JP3827207B2 - ディジタルフィルタおよび情報通信機器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば入力ディジタル信号の信号処理などを行うディジタルフィルタおよびそれを用いた情報通信機器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、ディジタルフィルタは、例えば携帯電話などの情報通信機器などに用いられ、入力ディジタル信号に対して波形整形などの所定のディジタル処理を加えるための装置である。このディジタルフィルタはFIR(Fine Impulse Response)型ディジタルフィルタとIIR(Infine Impulse Response)型ディジタルフィルタとに大別される。このようなディジタルフィルタの一例として、特開平3−159413号公報「ディジタル フイルタ」が提案されている。
【0003】
以下、図9を用いて、特開平3−159413号公報「ディジタル フイルタ」の構成とその動作について説明する。
【0004】
図9において、ディジタルフィルタは、8段のD型フリップフロップ101〜108からなる遅延器のシフトレジスタ111と、2ビットカウンタ112と、所定のディジタルフィルタ係数値を格納している記憶回路のメモリ113とを有している。
【0005】
シフトレジスタ111では、先頭のD型フリップフロップ101の入力端子Dinにシンボルデータがシンボルクロックに同期して入力され、このシンボルクロックに同期して、シンボルデータが1ビットづつ順次シフトされかつそれを一時記憶すると共に、順次シフトされた出力信号tap1〜tap8を出力する。このシンボルクロックとは、D型フリップフロップ101〜108の各クロック端子に入力されるクロック信号である。
【0006】
2ビットカウンタ112は、シンボルクロックの周波数の4倍の周波数を持つクロック信号が入力され、クロック信号の入力数を1〜4まで数える動作を周期的に繰り返し、そのカウント数に対応した2ビットのカウント出力信号selを出力する。
【0007】
メモリ113は、各D型フリップフロップ101〜108からの出力信号tap1〜tap8と、カウンタ112からの2ビットのカウント出力信号selとが入力され、これらの両出力信号をアドレス信号として、予め計算されて内部に記憶されたフィルタ係数値のディジタルフィルタ出力が順次読み出されるようになっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のディジタルフィルタでは、ディジタルフィルタ出力として利用される全フィルタ係数値を、一つのメモリ113に格納している。このディジタルフィルタ出力としてのフィルタ係数値は、実際の回路に固定小数点で導き出され、これらの各フィルタ係数値の有効ビット数はそれぞれ同一の有効ビット数ではない。このため、各フィルタ係数値は最も長いデータ長のもの(有効ビット数の多いもの)を基準にして作成されて、メモリ113内に格納されている。したがって、ディジタルフィルタを半導体基板上に形成してIC化した場合には、メモリ113の半導体基板上での占有面積が増大する。
【0009】
本発明は、上記事情に鑑みて為されたもので、ディジタルフィルタをIC化した場合の占有面積を削減できるディジタルフィルタおよびそれを用いた情報通信機器を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明のディジタルフィルタは、補間率X(Xは4)のX倍補間FIR(Fine Impulse