JPS60208113A - Digital filter - Google Patents

Digital filter

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Publication number
JPS60208113A
JPS60208113A JP6215384A JP6215384A JPS60208113A JP S60208113 A JPS60208113 A JP S60208113A JP 6215384 A JP6215384 A JP 6215384A JP 6215384 A JP6215384 A JP 6215384A JP S60208113 A JPS60208113 A JP S60208113A
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JP
Japan
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multiplier
digital signal
digital
adder
filter
Prior art date
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Pending
Application number
JP6215384A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasunori Kobori
康功 小堀
Isao Fukushima
福島 勇夫
Masataka Sekiya
関谷 正尊
Hideo Nishijima
英男 西島
Tsunehiko Tejima
手嶋 恒彦
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPS60208113A publication Critical patent/JPS60208113A/en
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H17/00Networks using digital techniques
    • H03H17/02Frequency selective networks
    • H03H17/04Recursive filters

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a digital filter having a lag/lead filter characteristic where a polygonal point frequency is sufficiently low by connecting a multiplier and a digital LPF in parallel and adding the outputs so as to decrease the number of elements. CONSTITUTION:An input digital signal X is inputted to the multiplier 11 of a coefficient alpha, a prescribed gain characteristic causing a phase lead is provided, the input digital signal X is inputted to the digital LPF12 formed with a feedback path which has a unit delay element 16, multipliers 14, 15 and at least the unit delay element 16, the signal is subjected to moving means processing sequentially, the phase delay characteristic is provided, they are added by an adder 10 so as to attain the linear lag/lead filter characteristic. The transfer function G(Z) of the filter is represented by alpha+(1-beta)/(1-betaZ<-1>).

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、低域通過特性を有するデジタルフィルタに係
わり、特に、位相制御系の位相補償回路に用いて好適な
デジタルフィルタに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a digital filter having low-pass characteristics, and particularly to a digital filter suitable for use in a phase compensation circuit of a phase control system.

〔発明の背景〕 従来、ビデオテープレコーダの位相制御系の位相補償回
路としては、−次ラグリードフィルタ(10g−1gα
d filter) 特性を有するアナログ構成の低域
通過フィルタが用いられている。
[Background of the Invention] Conventionally, a -order lag lead filter (10g-1gα
A low-pass filter with an analog configuration having the following characteristics is used.

第1図(α)はかかるフィルタ(−次ラグリードフィル
タ)の−例を示す構成図であって、1.2は抵抗、3は
コンデンサ、Xは入力信号、Yは出力信号である。
FIG. 1 (α) is a block diagram showing an example of such a filter (-order lag lead filter), in which 1.2 is a resistor, 3 is a capacitor, X is an input signal, and Y is an output signal.

かかるフィルタの伝達関数G(8)は、抵抗1,2の抵
抗値を夫々l’t+ 、 R2、コンデンサ6の静電容
蓋をCとすると、次のように表わされる。
The transfer function G(8) of such a filter is expressed as follows, where the resistance values of the resistors 1 and 2 are l't+ and R2, respectively, and the capacitance cap of the capacitor 6 is C.

但し、 ’I+ −0(R+ +12 )+1t、 w
、 □ R。
However, 'I+ -0(R+ +12)+1t, w
, □R.

