JPH0693599B2 - 低周波デイジタル・ノツチ・フイルタ - Google Patents

低周波デイジタル・ノツチ・フイルタ

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JPH0693599B2
JPH0693599B2 JP20118586A JP20118586A JPH0693599B2 JP H0693599 B2 JPH0693599 B2 JP H0693599B2 JP 20118586 A JP20118586 A JP 20118586A JP 20118586 A JP20118586 A JP 20118586A JP H0693599 B2 JPH0693599 B2 JP H0693599B2
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ポール ダイヤー ニゲル
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プレッシー セミコンダクターズ リミテッド
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は低周波デイジタル・ノツチ・フイルタの設計に
関し、またその設計に関連する複合フイルタに関する。
デイジタル信号処理装置(DPS)には多くのものある
が、このDPSにおいて必要とする機能のうちの一つは、
低周波信号を除去するフイルタであり、更にその低周波
信号のDC成分を除去するフイルタもある。このようなフ
イルタは、処理中のデイジタル信号がアナログ信号のデ
イジタル表示である場合に典型的に利用され、このアナ
ログ信号には好ましくない50Hz又は60Hzの信号が含まれ
ている。これらの低周波信号には、近接するライン給電
の装置から当該装置に信号として導入されたものがあ
る。存在するDC成分と共に、これらの好ましくない信号
を除去することがしばしば必要となる。
[背景技術] このようなフイルタを実現するために、特に、除去すべ
き信号の周波数がその装置のサンプリング速度の僅かな
部分(約1%)でしかない応用面では、これまでに多数
の異なるフイルタ構造が考えられて来た。このようなフ
イルタの構造の適性を考慮するときは、これらのパフオ
ーマンスを多方面から考慮しなければならない。簡単に
して効果的に実現するために、フイルタは規則的に、か
つ合理的な構造を有することが望ましい。更に、コスト
要因を考えると、最小の複雑さでなければならない。ま
た、乗算回数も最小にしなければならず、乗算係数のワ
ード長は最小にすることが好ましい。信号のワード長を
増加させてしまう他のパフオーマンスに対する考慮もあ
る。巡回型フイルタの構造は、乗算段に続く切り捨て処
理において必ず発生する量子化雑音を増大させる傾向が
ある。フイルタ雑音を許容可能なレベルに保つために、
信号ワード長にビツトを付加させてこのような量子化雑
音の増大を補正することは、良く行なわれている。フイ
ルタの内部ノードにおける信号の振幅も考慮しなければ
ならない。高い効率のQ係数を有するフイルタは、ある
周波数で総合ゲインが1であっても、内部ノードにおけ
る信号の振幅がその入力信号よりも40dBも大きくなるこ
とがある。クリツピングも信号のワード長を増加するこ
とにより防止している。
例として、50Hz及び60Hzにおいて少なくとも25dBの信号
除去、DCにおいて全成分の除去、かつ8KHzのシステム・
サンプリング速度において複数の信号又は200Hzについ
て0.7dB以下の減衰を必要とする応用を考えることにす
る。
4乗ベキのセクシヨンからなるフイルタは非常に規則的
に、かつ容易に実現される。しかし、最良の雑音及び信
号の増大パフオーマンスを最適化したフイルタは、14×
9ビツトの複数の乗算器と、6遅延素子とを含むものに
なる。これは、約13dBの雑音増幅及び内部ノードで0dB
の雑音ゲインをもたらす。信号のワード長には、前述の
フイルタの補正用に3ビツトを追加して増大させること
が必要となる。しかし、注目すべきは、これには多くの
変形構造が存在することである。従つて、例えば信号増
大のパフオーマンスがかなり低いフイルタでは、11乗算
器及び5遅延素子を用いることにより実現可能となる。
[発明の概要] 本発明は、規則的に、かつ合理的な構造にして、しかも
従来のものよりも同等か又は良好なパフオーマンスを有
する簡単なデイジタル・フイルタを提供することを目的
とする。
本発明によれば、入力ノードと、前記入力ノードに接続
