JPH0310415A - デシメーション・フィルタ - Google Patents

デシメーション・フィルタ

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JPH0310415A
JPH0310415A JP14633189A JP14633189A JPH0310415A JP H0310415 A JPH0310415 A JP H0310415A JP 14633189 A JP14633189 A JP 14633189A JP 14633189 A JP14633189 A JP 14633189A JP H0310415 A JPH0310415 A JP H0310415A
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JP
Japan
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filter
stage
register
transfer function
calculation
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JP14633189A
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English (en)
Inventor
Masao Akata
赤田 正雄
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はデシメーション・フィルタに関し、特にオーバ
ーサンプリング形A−D変換器の出力信号を間び〈際に
必要となるデシメーシ=I/・フィルタに関する。
〔従来の技術〕
A−D変換の技術の1つとして、所望のサンプリングレ
ートよυも高いサンプリングレートでA−D変換器を動
作させて量子化ノイズのパワーを周波数軸上に分散させ
、必要な帯域をフィルタリングしてからサンプリングレ
ートを下げる(サンプルを間びく)方式が通信用のLS
I等で広く用いられるようになってきた。一般にオーバ
ーサンプリング形A−D変換器と呼はれるものであシ、
オーバーサンプリングによる量子化ノイズ低減効果及び
ノイズシェイピングと呼ばれる量子化ノイズスペクトル
分布の制御技術等の効果によりA −D変換器の所望ピ
ッ、ト数、及びアナログ回路の規模を小さくすることが
可能となる。
このA−D変換器の出力サンプル列を間ひく際には、折
シ返し現象を防ぐために、必要な帯域だけを取出すフィ
ルタ処理が必要となるが、このために設けるフィルタが
デシメーション・フィルタである。代表的なデシメーシ
ョン・フィルタとして なる伝達間aをもつものがある。但し、nはサンプリン
グびき率であシ、z = exp (j2πf/ fB
)(f:周波数、fs==A−D変換器出力、即ち入力
信号のサンプリング周波数)である。
しを抑制する。
Hl (Z)を実現する従来のデシメーション・フィル
タとしては、第5図に示すような回路が用いられている
信号入力端子から入力されたA−D変換器の出力信号、
即ち入力信号INは、係数発生器3A+3Bで発生した
係数列に11に2と乗算器MP1.MP2によシ係数乗
算され、加算器ADD t 1 、 ADD 12及び
レジスタRG11. RGl、によ)それぞれ積算され
てレジスタRG11.RIG1.に保持される。
係数発生器3^y3Bの発生する係数列に1 + K2
は(1)式を展開した(2)式。
Hl(z)= 1 +2 z  +3 z  +・・・
+ (n−1) z−”+nz   +(n−1)z 
  +・・・+22−21+1+z−2n+2    
   ・・・・・・・・・・・・・・・(2)を実現す
るように第6図に示すような三角形状の数値列である。
レジスタRG11.RIG12への積算値は、(1)式
のフィルタ演算が1サイクル終了した時点でセレクタ4
を介してレジスタRG、3にラッチされ、レジスタaG
tt 、 RGxzはリセットされて次サイクルの演算
にはいる。
乗算、積算のための回路が2系統あるのは、タップ長2
nが間びき率nよシも大きく、係数乗算をオーバーラツ
プさせる必要があるからである。
A−D変換器の出力信号、即ち入力信号INが±2m 
(m:自然数)しかとらないような場合(例えば1ビツ
トデルタ・シグマA−D変換器出力)には1乗算器MP
 1. MP 2は係数列Kl、に、をシフト演算する
回路で実現されるのが普通である。
又、回路の動作速度が入力信号INのサンプリングレー
トfsと比べて余裕がある場合には、乗算器、加算器を
多重化してノ・−ドウエアを削減することも行なわれて
いる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来のデシメーション・フィルタで問題となる
のは、そのハードウェア量である。
オーバーサンプリング形A−D変換器として単純な1ビ
ツトデルタ・シグマ変調を用いている場合には、従来技
術のシフト演算、多重化等のノ・−ドウエア削減手法で
十分であるが、多ビット化。
高速化された場合にはどうしても乗算器、加算器を2系
統はもつ必要性がある。