このフィルタの周波数特性は第1図(b)のようになり
、折点周波数11.fHは夫々法のように表わされる0 /L−1/2π’I”I 、fH−1/2πT2ところ
で、近年、電子回路の集積回路(IC)化が進み、フィ
ルタについてもIC化の要望が高まっている。しかしな
がら、上記のようなアナログ構成のフィルタは、これを
IC化するに際して、コンデンサ6は外付けにする必要
があるし、また、コンデンサ3の起動手段が設けられる
などでICパッケージの入出力ピンが多くなり、IC化
に適さない回路構成となっている。また、このフィルタ
は、コンデンサ6からリーク電流が生じたり、コンデン
サ6の劣化などにより、特性の劣化が免れなかった。
The frequency characteristics of this filter are as shown in FIG. 1(b), with a corner frequency of 11. fH is expressed as the modulus 0 /L-1/2π'I"I, fH-1/2πT2 Incidentally, in recent years, the use of integrated circuits (ICs) in electronic circuits has progressed, and there is a demand for ICs for filters as well. However, when converting the above-mentioned analog filter into an IC, it is necessary to attach the capacitor 6 externally, and a means for starting the capacitor 3 is provided, which makes the IC package difficult. The number of input/output pins increases, resulting in a circuit configuration that is not suitable for IC implementation.Furthermore, this filter suffers from deterioration in characteristics due to leakage current from the capacitor 6 and deterioration of the capacitor 6.

そこで、かかる問題点を解消するために、デジタル構成
の低域通過フィルタ、すなわち、ラグリードフィルタ特
性をもつデジタルフィルタが提案された。
In order to solve this problem, a low-pass filter having a digital configuration, that is, a digital filter having lag-lead filter characteristics, has been proposed.

第2図はかかる従来のデジタルフィルタの一例を示す構
成図であって、4,5は加算器、6,7゜8は乗算器、
9は単位遅延素子である。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of such a conventional digital filter, in which 4 and 5 are adders, 6 and 7°8 are multipliers,
9 is a unit delay element.

このデジタルフィルタは、フィードバックループとフィ
ードフォワードループとを有する巡回形フィルタ構成を
なすものであって、乗算器6,7゜8の入力信号に乗す
る係数を夫々α、b、cとすると、2平面での伝達量@
 G (z)は、一般に良く知られているように、次式
で表わされる。
This digital filter has a cyclic filter configuration having a feedback loop and a feedforward loop, and if the coefficients by which the input signals of the multipliers 6, 7 and 8 are multiplied are α, b, and c, respectively, 2 Transmission amount on plane @
As is generally well known, G (z) is expressed by the following formula.

さて、このデジタルフィルタの特性が第1図の低域通過
フィルタの特性と同等であるためには、式(2)が式(
1)と等測的に一致しなければならない。
Now, in order for the characteristics of this digital filter to be equivalent to the characteristics of the low-pass filter shown in Figure 1, equation (2) must be changed to equation (
1) must match isometrically.

そこで、2変換の一方式である差分近似法を用いて係数
α、b、cをめると、夫々法のように表わされる。
Therefore, when the coefficients α, b, and c are calculated using the difference approximation method, which is a method of two-conversion, they are each expressed as a modulus.

このように、係数α、b、cを設定することにより、第
2図に示すデジタルフィルタは第1図に示すアナログ構
成のフィルタと同等の特性をもたせることができる。
By setting the coefficients α, b, and c in this manner, the digital filter shown in FIG. 2 can have characteristics equivalent to those of the analog configuration filter shown in FIG. 1.

このデジタルフィルタは、IC化するに際して、これに
特有の入出力ピンは必要とせず、特性の劣化は生じない
。しかし、実際にこのデジタルフィルタを形成する場合
には、加算器4.5や乗算器6.7.8の後段にレジス
タが必要であり、しかも、乗算器6,7.8の後段のレ
ジスタは、たとえば入力データXが10ビツトであると
すると、夫々18ピット以上のデータを処理しなければ
ならず、レジスタが大型となる。また、乗算器6゜7.
8の係数α、b、cは非常に高い精度で設定されていな
ければならないことから、これら係数α、b、cを保存
しておくために、8〜10ビツトのROM (リードオ
ンリメモリ)を必要とする。
When integrated into an IC, this digital filter does not require any special input/output pins, and its characteristics do not deteriorate. However, when actually forming this digital filter, a register is required after the adder 4.5 and multiplier 6.7.8, and furthermore, the register after the multiplier 6, 7.8 is For example, if the input data X is 10 bits, it is necessary to process data of 18 or more pits each, and the register becomes large. Also, a multiplier 6°7.
Since the coefficients α, b, and c of 8 must be set with very high precision, an 8 to 10-bit ROM (read-only memory) is used to store these coefficients α, b, and c. I need.