され、少なくとも一つの遅延素子、及び係数K1により乗
算をする少なくとも1つの係数乗算器を含むと共に、そ
の伝達関数A(z)が次式 A(z)=[Z-1+K1]/[1+K1Z-1] (ただし、上式におけるZ-1項は単位遅延演算子であ
る。)により与えられる全通過回路網フイルタと、 入力端を前記全通過回路網フイルタの出力端に接続さ
せ、かつT出力を負帰還接続により前記入力ノードに接
続させると共に、少なくとも1つの遅延素子、及びそれ
ぞれ係数K2、K3及びK4により乗算をする少なくとも3つ
の係数乗算器を有し、その総合的な伝達関数B(z)が B(z)=[(K3+K2・K4)Z-1−1]/[1−K3Z-1] により与えられ、かつその入力対T伝達関数C(z)が
次式 C(z)=K2Z-1/[1−K3Z-1] により与えられたTセクシヨン・フイルタと、 巡回型の前記Tセクシヨン・フイルタの出力端及び前記
入力ノードに接続された端子出力ノードとを備えた低周
波デイジタル・ノツチ・フイルタが提供される。
前記低周波デイジタル・ノツチ・フイルタは、応用に従
つてDC除去フイルタと直列接続することができる。
[実施例] 本発明の実施態様を実施例により付図を詳細に参照して
説明する。
複合DC除去フイルタをなす低周波デイジタル・ノツチ・
フイルタ部を第1図に示す。本質的に、この低周波デイ
ジタル・ノツチ・フイルタ部は2つのサブフイルタ、即
ち全通過回路網フイルタ1と、Tセクシヨン・フイルタ
とからなる。
全通過回路網フイルタ1は遅延素子5及び係数乗算器7
に関連している。この全通過回路網フイルタ1の伝達関
数の式A(z)は次式により与えられる。
A(z)=(Z-1+K1)/(1+K1Z-1) ただし、K1は係数乗算器7に印加された係数値である。
この全通過回路網フイルタ1は標準的な巡回型構造によ
り実現可能であり、例えば「RIAバレルズエラ及びA.Gコ
ンスタンテイニデス著「効果的な補間及び10進用のデイ
ジタル信号処理構造」と題してIEE Proc.、第130Pt.G
号、第6号(1983年12月)、第232頁に説明されている
構造を参照のこと。図示の全通過回路網フイルタ1は、
共通入力と遅延素子5との間に分岐ノード9、及び共通
入力と係数乗算器7との間に分岐ノード11を接続してい
る。更に、全通過回路網フイルタ1は、遅延素子5の出
力端及び係数乗算器7の出力端に出力ノード13を接続し
ている。遅延素子5の出力端と係数乗算器7の入力端と
の間には分岐ノード11を介して交差接続15が接続され、
また係数乗算器7の出力端と遅延素子5の入力端との間
には分岐ノード9を介して交差接続17が接続されてい
る。
Tセクシヨン・フイルタ3は全通過回路網フイルタ1の
出力ノード13に接続されている。Tセクシヨン・フイル
タ3は、それぞれ係数K2、K3及びK4により乗算を行なう
3つの乗算器19、21及び23からなる。Tセクシヨン・フ
イルタ3の伝達関数B(z)及びC(z)の形式は次の
式により与えられる。
B(z)=[(K3+K2・K4)Z-1−1]/[1−K3Z-1] (入力〜出力) 及び C(z)=K2Z-1/[1−K3Z-1] (入力〜タツプ) 第1図に示すように、実施により作成されたTセクシヨ
ン・フイルタ3では、乗算器19、分岐ノード27、遅延装
置25及び乗算器21を直列に接続し、また分岐ノード27を
介する乗算器23によつて遅延装置25を側路させている。
乗算器21の出力端は出力ノード29に接続されている。出
力ノード29はTセクシヨン・フイルタ3の入力にも接続
され、入力信号により引算をしている。
低周波デイジタル・ノツチ・フイルタ部は入力ノード31
及び端子出力ノード33により完全なものとなる。フイー
ドバツク信号は、Tセクシヨン・フイルタ3における遅
延装置25と乗算器21との間の信号線上の点から取り出さ
れ、かつ入力ノード31において入力信号の引算をする。
入力ノード31の出力信号は並列に全通過回路網フイルタ
1の入力端及び端子出力ノード33に導かれ、ここでTセ
クシヨン・フイルタ3の出力信号と加算される。
第1図に示す低周波デイジタル・ノツチ・フイルタ部
は、更に第5の乗算器35を端子出力ノード33の出力端に
接続させている。この乗算器35でも値が1/2の係数K5
より乗算を行なつている。
第2図に合成フイルタのDC除去フイルタ部を示す。この
DC除去フイルタ部は、前述の低周波デイジタル・ノツチ
・フイルタ部と直列に接続されている。このDC除去フイ
ルタ部は本質的に全通過回路網フイルタ1と、出力ノー
ド37とからなる。このDC除去フイルタ部に対する入力