又、係数列としてさらにタップ数の大きいものが必要と
なる場合には、さらに乗算器、加算器をもつ必要がある
。加算器についてはハードウェア全体に占める割合はそ
う問題にならないと考えられるが、乗算器については多
段の加算器とデコータとによプ構成されるためこの影響
が太きい。
又、消費電力、動作速度の点においても、間びきする前
の高速動作部に乗算器を複数設けることは問題が大きく
なる。
本発明の目的は、ハードウェア量を削減することができ
、かつ動作速度の向上をはかることができるデシメーシ
ョン・フィルタを提供することにある。
(1111題を解決するための手段〕 本発明のデシメーション・フィルタは、入力信号のサン
プリングレートを1 / nにするデシメーション・フ
ィルタであって、前記入力信号のサンブリング周期と同
一の単位遅延量をもつ第1のレジスタと、第1の加算器
とを備え、所定のオーバーフローレベル、アンダーフロ
ーレベルの2の補(J 2πf/ f s ) + f
 :周波数、fs:入力信号のサンプリング周波数)な
るフィルタ演算を行い、かつこのフィルタ演算の各周期
ごとの前記第1のレジスタの初期値をリセットする積分
器段と、前記入力信号のサンプリング周期のn倍の単位
遅延量をもつ第2のレジスタ、及び第2の加算器を備え
、前記積分器段の出力信号に対して、この積分器段ト同
一のオーバーフローレベル、アンダーフローレベルの2
の補数演算によシ伝達関数H(z)=1− z  なる
フィルタ演算を行う微分器段とを有している。
〔実施例〕
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
第1図は本発明の第1の実施例を示す回路図である。
この実施例は、入力信号INのサンプリング周期と同一
の単位遅延量をもつ第1のレジスタR01と、この第1
のレジスタの出力信号D1と入力信号INとを加算する
加算器ADD lとを備え、所定ノオーバーフローレベ
ル、アンダーフ一一レベルなるフィルタ演算を行い、か
つこのフィルタ演算の各周期ごとの第1のレジスタRO
1の初期値をリセット信号R8TKよlセットする第1
の積分器段1^と、この第1の積分器段1人と同一の回
路構成、フィルタ演算機能、リセット機能をもち、第1
の積分器段IAの出力信号に対してフィルタ演算処理を
行う第2の積分器段IBと、この第2の積分器段IBの
出力信号を一時保持し出力するレジスタIIIIG、と
、入力信号INのサンプリング周期のn倍の単位遅延量
をもつ第2のレジスタ肪4、及びこの第2のレジスタ肪
4の出力信号とレジスタ肪3の出力信号とを減算する第
2の加算器Al)D3を備え、レジスタ1−LG、の出
力信号D3に対して、第1.第2の積分器段lム+IB
  と同一のオーバーフローレベル、アンダー70−レ
ベルの2の補数演算により伝達関数)i(zl = l
−z ”なるフィルタ演算を行う第1の微分器段2人と
、この第1の微分器段2Aと同一の回路構成、フィルタ
演算機能をもち、第1の微分器段2Aの出力信号に対し
てフィルタ演算処理を行う第2の微分器段2Bとを有す
る構成となっている。
ここで、減算は2の補数表現では各ビットの反転と加算
器の最下位ビットのキャリー人力へのサインビットの入
力により実現されるので、加算器で構成している。
入出力信号子弾及び各レジスタRGl−凡Gsの動作タ
イミングの関係を第2図に示す。
レジスタRO1,RG2は入力信号のサンプリング周期
で動作しz 1なる項を実現し、レジスタ)to3〜韻
5は入力信号INのサンプリング周期のn倍の周期で動
作してz nなる項を実現している。これらの動作によ
り全体で なる伝達関数のフィルタ演算を行い、入力信号INのサ
ンプリングレートを1 / nにデシメーシヨン(間ひ
き)する。
ここで重要なのは、加算器ADD1〜ADD4t″オー
/<−7CI−,7ンダーフローが同一の信号レベルで
生じるような2の補数演算の回路としておくこと(但し
、(3)式と入力信号INの最大レベルで決定される出
力信号の最大レベルでのオーバー70、アンダーフロー
は生じないだけのビット幅は必要)、及び積分器段1ム
+IBのレジスタRGl。
RG2の初期値がリセット信号R8Tにより各フィルタ
演算周期ごとにリセットされている必要があるというこ
とである。
第1の条件は、一定のビット幅の2の補数演算において
は、最終的な答がオーバーフロー、アンダーフローしな
いならは計算の途中結果のオーバーフロー、アンダーフ
ロー社無視できるという性f=oに生じた極を伝達関数
)1(z)= 1−z−に含まれるf=00零点でキャ
ンセルするための条件でアル。オーバーフローレベル、
アンダーフローレベルを合わせておかないと1例えは前
段で一回オーバーフローしたものが後段でアンダーフロ
ーして正しい値に戻らない。
第2の条件は、レジスタ跪1.凡G2にフィルタ演算の
初期状態で、ある値が残っていると永久にその影響が残
るのでそれを避けるためのものである。具体的には積分
器段1人+IBにおいてレジスタmi、ho2に初期値
が残っていると積分器段IA+IBの出力信号に直流オ
フセットを生じる。
伝達関数の積分器を含む回路であっても、正しく(3)
式のフィルタ演算を行なうことができる。
第3図は本発明の第2の実施例の回路図である。
