JPH05299973A - 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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JPH05299973A
JPH05299973A JP9798892A JP9798892A JPH05299973A JP H05299973 A JPH05299973 A JP H05299973A JP 9798892 A JP9798892 A JP 9798892A JP 9798892 A JP9798892 A JP 9798892A JP H05299973 A JPH05299973 A JP H05299973A
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JP
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cycle
coefficient
multiplier
filter
output
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JP9798892A
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Inventor
Nobukazu Koizumi
伸和 小泉
Mitsuo Tsunoishi
光夫 角石
Yutaka Awata
豊 粟田
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/02Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two

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  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はオーバサンプリング・シグマ・デル
タ変調型A/D変換器に使用されるデシメーションフィ
ルタに関し、回路規模削減と低消費電力化を目的とす
る。 【構成】 係数発生部12はオーバサンプリング周期の
4倍の周期のクロックを計数する第1及び第2のカウン
タの出力をオーバサンプリング周期毎に切り換え、サン
プリングレートの各周期の前半の期間は2つの係数の更
新演算を2サイクルずつ交互に行ない、後半の期間は1
つの係数の更新演算のみを行なう。演算部13はサンプ
リングレートの各周期の前半の期間で2つのフィルタ演
算を2サイクルずつ交互に行ない、後半の期間は1つの
フィルタ演算を2サイクル行なった後、動作停止するこ
とを交互に繰り返す。これにより、フィルタ演算が4タ
ップ分ずつ行なわれる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はデシメーションフィルタ
に係り、特にオーバサンプリング・シグマ・デルタ変調
型A/D変換器に使用されるデシメーションフィルタに
関する。
【0002】2線メタリックケーブルを用いた双方向伝
送のディジタル加入者線伝送インタフェース装置におい
ては、高度なエコーキャンセルと波形等化により双方向
伝送を実現するため、高精度のA/D変換器が必要とさ
れる。かかるA/D変換器として、量子化ビット数1ビ
ットのディジタル信号を良好な信号対雑音比(S/N)
で出力するため、情報信号(アナログ信号)の最高周波
数の数十倍〜数百倍という極端に高いサンプリング周波
数でサンプリングを行なうことにより、量子化雑音を広
帯域に分散させ、見掛け上信号帯域内の雑音密度を低下
させるようにしたオーバサンプリング・シグマ・デルタ
変調型A/D変換器が知られている。
【0003】このオーバサンプリング・シグマ・デルタ
変調型A/D変換器では、オーバサンプリングされた出
力ディジタルデータ中の不要な高域雑音を後段のデシメ
ーションフィルタで除去しサンプリング周波数を所要値
にまで低下させてディジタルデータを出力させる。この
デシメーションフィルタには回路構成が簡単で、かつ、
消費電力が少ないことが要求される。
【0004】
【従来の技術】図4は従来のデシメーションフィルタの
一例の構成図を示す。同図中、カウンタ411 及び41
2 ,算術論理ユニット(ALU)421 及び422 ,係
数レジスタ431 及び432 は係数発生部40を構成し
ており、漸化式の方法により係数Cj を発生する。
【0005】ここで、デシメーションフィルタには高次
のローパス特性が要求されており、通常3段のくし形フ
ィルタ特性が用いられる。この3段のくし形フィルタの
伝達関数H(Z-1)は次式のようになる。
【0006】
【数1】