Response)型ディジタルフィルタにおいて、入力ディジタル信号をクロック信号によりシフトしつつ該入力ディジタル信号を一時的に保持するデータ保持手段と、該データ保持手段の動作周波数のN(Nは4)倍で動作するカウンタ手段と、所定のフィルタ係数計算データを記憶していると共に、該データ保持手段の出力信号の一部および該カウンタ手段の出力信号に基づいて所定のフィルタ係数計算データを読出し可能とする第1記憶手段と、該データ保持手段の出力信号の一部以外の出力信号および該カウンタ手段の出力信号に基づいて所定のフィルタ係数計算データを論理出力する論理出力手段と、該第1記憶手段および論理出力手段から出力される各フィルタ係数計算データを加算する加算手段とを備え、必要な全フィルタ係数計算データを有効ビット数の少ないフィルタ係数計算データと有効ビット数の多いフィルタ係数計算データとに分け、該第1記憶手段には該有効ビット数の少ないフィルタ係数計算データを記憶し、該論理出力手段は該有効ビット数の多いフィルタ係数計算データを該所定のフィルタ係数計算データとして論理出力するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【0011】
また、本発明のディジタルフィルタは、FIR(Fine Impulse Response)型ディジタルフィルタにおいて、入力ディジタル信号をクロック信号によりシフトしつつ該入力ディジタル信号を一時的に保持するデータ保持手段と、所定のフィルタ係数計算データを記憶していると共に、該データ保持手段の出力信号の一部に基づいて所定のフィルタ係数計算データを読出し可能とする第1記憶手段と、該データ保持手段の出力信号の一部以外の出力信号に基づいて所定のフィルタ係数計算データを論理出力する論理出力手段と、該第1記憶手段および論理出力手段から出力されるフィルタ係数計算データを加算する加算手段とを備え、必要な全フィルタ係数計算データを有効ビット数の少ないフィルタ係数計算データと有効ビット数の多いフィルタ係数計算データとに分け、該第1記憶手段には該有効ビット数の少ないフィルタ係数計算データを記憶し、該論理出力手段は該有効ビット数の多いフィルタ係数計算データを該所定のフィルタ係数計算データとして論理出力するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【0012】
さらに、好ましくは、本発明のディジタルフィルタにおいて、前記論理出力手段には、前記有効ビット数の多いフィルタ係数計算データが格納された第2記憶手段が設けられ、前記データ保持手段の出力信号の一部以外の出力信号に基づいて該第2記憶手段を特定し、該特定された第2記憶手段内のフィルタ係数計算データを出力する。
【0013】
さらに、本発明の情報通信機器は、請求項1〜3の何れかに記載のディジタルフィルタを用いて信号処理する。
【0014】
上記構成により、以下その作用を説明する。
【0015】
フィルタ係数出力として利用される全てのフィルタ係数計算データ(以下、単にフィルタ係数値という)を一つの記憶手段内に格納するのではなく、一部のフィルタ係数値を簡単な論理出力手段を用いて論理出力させるので、記憶手段への記憶容量が軽減され、ディジタルフィルタをIC化した場合の占有面積を削減することが可能となって、小型のディジタルフィルタが得られる。
【0016】
また、他のデータに比べて有効ビット長の長いフィルタ係数値は簡単な論理出力手段を用いて得るようにし、記憶手段内にはこの有効ビット長の長いフィルタ係数値に比べて有効ビット長の短いフィルタ係数データについてのみ記憶するようにすれば、ディジタルフィルタをIC化した場合の占有面積を大幅に削減することが可能となって、小型のディジタルフィルタが得られる。
【0017】
さらに、本発明のディジタルフィルタが携帯電話などの情報通信機器に容易に適用可能であって、ディジタルフィルタをIC化した場合の占有面積を大幅に削減できる本発明の目的を達成することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のディジタルフィルタの実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0019】
図1は、本発明のディジタルフィルタの実施形態における概略構成を示すブロック図である。
【0020】
図1において、ディジタルフィルタ1は、補間率X(Xは4以上の自然数)のX倍補間FIR(Fine Impulse Response)型ディジタルフィルタであって、データ保持手段(遅延器〉としてのシフトレジスタ10と、カウンタ機能を持つカウンタ手段としてのカウンタ20と、記憶手段(記憶回路)としてのメモリ30と、論理出力手段としての論理出力回路40と、加算手段としての加算器50とを有している。