は、全通過回路網フイルタ1と、出力ノード37とに対し
て並列に供給される。出力ノード37において、全通過回
路網フイルタ1の出力信号をその入力信号により引算す
る。全通過回路網フイルタ1は第1図を参照して先に説
明した構造と同一のものでもよい。この場合、係数乗算
器7は係数K6により乗算を行なう。第2図に示すDC除去
フイルタ部において、出力ノード37は第7の乗算器39に
接続されている。この乗算器39は値1/2の係数による乗
算を更に行なう。このようなDC除去フイルタを選択する
ことにより、片方の4乗ベキのセクシヨンに比較して応
答が改善されており、また形式がノツチ・フイルタに良
く似ているので、効果的な実施の可能性が高められる。
第3図には、要求される周波数応答の上限及び下限並び
に典型的な動作特性をそれぞれ示す3つのラインが示さ
れている。第3図において、直角に交わっている一連の
直線の線分からなる上側のラインは、周波数応答条件の
上限を示している。また、第3図において、200Hzで横
軸と交わっている下側のラインは、周波数応答特性の下
限を示している。第3図の上側のライン及び下側ライン
に示されるように、50Hzでは減衰が必要であり、また20
0Hzより高い周波数では平坦な応答が必要である。そし
て、第3図において、約50Hzで横軸の下側で一時的に消
失している中間のラインは、典型的な周波数応答を示
す。この中間のラインが示す周波数応答は、前述した第
1図及び第2図に示された回路において、前記係数K1
K7を次の第1表に示された値とすることにより、得られ
たものである。この場合において、サンプリング周波数
は8kHzである。なお、第1表は、係数K1〜K7の典型的な
値の例を示しているが、本願発明ではその値に限定され
るものではない。
第1表 係数 値 K1 −[1−3/16] K2 1/16 K3 1−1/128 K4 1/4 K5 1/2 K6 −[1−1/32] K7 1/2 第3図から明らかなように、以上で与えられた係数を採
用すれば、所要パフオーマンスが簡単に得られる。第3
図はDC除去、50Hzにおける低周波除去、及び200Hzにお
いて平坦に近い応答を示している。
次の表は第1図及び第2図に示す2つのセクシヨンを考
慮したパフオーマンスを示す。
第2表 構造:適度な規則性、基本的なビルデイング・ブロツク のフイルタとして簡単な全通過回路網を使用、 複雑さ:7乗算器、3遅延素子、 乗算器:7ビツト、ただし、7乗算器のうちの4乗算 器、2のベキ乗による単なる割算であるので、 非常に簡単に実施可能、 雑音増幅度:約10dB、 中間ノードにおける最大雑音ゲイン:3dB、 信号ワード長:フイルタの補正に3付加ビツトを必要 とする。
この発明の構造は、規則的な構造が僅かに犠牲になるだ
けで、多くの従来構造に対して多くの改良が得られるこ
とが分かる。このような構造は、メモリ素子数の1/2、
及び乗算器数の1/2を用い、与えられた信号ワード長に
対して先に述べた4乗ベキのセクシヨン・フイルタと同
じようなパフオーマンスが得られるように管理してお
り、多くの場合、乗算は簡単なもの、例えば1/2等とな
る。
他の応用の仕様に対応するために、特にサンプリング周
波数に相対してノツチ・フイルタの周波数を変更するた
めに、係数K1及びK7を変更することができる。
前述の構造の効果の1つは、異なる要求に対応するよう
に係数を変更したときでも、2により割算する2回路を
従属接続することにより、多くの乗算を簡単に実行する
ことができることである。従つて、第1図及び第2図を
参照すると、係数K5及びK7は常に1/2となるように選択
される。係数K2及びK4が1/2のベキ乗でなく、かつ係数K
3が以下の係数K2及びK4が関連するときは、即ち、 K3=1−(2*K2*K4) ときは、この選択を通常に、即ち1にすることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明により実施した低周波デイジタル・ノ
ツチ・フイルタの回路ブロツク図、第2図は第1図に示
す低周波デイジタル・ノツチ・フイルタと組合わせて用
いられるDC除去フイルタの回路ブロツク図、第3図は典
型的なゲイン周波数応答特性、及び第1図及び第2図に
示すフイルタの組合わせを用いて得られる周波数応答を
示す特性図である。 1…全通過回路網フイルタ、3…Tセクシヨン・フイル
タ、5,25…遅延素子、7,19,21,23,35…乗算器、9,11,27
…分岐ノード、13,29,37…出力ノード、15,17…交差接