【0007】 ここでZ-1=exp {2πjf/(n・fS )} n :オーバサンプリング比 fS :サンプリングレート N :N≦nの整数 Cj :係数 Cj の漸化式は、 Cj −Cj-1 =j (j≦N) (2) Cj −Cj-1 =3N−2j (N+1≦j≦2N) (3) Cj −Cj-1 =j−3N (2N+1≦j≦3N−2) (4) 従って、カウンタ411 及び412 のロード値やカウン
タ411 及び412 の出力の±1,−2倍の制御により
上記(2),(3)及び(4)式を実現できる。なお、
カウンタ411 及び412 の出力はjで表わされる。
【0008】また、図4中、乗算器441 及び442
加算器451 及び452 ,アキュムレータ(ACC)4
1 及び462 並びにセレクタ47は演算部50を構成
している。演算部50はシグマ・デルタ(ΣΔ)変調部
の出力ai(値は±1,iは時間)と、係数発生部40
よりの係数Ciとのたたみ込み演算を行ない、ACC4
2 よりA/D変換値を出力する。
【0009】前記したディジタル加入者線伝送装置の例
では、所要のサンプリングレート(サンプリング周波
数)fS を80kHz,オーバサンプリング比nを“19
2 ”とした場合、オーバサンプリング周波数は15.36 M
Hz(=80kHz×192 )となるから、従来のデシメ
ーションフィルタはΣΔ変調部の出力aiが15.36 MH
z毎に入力され、前記(1)〜(4)式中の整数Nを例
えば“96”とした図4のトランスバーサル構成によっ
て、ローパスフィルタ処理を行ない、サンプリングレー
ト80kHzの高精度ディジタルデータに変換してAC
C462 より出力する。
【0010】図5は図4の従来のデシメーションフィル
タのタイムチャートを示す。図5(A)は80kHzの
サンプリングレートを示す。ここで、演算部50は入力
aiに合わせて15.36 MHzで動作するため、80kH
zの一周期に192 回の演算が可能である。
【0011】しかし、フィルタのタップ数は286 (=3
N−2)であるから、フィルタ演算を終えるまでに80
kHzの1.5 周期必要である。このため従来のデシメー
ションフィルタではカウンタ411 ,ALU421 ,係
数レジスタ431 ,乗算器441 ,加算器451 及びA
CC461 よりなるブロック1で図5(B)に模式的に
示す如く1〜192 タップの演算を行ない、その後引き続
いて、セレクタ47を切り換えてカウンタ412 ,AL
U422 ,係数レジスタ432 ,乗算器442,加算器
452 及びACC462 よりなるブロック2で同図
(C)に模式的に示す如く193 〜286 タップの演算を行
ない、結果をACC462 より出力する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記の従来
のデシメーションフィルタでは演算サイクルが足りない
ため、同じ演算回路が2ブロック必要で回路規模が大で
あり、また15.36 MHz等の高い周波数で動作させるた
めに回路規模が大であることと相まって消費電力が大で
あるという課題がある。
【0013】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、フィルタ演算を4タップずつ行ない、かつ、演算回
路を共有することにより、上記の課題を解決したデシメ
ーションフィルタを提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理ブロ
ック図を示す。本発明のデシメーションフィルタはオー
バサンプリング周期毎にシグマ・デルタ変調器から入力
される入力信号に対して所定のフィルタ演算を行ない、
所要のサンプリングレートに低下された出力信号を出力
するものにおいて、図1に示すように乗数設定部11,
係数発生部12及び演算部13を有する構成としたもの
である。
【0015】ここで、乗数設定部11は前記入力信号の
うち連続する4つの入力信号単位で乗数を設定する。ま
た、係数発生部12は前記オーバサンプリング周期の4
倍の周期のクロックを計数する、互いに初期値の異なる
第1及び第2のカウンタの出力を交互に選択し、選択出
力に基づいてフィルタ演算の漸化式の係数を発生する。
【0016】演算部13は係数発生部12よりの係数と
乗数設定部11よりの乗数とを乗算し、更にその乗算結
果を累積加算して前記所要のサンプリングレートの出力
信号を出力する。
【0017】
【作用】本発明のデシメーションフィルタは3段のくし
形フィルタ特性を有しており、伝達関数は前記(1)式
で表わせる。このデシメーションフィルタの4タップ分
の演算は前記(2),(3)及び(4)式より以下のよ
うにまとめられる。 (j≦N) :a1* Cj -2j-1 +a2* C j -j +a3*Cj +a4* Cj +j+1 =Cj *(a1+a2+a3+a4)+j*(-2a1-a2+a4)+(-a1+a4) (5) (N+1 ≦j ≦2N) :a1* Cj -2(3N-2j)-2 +a2* C j -(3N-2j) +a3*Cj +a4* Cj +(3N-2j)+2 = C j *(a1+a2+a3+a4)+(3N-2j)*(-2a1-a2+a4) +2*(-a1+a4) (6) (2N+1 ≦j :a1* Cj -2(j-3N)-1 +a2* C j -(j-3N) +a3* Cj +a4* Cj ≦3N-2) +(j-3N)+1 =C j *(a1+a2+a3+a4)+(j-3N)*(-2a1-a2+a4) +(-a1+a4) (7) ここで、 a1 ,a2 ,a3 ,a4 はΣΔ変調器出力で