【0021】
シフトレジスタ10は、D型フリップフロップ11〜18が8段に直列接続されており、先頭のD型フリップフロップ11の入力端子Dinにシンボルデータの入力ディジタル信号がシンボルクロック信号に同期して入力されることにより、このシンボルクロックに同期して、入力ディジタル信号がそのクロック信号により1ビットづつ順次シフトし一時的に入力ディジタル信号を順次保持する。この場合、シフトレジスタ10は、図8に示すように、順次シフトされた出力信号tap1〜tap8を出力する。
【0022】
カウンタ20は、シフトレジスタ10の動作周波数(シンボルクロック信号の周波数)のN(Nは2以上の整数、ここでは4)倍の周波数を持つクロック信号が入力され、図8に示すように、クロック信号の入力数を1〜4まで数える動作を周期的に繰り返し、そのカウント数を2ビットのカウント出力信号selとして出力する。
【0023】
メモリ30は、図6の入出力関係図に示すように、予め所定のフィルタ係数値を記憶すると共に、シフトレジスタ10の出力信号tap1〜8の一部(本実施形態ではtap1〜3,tap6〜8)およびカウンタ20の出力信号selをアドレス信号とし、このアドレス信号に基づいて所定のフィルタ係数値を読み出してメモリ出力信号Moutとして出力する。メモリ30には、全フィルタ係数値のうち、比較的有効ビット長の長い(桁数の大きい)フィルタ係数値群以外の比較的有効ビット長の短い(桁数の小さい)フィルタ係数値群を予め記憶しておく。このメモリ30はカウンタ20にてアドレス制御を行う。
【0024】
論理出力回路40は、図7の入出力関係図に示すように、シフトレジスタ10からの出力信号tap1〜8のうち、他の出力信号tap4,5と、カウンタ20の出力信号selとに基づいて、比較的有効ビット長の長い(桁数の大きい)フィルタ係数値を順次を論理出力信号Loutとして出力する。
【0025】
この場合、論理出力回路40には、比較的有効ビット長の長い(桁数の大きい)フィルタ係数値が格納された簡単な記憶手段(記憶回路)が設けられているが、この記憶手段は、メモリ30のように、大量の情報からアドレスに応じた情報を読み出すメモリ読出機能を有するものではない。出力信号tap4,5と2ビットのカウント出力信号selとに基づいて記憶手段を特定し、その記憶手段内のフィルタ係数値を出力するようにしている。この観点から、論理出力回路40もカウンタ20にてアドレス制御されているものとすることができる。また、論理出力回路40は乗算回路を用いていないので、劣化の少ないフィルタ係数値を得ることができる。
【0026】
加算器50は、図8の入出力関係図に示すように、メモリ30からの出力信号Moutと論理出力回路40からの出力信号Loutとを順次加算した一連のデータ出力信号Doutを出力する。
【0027】
上記構成により、その動作を、基本動作原理から説明する。
【0028】
まず、ディジタルフィルタ1は、ゼロレベルのデータを補間する機能を持つ補間率Xが「4」のX倍補間FIR(Fine Impulse Response)型ディジタルフィルタ(4倍ゼロ補間フィルタ)である。この4倍ゼロ補間フィルタは、インパルス成分を有するディジタル信号を入力とし、4倍のゼロ内挿補間処理を行い、4倍補間信号を得る。この4倍補間信号に対して積和演算を施すことによってディジタルフィルタのデータ出力信号outを得るようにしている。
【0029】
本実施形態では、シシボルクロックに同期して「1」または「-1」のシンボルデータが入力され、シンボルデータ間に3つのゼロデータが内挿される。これによりデータ数が4倍になり、ディジタルフィルタ1におけるシフトレジスタ10のデータ転送周期も4倍とする。
【0030】
ここで、例えば「0,0,0,1」または「0,0,0,-1」のシリアルデータがシフトレジスタの入力端子Dinに順次入力した場合を考える。このシリアルデータがシフトレジスタ10内を順次シフトされて行く転送状態と、それに対応したフィルタ出力信号とを図2を用いて説明する。