このように、巡回形デジタルフィルタは、数多くのレジ
スタ、特に大型のレジスタやメモリを必要とすることか
ら、素子数が膨大なものとならざるを得なかった。
As described above, the cyclic digital filter requires a large number of registers, especially large registers and memories, and therefore has no choice but to have an enormous number of elements.

また、ラグリードフィルタ特性を有するデジタルフィル
タを実現する方法として、移動平均法を利用したものも
知られている。この方法は、複数のサンプルデータを平
均化し、かつ、平均化するサンプルデータを1サンプリ
ング点づつ順次づらしていくようにしたものである。し
かし、この移動平均法によるデジタルフィルタは、折点
周波m(カットオフ周波数)fが平均化するサンプルデ
ータの個数に依存しており、折点周波数!6を低くする
ためには、その個数を多くとらねばならない。
Furthermore, as a method for realizing a digital filter having lag-lead filter characteristics, a method using a moving average method is also known. This method averages a plurality of sample data, and sequentially shifts the sample data to be averaged one sampling point at a time. However, in the digital filter using the moving average method, the corner frequency m (cutoff frequency) f depends on the number of sample data to be averaged, and the corner frequency m (cutoff frequency) f depends on the number of sample data to be averaged. In order to lower the value of 6, we must increase its number.

そこで、ビデオテープレコーダの位相制御系の位相補償
回路にかかるデジタルフィルタを用いる場合、通常サン
プリング周波数Isに対し、折点周波kfcを!、/1
00程度に設定しなければならないが、このための平均
化するサンプルデータの個数は44個程度となる。した
がって、これらサンプルデータを保持する44個程度の
レジスタと44回の加算操作が必要であり、デジタルフ
ィルタは素子数が非常に多くなって大規模化する。
Therefore, when using a digital filter for the phase compensation circuit of the phase control system of a video tape recorder, the corner frequency kfc is normally set for the sampling frequency Is! ,/1
The value must be set to about 00, but the number of sample data to be averaged for this purpose is about 44. Therefore, about 44 registers for holding these sample data and 44 addition operations are required, and the digital filter has a very large number of elements and becomes large-scale.

以上のように、従来のラグリードフィルタ特性を有する
デジタルフィルタは素子を多く必要とし、特に、ビデオ
テープレコーダの位相制御系の位相補償回路に用いるこ
とは、コストの面で現実的ではなかった。
As described above, conventional digital filters having lag-lead filter characteristics require a large number of elements, and in particular, their use in the phase compensation circuit of the phase control system of a video tape recorder is impractical in terms of cost.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、上記従来技術の欠点を除き、素子数を
少なくして折点周波数が充分低いラグリードフィルタ特
性を有するデジタルフィルタを提供するにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to eliminate the drawbacks of the prior art described above, reduce the number of elements, and provide a digital filter having lag-lead filter characteristics with a sufficiently low corner frequency.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

この目的を達成するために、本発明は、乗算器からなる
一定ゲインの回路と、乗算器と単位遅延素子とを有し該
単位遅延素子を含む帰還ループが形成されたデジタルT
、 P Fとが並列接続されてなり、該デジタルLPF
は入力サンプルデータの逐次移動平均をなして低域通過
フィルタ特性を有し、該一定ゲインの回路と該デジタル
LPFとで一次ラグリードフィルタ特性をもたせるよう
にした点に特徴がある。
In order to achieve this object, the present invention provides a constant gain circuit including a multiplier, a digital TFT including a multiplier and a unit delay element, and a feedback loop including the unit delay element.
, PF are connected in parallel, and the digital LPF
is a sequential moving average of input sample data and has low-pass filter characteristics, and is characterized in that the constant gain circuit and the digital LPF provide first-order lag-lead filter characteristics.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明の実施例を図面について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第6図は本発明によるデジタルフィルタの一実施例を示
すブロック図であって、10は加算器、11は乗算器、
12はデジタルLPF (ローパスフィルタ)、13は
加算器、14.15は乗′n器、16は単位遅延素子で
ある。
FIG. 6 is a block diagram showing an embodiment of the digital filter according to the present invention, in which 10 is an adder, 11 is a multiplier,
12 is a digital LPF (low pass filter), 13 is an adder, 14.15 is a multiplier, and 16 is a unit delay element.