ある入力信号(15.36MHzで連続した出力) j=4m+3(mは整数) (5)式〜(7)式はいずれも第1項が係数Cj に(a
1 +a2 +a3 +a4)を乗算した値であり、第2項の
乗数が(−2a1 −a2 +a4 ),第3項のそれが(−
1 +a4 )又は2(−a1 +a4 )である。ここで、
乗数(a1 +a 2 +a3 +a4 )と(−2a1 −a2
4 )は入力信号a1 〜a4 の値が+1又は−1である
から、いずれも±4,±2及び0のどれかの値となり、
2のべき乗であることから1サイクルで演算が可能であ
る。
【0018】また(5)式と(7)式の右辺第3項の
(−a1 +a4 )は±2又は0であり、(6)式の右辺
第3項の2×(−a1 +a4 )は±4又は0である。従
って、この値は第1項と第2項の演算時にリースト・シ
グニフィカント・ビット(LSB)側から足し込むこと
が可能である。そこで、本発明では乗数設定部11によ
り上記の(a1 +a2 +a3 +a4 ),(−2a1 −a
2 +a4 ),(−a1 +a4 )又は2×(−a1
4 )の値(乗数)を発生し、一方、係数発生部12で
上記の(5)〜(7)式の係数Cj ,j,(3N−2
j)及び(j−3N)を発生し、それらを演算部13に
供給することにより、演算部13で4タップ分のフィル
タ演算が2サイクルの演算により実行できることにな
る。
【0019】
【実施例】図2は本発明の一実施例の構成図を示す。同
図中、図1と同一構成部分には同一符号を付してある。
図2において、フリップフロップ(FF)211 ,21
2,213 及び214 は互いに縦続接続されて4段のシ
フトレジスタを構成しており、オーバサンプリング周期
毎にシグマ・デルタ変調器から入力される入力信号aの
うち、連続する4つの入力信号a1 ,a2 ,a3 及びa
4 を一時記憶する。
【0020】フリップフロップ211 〜214 より夫々
取り出された入力信号a1 〜a4 はデコーダ22に供給
され、ここで前記(5)〜(7)式中の(a1 +a2
3+a4 ),(−2a1 −a2 +a4 ),(−a1
4 )及び2×(−a1 +a 4 )の値にデコードされた
後、レジスタ23に記憶される。レジスタ23は上記の
デコードにより得られた乗数及び加算器の制御信号を保
持し、演算部13内の乗算器34等へ供給する。
【0021】本実施例は従来と同様に15.36 MHzで動
作するが、従来とは異なり4タップ分の演算を2サイク
ルで実行するため、係数発生部12及び演算部13内の
演算回路はすべて共有化し、二つのフィルタ演算が重な
っている時間では演算を交互に行なう点に特徴がある。
【0022】係数発生部12は第1のカウンタ24,第
2のカウンタ25,それらの出力を切り換えるセレクタ
26,セレクタ26の出力に乗数4又は8を乗算する乗
算器27,所定値「10」又は「20」と乗算器27の
出力の一方を選択するセレクタ28,算術論理ユニット
(ALU)29,係数レジスタ30及び31,そして係
数レジスタ30及び31の出力の一方をALU29に供
給するセレクタ32よりなる。
【0023】この係数発生部12は前記(5)〜(7)
式の右辺第1項の係数Cj を4タップおき毎に算出して
演算部13に供給する。ここで、係数Cj を4タップお
き毎に算出する漸化式を次に示す。 (j≦N)の時 Cj+4- Cj =C4n+7-C4n+3=(C4n+7-C4n+6)+(C4n+6-C4n+5)+(C4n+5-C4n+4)+ (C4n+4-C4n+3)=(4n+7)+(4n+6)+(4n+5)+(4n+4)=16n+22=4j+10 (8) (N+1 ≦j ≦2N)の時 Cj+4- Cj =(3N-2(4n+7))+(3N-2(4n+6))+(3N-2(4n+5))+(3N-2(4n+4)) =12N-32n-44=4(3N-2j)+20 (9) (2N+1≦j ≦3N-2)の時 Cj+4- Cj =(4n+7-3N)+(4n+6-3N)+(4n+5-3N)+(4n+4-3N)=16n+22-12N=4(j-3N)+ 10 (10) セレクタ28に入力される固定値「10」は(8)式及
び(10)式中の「10」であり、「20」は(9)式中
の「20」である。
【0024】演算部13は乗算器27,係数レジスタ3
0及び31の各出力のうちのいずれか一の出力を選択す
るセレクタ33と、セレクタ33の出力係数とレジスタ
23よりの乗数とを乗算する乗算器34と、加算器35
と、加算器35の出力を累積加算するアキュムレータ