【0031】
図2は、本発明の基本動作原理と比較説明するための動作原理図である。図2において、ディジタルフィルタが、各段の記憶素子が直列に接続されたシフトレジスタ301〜304と、ディジタルフィルタ係数値h1〜h4のそれぞれを記憶する記憶回路311〜314と、乗算器321〜324と、加算器331とを有し、シフトレジスタ301〜304内では、転送クロック信号に同期してデータ「1」(図2の左側の4つの回路図)またはデータ「-1」(図2の右側の4つの回路図)が所定時間(転送クロック信号の周期)毎に一段づつシフトされ、シフトレジスタ301〜304からの各出力信号と記憶回路311〜314からの各出力信号とが乗算器321〜324でそれぞれ乗算された後に、状態I〜IVのように、加算器331からの出力値はディジタルフィルタ係数値h1〜h4またはディジタルフィルタ係数値-h1〜-h4がデータ出力信号outとして順次出力される。
【0032】
このとき、乗算器321〜324の4つの出力端子のうち一つの出力端子で、ディジタルフィルタ係数値h1〜h4の何れかに対応する出力信号が出力され、他の3端子では全てゼロレベルのデータが出力されている。図2では、シフトレジスタ301〜304の部分は、データ「1」または「-1」を時分割方式で順次分配し、データが分配されていない他の端子はゼロレベル固定という動作を行っているものと見なすことができる。
【0033】
この点に着目し、本実施形態では、図3にて後述する2ビットカウンタ402を使用することにより、図2の回路と等価な機能を実現することができる。つまり、図3において、一つの記憶素子のD型フリップフロップ401にはデータ「1」が保持される。2ビットカウンタ402は、入力データの4倍のスピードでカウントし、D型フリップフロップ401からの出力信号Qと2ビットカウンタ402からの出力信号selとの合計3ビットの入力信号に応じて、図4に示すようなデータ出力信号outとして、例えばディジタルフィルタ係数値h1〜h4または -h1〜-h4を順次出力できる。これによって、図3の回路では、図2の回路と等価な信号処理を実現できる。
【0034】
図3の回路では、シフトレジスタの段数は1段で図2の回路の1/4となっており、回路規模の大幅な簡素化が達成されている。また、4倍補間を行うにもかかわらず、シフトレジスタの動作周波数を4倍にする必要がなく、消費電力の低減化も図ることができる。また、図3のディジタルフィルタでは、図2のディジタルフィルタの記憶回路311〜314、乗算器321〜324および加算器331の代わりに、予め記憶されたディジタルフィルタ係数の計算値(フィルタ係数計算データ)を直に記憶回路403(メモリ)からデータ出力信号outとして読み出す構成となっている。
【0035】
ここで、図1のディジタルフィルタ1のフィルタ係数値に着目すると、図5のように、中央部のフィルタ係数値のデータは両端部のフィルタ係数値のデータに比べ大きな値、つまり有効ビット長の長い値(桁数の多い値)になっている。フィルタ係数値の全てを用いてフィルタ出力を計算すると、メモリ30に多量の記憶容量が必要になる。このため、本実施形態では、図5におけるフィルタ係数値の中央位置(フィルタ係数の値の高い部分)の計算結果は、簡単な論理出力回路40を用いてその記憶部から出力させ、フィルタ係数値の両端部分(フィルタ係数の値の低い部分)の計算結果はメモリ30内に格納し、メモリ30からのメモリ出力信号Moutと論理出力回路40からの論理出力信号Loutとを加算器50にて順次加算することにより、一連の所定のフィルタ係数値をデータ出力信号Doutとして順次得ることができる。
【0036】
以上により、図1のメモリ30の入出力関係を示す真理値表を図6に、論理出力回路40の入出力関係を示す真理値表を図7に、これらを加算したディジタルフィルタ1の入出力関係を示す真理値表を図8に示している。このようにして、メモリ30に記憶させる値の大きいディジタルフィルタ係数値を、簡単な論理出力回路40から得ることにより、ディジタルフィルタ1全体の回路規模が小さく、かつ乗算回路を用いていないので劣化のない所定ディジタル出力のディジタルフィルタ係数値を得ることができる。