この実施例は、乗算器11とデジタルLPF’12とを
並列にし、これらの出力を加算′a10で加算して第1
図(6)に示すラグリードフィルタ特性を得るようにし
ている。すなわち、デジタルLPP12に第4図で破線
で示す折線特性(位相遅れ特性)をもたせ、乗算器11
に一点鎖線で示す一定のゲイン特性(位相進みを生じさ
せるため)をもたゼ、これらデジタルLP112と乗算
器11とによる全体特性として、第1図(b)と同様の
実線で示す特性としている。
In this embodiment, a multiplier 11 and a digital LPF'12 are arranged in parallel, and their outputs are added by an adder'a10 to obtain the first
An attempt is made to obtain the lag lead filter characteristics shown in Figure (6). That is, the digital LPP 12 is given a broken line characteristic (phase delay characteristic) shown by the broken line in FIG.
The digital LP 112 and the multiplier 11 have a constant gain characteristic (to cause a phase lead) shown by the dashed line, and the overall characteristics of the digital LP 112 and the multiplier 11 are the same as shown by the solid line in FIG. 1(b). .

以下、この点について説明する。This point will be explained below.

まず、上記(2)式についてみると、この式は次のよう
に変形できる。
First, looking at equation (2) above, this equation can be transformed as follows.

ここで、 a−−−1十〇 とすると、式(4)は次のようになる。Here, a---100 Then, equation (4) becomes as follows.

さらに、 とすると、(5)式は次のように表わされる。moreover, Then, equation (5) can be expressed as follows.

この(7)式は、各係数α、βが(6)式を満足し、か
つ、各係数α、Cが(3)式で表わされるとき、第1図
(b)の特性を表わすものである。そして、この(7)
式は、伝達関数αの回路と伝達関数(1−β)/(1−
β2−9の回路とが並列接続された回路の伝達関数を示
すものである。
This equation (7) expresses the characteristics shown in Figure 1(b) when each coefficient α and β satisfy equation (6) and each coefficient α and C are expressed by equation (3). be. And this (7)
The formula is a circuit with a transfer function α and a transfer function (1-β)/(1-
It shows the transfer function of a circuit in which the circuits β2-9 are connected in parallel.

この実施例は、互いに並列接続された一方の回路である
乗算器11の係数を上記αとし、他の回路であるデジタ
ルLPF12の伝達関数を(1−β)/(1−βg−1
)となるようにし、全体として(7)式の伝達関数が得
られるようにしたものである0 すなわち、第6図において、乗算器14.15の係数を
夫々β、(1−β)/βとし、このデジタルフィルタの
人、出力を夫々X、Y、デジタルLPF12の出力をW
1乗算器14の出力を■とすると、 Y−αX+W ・・・・・(8) V−β (X+g−’V) であるから、 となり、したがって、デジタルLPF12の伝達関数G
 (z)は、 となり、また、(9)式を(8)式に代入することによ
り、デジタルフィルタ全体の伝達関数G (g)は、と
なって(7)式と一致する。
In this embodiment, the coefficient of the multiplier 11, which is one circuit connected in parallel with each other, is the above α, and the transfer function of the digital LPF 12, which is the other circuit, is (1-β)/(1-βg-1
), so that the transfer function of equation (7) can be obtained as a whole.In other words, in FIG. The output of this digital filter is X and Y, and the output of digital LPF 12 is W.
1. If the output of the multiplier 14 is ■, then Y-αX+W (8) V-β (X+g-'V), therefore, the transfer function G of the digital LPF 12 is
(z) becomes, and by substituting equation (9) into equation (8), the transfer function G (g) of the entire digital filter becomes, which agrees with equation (7).