(ACC)36及び37と、アキュムレータ36及び3
7の各出力の一方を選択して加算器35に入力するセレ
クタ38とよりなる。この演算部13は前記(5)〜
(7)式の演算を行ない、ACC37より所要のサンプ
リングレートのディジタル信号を出力する。
【0025】次にN=96とした場合の本実施例の動作
について、図3のタイミングチャートを併せ参照して説
明する。図3(A)は演算部13より出力されるディジ
タル信号のサンプリングレートである80kHzを示
す。カウンタ24は80kHzの一周期の前半の期間で
は図3(B)に示す如くj(=4m+3)を出力し、後
半の期間では(3N−2j)/2を出力する。カウンタ
25は80kHzの一周期の前半の期間では図3(B)
に示す如くj−3Nを出力し、後半の期間では動作を停
止する。
【0026】カウンタ24及び25は夫々15.36 MHz
の1/4 倍の周波数(オーバサンプリング周期の4倍の周
期)である3.84MHzのクロックを計数し、“4”ずつ
カウントアップしていく。ただし、80kHzの一周期
の前半の期間にカウンタ24から出力されるjはj≦N
の場合の値であって、初期値は3(=4×0+3)であ
り、カウンタ25から出力されるj−3Nは2N+1≦
j≦3N−2の場合の値であって、初期値は3−N(=
2N+3−3N)である。更に、カウンタ24から出力
される(3N−2j)/2はjがN+1≦j≦2Nの場
合の値である。80kHzの各周期の前半では上記した
ように、j≦Nの部分と2N+1≦j≦3N−2の部分
の2つのフィルタ演算を行なうが、そのためにセレクタ
26により15.36 MHzのセレクト信号によりカウンタ
24及び25の両出力計数値を交互に選択して乗算器2
7に供給し、更に後述の係数レジスタ30及び31の夫
々から係数Cj を読み出して、Cj+4 への(8)式及び
(10)式の更新演算を行ない、夫々の係数レジスタ3
0,31に更新した係数Cj+4 を戻す。
【0027】すなわち、セレクタ26から取り出された
カウンタ24の出力jは乗算器27で4倍された後セレ
クタ28を通してALU29に供給された後、セレクタ
28より「10」が選択されてALU29に供給され、
ここで算術演算された後、係数レジスタ30には(8)
式で表わされた(4j+10)を加算した値が格納され
る。
【0028】次にセレクタ26から取り出されたカウン
タ25の出力(j−3N)は乗算器27で4倍された後
セレクタ28を通してALU29に供給された後、セレ
クタ28より「10」が選択されてALU29に供給さ
れ、ここで算術演算された後、係数レジスタ31には、
(10)式で表わされた{4(j−3N)+10}を加算
した値が格納される。
【0029】上記のように、(8)式と(10)式の演算
はカウンタ24,25,出力j,(j−3N)の4倍の
加算と、「+10」の加算の2サイクル(15.36 MHz
の逆数の2倍の期間)必要であるから、全部で4サイク
ルで係数の更新が終了し、演算時間に空きはない。ま
た、上記の各2サイクルの演算は交互にセレクタ26,
28,32により切り換えられて行なわれるから、演算
のための回路(27,29)を共用することができる。
【0030】次に、80kHzの各周期の後半では図3
(B)に示したように、N+1≦j≦2Nの部分の1つ
のフィルタ演算のみ行なう。このときはカウンタ24の
出力(3N−2j)/2がセレクタ26を通して乗算器
27で8倍された後、セレクタ28を通してALU29
に入力される。また、セレクタ28の切り換えによりA
LU28に固定値「20」が入力される。
【0031】これにより、係数レジスタ30には前記
(9)式で表わされる{4(3N−2j)+20}を加
算した値が格納され、Cj+4 の更新演算が行なわれる。
従って、このときはカウンタ24の出力(3N−2j)
/2の8倍の加算と、「+20」の加算の2サイクルで
係数Cj の更新が終了し、カウンタ25と係数レジスタ
31とは停止している。
【0032】上記の係数レジスタ30及び31,及び乗
算器27の出力を1/4 倍した値とは夫々演算部13に供
給されてレジスタ23よりの乗数との乗算及び累積加算
が行なわれる。まず、セレクタ33は15.36 MHzのセ
レクト信号に基づき80kHzの各周期の前半の期間で
は前述したように係数レジスタ30,31より(8)
式、(10)式の各演算結果を取り出す。係数レジスタ3
0からの(8)式の演算結果を選択して乗算器34に供
給してレジスタ23よりの乗数(a1 +a2 +a 3 +a
4 )と乗算させ、セレクタ38を通して得られるACC
36の値と、加算器34によって加算し、結果をACC
36に取り込む。次に、乗算器27よりの値4jを1/4
倍(これは2ビット右方向へシフトすることにより得ら
れる)した値jを選択して乗算器34に供給してレジス
タ23よりの乗数(−2a1 −a2+a4 )と乗算し、
ACC36の値と加算させ、結果をACC36に取り込