【0037】
以上により、フィルタ係数値出力として利用される全てのデータを一つのメモリ30内に格納するのではなく、他のデータに比べて有効ビット長の長いフィルタ係数値は簡単な論理出力回路40を用いて出力するようにし、メモリ30内にはこの有効ビット長の長いフィルタ係数値に比べて有効ビット長の短いフィルタ係数値についてのみ記憶する。このため、ディジタルフィルタ1をIC化した場合の占有面積を大幅に削減することができて、ディジタルフィルタ1を小型化することができる。
【0038】
また、ディジタルフィルタ1は、2値の入力ディジタル信号、タップ数mのX倍補間FIR型ディジタルフィルタと同等のフィルタ出力を得ることができ、従来(2m/X×N)語の大容量の記憶規模を必要としていたが、桁数の多い係数値以外の桁数の少ない係数値の有効ビット幅のみ記憶するので、2m/X×(N−削減ビット数)語となり、回路規模の大幅な削減を行うことができる。
【0039】
なお、上記実施形態では、カウンタ20を用いてメモリ制御をしたが、カウンタ20を用いない場合も本発明の効果である回路規模の削減を行うことができる。即ち、その一例として、ディジタルフィルタ1Aは、FIR(Fine Impulse Response)型ディジタルフィルタにおいて、入力ディジタル信号をクロック信号によりシフトしつつ一時的に入力ディジタル信号を保持するシフトレジスタ10(データ保持手段)と、所定のフィルタ係数値を記憶していると共に、シフトレジスタ10の出力信号の一部(tap1〜3,tap6〜8)に基づいて所定のフィルタ係数値を読出し可能とするメモリ31(記憶手段)と、シフトレジスタ10の出力信号の一部以外の出力信号(tap4,5)に基づいて所定のフィルタ係数値を論理出力する論理出力回路41(論理出力手段)と、メモリ31および論理出力回路41から出力されるフィルタ係数値を加算する加算器50(加算手段)とを備えていてもよい。この場合、シフトレジスタ10への入力ディジタル信号の所定倍のクロック周波数でシフトレジスタ10を駆動し、シフトレジスタ10からの出力信号tapをアドレスとして、予め記憶された所定のフィルタ係数値をメモリ31および論理出力回路41から読み出すものである。
【0040】
また、上記実施形態では、特に説明しなかったが、本発明のディジタルフィルタは、ディジタル情報分野、情報通信機器の特に携帯電話装置の送受信部において、送受信信号の信号処理に用いられる。この場合にもIC化した場合の占有面積を大幅に削減できる本発明の効果を奏する。
【0041】
さらに、本発明のディジタルフィルタ1において、上記メモリ30を複数に分割、例えば2分割した第1および第2メモリとすることも可能である。この場合には、シフトレジスタ10からの出力信号tap1〜3と2ビットカウンタ出力selを第1メモリの入力とし、シフトレジスタ10からの出力信号tap6〜8と2ビットカウンタ出力selを第2メモリの入力とし、シフトレジスタ10からの出力信号tap4,5と2ビットカウンタ出力selを論理出力回路40の入力として、第1および第2メモリと論理出力回路40の各出力信号を加算器50にて加算するように構成することも可能である。
【0042】
【発明の効果】
以上により、本発明によれば、フィルタ係数出力として利用される全てのフィルタ係数値を一つの記憶手段内に格納するのではなく、一部のフィルタ係数値を簡単な論理出力手段を用いて論理出力させるため、記憶手段への記憶容量を軽減でき、ディジタルフィルタをIC化した場合の占有面積を削減することができて、小型のディジタルフィルタを得ることができる。
【0043】
また、他のデータに比べて有効ビット長の長いフィルタ係数データは簡単な論理出力手段を用いて得るようにし、記憶手段内にはこの有効ビット長の長いフィルタ係数データに比べて有効ビット長の短いフィルタ係数データについてのみ記憶するようにすれば、ディジタルフィルタをIC化した場合の占有面積を大幅に削減することができて、小型のディジタルフィルタを得ることができる。
【0044】