この実施例が第1の実施例と異なる点は、第1の微分器
段2ムのレジスタ肪4の出力信号をこのレジスタ肪4と
同一の単位遅延量だけ遅延して加算器ADL) 3に印
加するレジスタ冊6を追加して微分器段2cとし、全体
の伝達関数か による極は後続の1  z n 、 1  z−2nな
る伝達関数の微分器段2B+2Cの零点でキャンセルさ
れているため、第1の実施例に示した2つの条件を満た
す回路構成により安定に動作する。
(4)式による伝達関数の係数列は、第4図に示すよう
に、タップ長が30の台形状のものとなる。
従ってこの伝達関数を従来の回路で実現すると、乗算器
を含む回路が3系統必要となるが、本実施例ではレジス
タの増加のみで実現可能となっている。
これら実施例で示されるように、本発明においては乗算
器を必要としないので、ノ・−ドウエア量を削減するこ
とができる。
なお、これら実施例において、加算器の多重化が可能な
ことは、従来例と同等である。むしろ、乗算器の遅延時
間分を考慮すれば多重化は従来例よりも容易である。但
し、それに伴いセレクタや制御論理回路が増加すること
は避けられない。
又、「オーバーフロー、アンダーフローレベルを同一に
する」ということは必ずしも同一ビット幅で統一すると
いうことを意味している訳ではない。つまり、デシメー
ション・フィルタに課せられたノイズ特性仕様に合わせ
て、各段でデータの下位ピッZat−丸めてビット数を
減らすことはできる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、伝達関数H(z)=の積
分器段の出力信号に対して伝達関数H1zl=1z n
なるフィルタ演算を行う微分器段とを設け、これら各段
のフィルタ演算を同一のオーバーフローレベル、アンダ
ーフローレベルのzoma演算により行い、かつ積分器
膜内のレジスタのフィルタ演算の各周期の初期値をリセ
ットする構成とすることにより、従来必要としていた乗
算器を削除することができるので、ハードウェア量を削
減することができ、かつ動作速度を向上させることがで
きる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を示す回路図、第2図は
第1図に示された実施例の動作を説明するための各部信
号のタイミング図、第3図は本発明の第2の実施例を示
す回路図、第4図は第3図に示された実施例の動作を説
明するための係数列のタイミング図、第5図は従来のデ
シメーション・フィルタの一例を示す回路図、第6図は
第5図に示されたデシメーション・フィルタの動作を説
明するための係数列のタイミング図である。 IA+IB”’積分器段s  2A+2C”’微分器段
、3A+3B・・・係数発生器、4・・・セレクタ、A
DD 1〜ADD、。 ADDll 、 ADD12・・・加算器、ME’ l
、MP 2・・・乗算器、RIG 1−RG 、 、 
RG 11〜照13・・・レジスタ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 入力信号のサンプリングレートを1/nにするデシメー
    ション・フィルタであって、前記入力信号のサンプリン
    グ周期と同一の単位遅延量をもつ第1のレジスタと、第
    1の加算器とを備え、所定のオーバーフローレベル、ア
    ンダーフローレベルの2の補数演算により伝達関数H(
    z)=1/(1−z^−^1)、(z=exp(j2π
    f/f_s)、f:周波数、f_s:入力信号のサンプ
    リング周波数)なるフィルタ演算を行い、かつこのフィ
    ルタ演算の各周期ごとの前記第1のレジスタの初期値を
    リセットする積分器段と、前記入力信号のサンプリング
    周期のn倍の単位遅延量をもつ第2のレジスタ、及び第
    2の加算器を備え、前記積分器段の出力信号に対して、
    この積分器段と同一のオーバーフローレベル、アンダー
    フローレベルの2の補数演算により伝達関数H(z)=
    1−z^−^nなるフイルタ演算を行う微分器段とを有
    することを特徴とするデシメーション・フィルタ。
JP14633189A 1989-06-07 1989-06-07 デシメーション・フィルタ Pending JPH0310415A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05259813A (ja) * 1992-03-03 1993-10-08 Nec Corp ディジタルフィルタ
JP2006113153A (ja) * 2004-10-12 2006-04-27 Sharp Corp 1ビット信号のダウンサンプリング装置、ダウンサンプリング方法、マルチチャンネルオーディオ装置、及びマルチチャンネルオーディオ装置の音声再生方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6243205A (ja) * 1985-08-21 1987-02-25 Hitachi Ltd 間引きフイルタ

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