む。上記2回の加算の間に(−a1 +a4 )をLSB側
から足し込む。従って、これによりACC36から
(5)式の演算式によるフィルタ演算結果が得られる。
【0033】続いて、セレクタ33により係数レジスタ
31からの(10)式の演算結果が選択された後、乗算器
27よりの4(j−3N)を1/4 倍した値(j−3N)
を選択して乗算器34により順次に所定の乗数(a1
2 +a3 +a4 ),(−2a1 −a2 +a4 )と乗算
させACC37と累算する。この時、(−a1 +a4
をLSB側から足し込むことにより、(7)式のフィル
タ演算結果がACC37に取り込まれる。
【0034】ここで、ACC36,37に対し、係数レ
ジスタ30,31の出力係数の(a 1 +a2 +a3 +a
4 )倍を加算する演算と、乗算器27の出力の1/4 倍の
(−2a1 −a2 +a4 )倍とを加算する演算には2サ
イクルずつが必要であるため、図3(C)に模式的に示
す如く80kHzの各周期の前半の期間では(5)式と
(7)式の演算が2サイクルずつ交互に行なわれて全部
で4サイクルでフィルタ演算が終了するため、演算時間
に空きはない。また、上記の各2サイクルの演算は交互
に行なわれるから、演算のための回路(34,35)を
共用することができる。 次の80kHzの各周期の後
半の期間では、係数レジスタ30より取り出される前記
(9)式の演算結果と、乗算器27の出力を1/4 倍した
値(3N−2j)とを選択し、上記と同様にして2サイ
クルの演算によって、図3(C)に模式的に示す如く
(6)式のフィルタ演算結果がACC36に取り込まれ
る。そして続く2サイクルでは回路が停止される。この
80KHzの各周期の後半では、フィルタ全体の演算結
果がACC37に保持され、かつ、出力される。
【0035】このように、本実施例によれば、オーバサ
ンプリング周期の4倍の期間で連続して入力される4つ
のΣΔ変調器出力a1 〜a4 単位で、80kHzの各周
期の前半の期間では(5)式及び(7)式のフィルタ演
算をオーバサンプリング周期の2倍の期間ずつ交互に行
ない、80kHzの各周期の後半の期間では(6)式の
フィルタ演算をオーバサンプリング周期の2倍の期間行
ない、続くオーバサンプリング周期の2倍の期間は動作
を停止することを繰り返すことにより、4タップ分のフ
ィルタ演算を従来の半分で行なって15.36 MHzからサ
ンプリングレートが80kHzに低減されたディジタル
信号を出力することができる。
【0036】
【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、4タップ
分のフィルタ演算を2サイクルでできるため、従来に比
し演算量を半分に削減することができ、また2つのフィ
ルタ演算を交互に行なうことができるため演算回路を共
用化することができ、よって回路規模を従来に比し削減
でき、このことから従来と同じ動作周波数であっても消
費電力を低減することができる等の特長を有するもので
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理ブロック図である。
【図2】本発明の一実施例の構成図である。
【図3】図2の動作説明用タイムチャートである。
【図4】従来のデシメーションフィルタの一例の構成図
である。
【図5】図4の動作説明用タイムチャートである。
【符号の説明】
11 乗数設定部 12 係数発生部 13 演算部 211 〜214 フリップフロップ(FF) 22 デコーダ 24,25 カウンタ 26,28,32,33,38 セレクタ 27,34 乗算器 29 算術論理ユニット(ALU) 30,31 係数レジスタ 35 加算器 36,37 アキュムレータ(ACC)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 オーバサンプリング周期毎にシグマ・デ
    ルタ変調器から入力される入力信号に対して所定のフィ
    ルタ演算を行ない、所要のサンプリングレートに低下さ
    れた出力信号を出力するデシメーションフィルタにおい
    て、 前記入力信号のうち連続する4つの入力信号単位で乗数
    を設定する乗数設定部(11)と、 前記オーバサンプリング周期の4倍の周期のクロックを
    計数する互いに初期値の異なる第1及び第2のカウンタ
    (24,25)の出力を交互に選択し、該選択出力に基
    づいてフィルタ演算の漸化式の係数を発生する係数発生
    部(12)と、 該係数発生部(12)よりの係数と前記乗数設定部(1
    1)よりの乗数とを乗算し、更にその乗算結果を累積加
    算して前記所要のサンプリングレートの出力信号を出力
    する演算部(13)とを有し、前記フィルタ演算を4タ
    ップずつ行なうことを特徴とするデシメーションフィル
    タ。
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