さらに、本発明のディジタルフィルタを携帯電話などの情報通信機器に容易に適用でき、この場合にもIC化した場合の占有面積を大幅に削減できる本発明の目的を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のディジタルフィルタの実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の基本動作原理と比較説明するための動作原理図である。
【図3】本発明のディジタルフィルタで用いるアドレス制御動作を説明するためのブロック図である。
【図4】図3のディジタルフィルタにおけるディジタルフィルタ係数列の構成を示す図である。
【図5】ディジタルフィルタ係数の値のばらつきを示す図である。
【図6】図1のメモリの入出力関係を示す図である。
【図7】図1の論理出力回路の入出力関係を示す図である。
【図8】図1のディジタルフィルタの入出力関係を示す図である。
【図9】従来のディジタルフィルタの概略構成を示すブロック図である
【図10】本発明のディジタルフィルタの別の実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1,1A ディジタルフィルタ
10 シフトレジスタ
l1〜18 D型フリップフロップ
20 カウンタ
30,31 メモリ
40,41 論理出力回路
50 加算器
Claims (4)
- 補間率X(Xは4)のX倍補間FIR(Fine Impulse Response)型ディジタルフィルタにおいて、
入力ディジタル信号をクロック信号によりシフトしつつ該入力ディジタル信号を一時的に保持するデータ保持手段と、
該データ保持手段の動作周波数のN(Nは4)倍で動作するカウンタ手段と、
所定のフィルタ係数計算データを記憶していると共に、該データ保持手段の出力信号の一部および該カウンタ手段の出力信号に基づいて所定のフィルタ係数計算データを読出し可能とする第1記憶手段と、
該データ保持手段の出力信号の一部以外の出力信号および該カウンタ手段の出力信号に基づいて所定のフィルタ係数計算データを論理出力する論理出力手段と、
該第1記憶手段および論理出力手段から出力される各フィルタ係数計算データを加算する加算手段とを備え、
必要な全フィルタ係数計算データを有効ビット数の少ないフィルタ係数計算データと有効ビット数の多いフィルタ係数計算データとに分け、該第1記憶手段には該有効ビット数の少ないフィルタ係数計算データを記憶し、該論理出力手段は該有効ビット数の多いフィルタ係数計算データを該所定のフィルタ係数計算データとして論理出力するディジタルフィルタ。 - FIR(Fine Impulse Response)型ディジタルフィルタにおいて、
入力ディジタル信号をクロック信号によりシフトしつつ該入力ディジタル信号を一時的に保持するデータ保持手段と、
所定のフィルタ係数計算データを記憶していると共に、該データ保持手段の出力信号の一部に基づいて所定のフィルタ係数計算データを読出し可能とする第1記憶手段と、
該データ保持手段の出力信号の一部以外の出力信号に基づいて所定のフィルタ係数計算データを論理出力する論理出力手段と、
該第1記憶手段および論理出力手段から出力されるフィルタ係数計算データを加算する加算手段とを備え、
必要な全フィルタ係数計算データを有効ビット数の少ないフィルタ係数計算データと有効ビット数の多いフィルタ係数計算データとに分け、該第1記憶手段には該有効ビット数の少ないフィルタ係数計算データを記憶し、該論理出力手段は該有効ビット数の多いフィルタ係数計算データを該所定のフィルタ係数計算データとして論理出力するディジタルフィルタ。 - 前記論理出力手段には、前記有効ビット数の多いフィルタ係数計算データが格納された第2記憶手段が設けられ、前記データ保持手段の出力信号の一部以外の出力信号に基づいて該第2記憶手段を特定し、該特定された第2記憶手段内のフィルタ係数計算データを出力する請求項1または2に記載のディジタルフィルタ。
- 請求項1〜3の何れかに記載のディジタルフィルタを用いて信号処理する情報通信機器。
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