
【0045】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記の通りである。
【0046】
すなわち、加算器は同一の入力データについてデシメーションフィルタにおける伝達関数の係数回分の加算処理を行い、その加算回数は上記タイミング制御回路から出力される信号のタイミングで制御されるから、この信号のタイミングを変更することにより、任意のデシメーション比を実現することができる。そのように、デシメーションフィルタにおける係数乗算がビットシフトによらないで行えるから、デシメーション比が2のべき乗に制限されないで済む。しかも、2のべき乗以外のデシメーション比を実現するに当たり、回路の大幅な変更を必要としない。また、係数の乗算をデコーダ回路もしくはROMで実現するものではないので、回路規模の増大を招くこともない。
【0047】
第3クロック信号に同期して上記第1レジスタの出力端子から出力されたデータを保持するための第3レジスタを設けることにより、デシメーションフィルタリング結果を的確に外部出力することができる。
【0048】
上記構成のデシメーションフィルタを複数個シリーズ接続することにより、高デシメーション比を容易に実現することができる。
【0049】
さらに、アナログ信号をオーバーサンプリングによりディジタル信号に変換するためのA/D変換回路を含んで半導体集積回路や信号処理システムが形成されるとき、上記A/D変換回路からの出力データのレートを下げるための回路として、上記デシメーションフィルを適用することができ、その場合において、デシメーションフィルタの占有面積の縮小を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかるデシメーションフィルタの構成例回路図である。
【図2】上記デシメーションフィルタに含まれるタイミング制御回路の構成例回路図である。
【図3】上記デシメーションフィルタの動作タイミング図である。
【図4】上記デシメーションフィルタを含む移動体通信用端末の構成例ブロック図である。
【図5】上記デシメーションフィルタを複数個シリーズ接続して用いる場合の構成例ブロック図である。
【符号の説明】
10 タイミング制御回路
51〜53,445 デシメーションフィルタ
40 高周波部
42 モデム
43 チャネルコーデック
44 音声コーデック
421 増幅器
422 位相検出回路
423 遅延検波回路
424 出力バッファ
425 ポストフィルタ
426 D/A変換回路
427 波形生成回路
441 伸長回路
442 インポレータ
443 D/A変換回路
444 A/D変換回路
446 圧縮回路
A1 加算器
R1,R2,R3 レジスタ
S1 セレクタ
Claims (5)
- 入力データのデータレートを変換するためのデシメーションフィルタであって、
各データ周期間に、伝達関数を表す係数に相当する回数分立ち上がる第1クロック信号及び第2クロック信号と、上記第1クロック信号及び第2クロック信号に対応するセレクト信号と、を生成する制御回路と、
入力された信号を上記第1クロック信号に同期して保持可能な第1レジスタと、
入力された信号を上記第2クロック信号に同期して保持可能な第2レジスタと、
上記セレクト信号に基づいて、上記第1レジスタ及び上記第2レジスタの出力データを選択的に出力可能なセレクタと、
上記入力データと上記セレクタの出力とを取り込んで、上記伝達関数を表す複数の係数に相当する回数分の加算処理を実行し、その加算処理結果を上記第1レジスタ及び上記第2レジスタに供給する加算器と、を含んで成ることを特徴とするデシメーションフィルタ。 - 上記第1クロック信号及び第2クロック信号に対応する第3クロック信号に同期して、上記第1レジスタの出力端子から出力されたデータを保持し、フィルタリング処理結果を出力する第3レジスタをさらに含む請求項1記載のデシメーションフィルタ。
- 請求項1又は2のいずれかに記載のデシメーションフィルタが複数個シリーズ接続されて1チップ化された半導体集積回路。
- アナログ信号をオーバーサンプリングによりディジタル信号に変換するためのA/D変換回路と、上記A/D変換回路から出力された第1のディジタルデータを上記第1のディジタルデータよりもデータレートの低い第2のディジタルデータに変換する請求項1又は2のいずれかに記載のデシメーションフィルタとを具備して成る1チップ化された半導体集積回路。
- アナログ信号をオーバーサンプリングによりディジタル信号に変換するためのA/D変換回路と、ディジタル信号を処理する信号処理回路とを含む信号処理システムであって、
上記A/D変換回路と上記信号処理回路との間に、上記A/D変換回路から出力されたディジタルデータのデータレートを下げるための請求項1又は2のいずれかに記載のデシメーションフィルタを具備して成る信号処理システム。
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