続、31…入力ノード、33…端子出力ノード。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】低周波ディジタル・ノッチ・フィルタにお
    いて、 入力ノードと、 前記入力ノードに接続され、少なくとも一つの遅延素
    子、及び係数K1により乗算をする少なくとも1つの係数
    乗算器を含むと共に、その伝達関数A(z)が次式 A(z)=[Z-1+K1]/[1+K1Z-1]、ただし、上式
    におけるZ-1項は単位遅延演算子とする、により与えら
    れる全通過回路網フィルタと、 入力端を前記全通過回路網フィルタの出力端に接続さ
    れ、かつT出力を負帰還接続により前記入力ノードに接
    続させると共に、少なくとも1つの遅延素子、及びそれ
    ぞれ係数K2,K3及びK4により乗算をする少なくとも3つ
    の係数乗算器を有し、その総合的な伝達関数B(z)が B(z)=[(K3+K2・K4)Z-1−1]/[1−K3Z-1] により与えられ、かつ その入力からのT伝達関数C(z)が次式 C(z)=K2Z-1/[1−K3Z-1] により与えられたTセクション・フィルタと、 巡回型の前記Tセクション・フィルタの出力端及び前記
    入力ノードに接続された端子出力ノードと、を有するこ
    とを特徴とする低周波ディジタル・ノッチ・フィルタ。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項記載の低周波ディジ
    タル・ノッチ・フィルタにおいて、前記全通過回路網は
    遅延素子と、乗算器とを有し、前記遅延素子及び乗算器
    をそれぞれ分岐ノードを介して共通入力に接続し、それ
    らの出力を出力ノードに接続し、かつその出力と前記分
    岐ノードとの間に交差接続を有することを特徴とする低
    周波ディジタル・ノッチ・フィルタ。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第1項又は第2項記載の低
    周波ディジタル・ノッチ・フィルタにおいて、前記Tセ
    クション・フィルタは3つの乗算器と、1つの遅延素子
    とを有し、前記乗算器のうちの2つは前記遅延素子の各
    端に接続され、残りの前記乗算器は前記遅延素子を分岐
    ノードにより側路接続させ、その出力ノードは前記乗算
    器から出力される信号を共通入力端に導入された信号に
    より引算するように接続されていることを特徴とする低
    周波デジタル・ノッチ・フィルタ。
  4. 【請求項4】特許請求の範囲第1項乃至第3項のいずれ
    かの項記載の低周波ディジタル・ノッチ・フィルタにお
    いて、係数K3の値は式 K3=1−(2*K2*K4) により係数K2及びK4に関連され、前記係数K2及びK4は1/
    2のベキ乗であることを特徴とする低周波ディジタル・
    ノッチ・フィルタ。
  5. 【請求項5】低周波ディジタル・ノッチ・フィルタに用
    いるTセクション・フィルタにおいて、前記Tセクショ
    ン・フィルタは少なくとも一つの遅延素子と、係数K2
    K3及びK4によりそれぞれ乗算をし、その総合的な伝達関
    数B(z)が次式 B(z)=[(K3+K2・K4)Z-1−1]/[1−K3Z-1] により与えられ、かつその入力のT伝達関数C(z)が
    次式 C(z)=K2Z-1/[1−K3Z-1] により与えられる少なくとも3つの係数乗算器とを備え
    ると共に、巡回型の前記Tセクション・フィルタの出力
    端と前記入力ノードとに接続された出力ノードを備えた
    ことを特徴とするTセクション・フィルタ。
  6. 【請求項6】特許請求の範囲第5項記載のTセクション
    ・フィルタにおいて、前記Tセクション・フィルタは3
    つの乗算器と、1つの遅延素子とからなり、前記乗算器
    のうちの2つは前記遅延素子の各端に接続され、残りの
    前記遅延素子は分岐ノードを介して前記遅延素子を側路
    接続し、その出力ノードは前記乗算器から出力される信
    号を共通入力端に導入された信号により引算するように
    接続されたことを特徴とするTセクション・フィルタ。
JP20118586A 1985-08-28 1986-08-27 低周波デイジタル・ノツチ・フイルタ Expired - Lifetime JPH0693599B2 (ja)

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