ところで、tooJ式において、β−1/2とすると、
G’(z)−−−−7 −21 と表わされるが、この式は級数 に等しく、また、一般に、00式は級数(1−β)Σ戸
z−s n・0 に等しい。このことから、(9)式は、−(1−β)〔
1+βg−1+β z +・十ffrLz−’十・=)
Xで表わされるから、第3図のデジタフI/:[、PF
12は、単位遅延時間Tの1倍(但し、n = 1.2
,3.・・)遅延されたサンプルデータに(1−β)β
7の重みをつけ、無限数のサンプルデータについて逐次
移動平均していることになる。
By the way, in the tooJ formula, if we set β-1/2,
G'(z)---7-21 This expression is equivalent to a series, and in general, the 00 expression is equivalent to the series (1-β)Σz-s n·0. From this, equation (9) is -(1-β)[
1+βg-1+βz +・tenffrLz−'ten・=)
Since it is represented by
12 is 1 times the unit delay time T (however, n = 1.2
,3. ...) to the delayed sample data (1-β)β
This means that a weight of 7 is applied and a moving average is sequentially applied to an infinite number of sample data.

第5図はβを変数としたときの第6図のデジタルL P
 F 12の特性を示すものであり、この場合、サンプ
リング零次ホールドを施こしている。なお、第5図では
、サンプリング周波数を7.(1,/’I’、)とし、
横軸にVf (−7−T、)をとっている。ゲインの落
ち込みはサンプリング周波数!8 の整数倍で生じてい
る。
Figure 5 shows the digital L P of Figure 6 when β is a variable.
This shows the characteristics of F12, and in this case, sampling zero-order hold is applied. In addition, in FIG. 5, the sampling frequency is set to 7. (1, /'I',),
The horizontal axis represents Vf (-7-T,). The drop in gain is due to the sampling frequency! It occurs at an integer multiple of 8.

第5図から明らかなように、係数βを変化させることに
より、デジタル1.、PF12のカットオフ周波数!。
As is clear from FIG. 5, by changing the coefficient β, the digital 1. , cutoff frequency of PF12! .

を変化させることができる。can be changed.

第6図(α)は、係数βの異なる値β1.β2に対し、
(11)式で示す第3図の実施例の全体の特性を示すも
のである。この場合もサンプリング零次ホールドを施こ
している。
FIG. 6(α) shows different values of coefficient β1. For β2,
This shows the overall characteristics of the embodiment of FIG. 3 expressed by equation (11). In this case as well, sampling zero-order hold is applied.

同図において、曲線A’、B’は夫々βが山、β2であ
るときの第6図デジタルLPF12の特性であり、β1
を1/8.β2を1/4とした。これに対して、曲線A
、Bは夫々βがβhβ2であるときの第6図のデジタル
フィルタ全体の特性であって、領域Pの部分で係数αの
影響がでてラグリードフィルタ特性が得られている。高
域ゲイルは各係数を適宜選定することによって変化させ
ることができる。
In the figure, curves A' and B' are the characteristics of the digital LPF 12 in FIG. 6 when β is a peak and β2, respectively, and β1
1/8. β2 was set to 1/4. On the other hand, curve A
, B are the characteristics of the entire digital filter shown in FIG. 6 when β is βhβ2, and in the area P, the influence of the coefficient α appears and a lag-lead filter characteristic is obtained. The high frequency gale can be changed by appropriately selecting each coefficient.

なお、w6図(b)は、同図(α)ではサンプリング周
波数18 でのゲインの落ち込みによってラグリードフ
ィルタ特性が理解し難いので、第6図(α)の曲MA、
Bに対して、このゲインの落ち込みがないものとして、
第3図の全体の特性を模式的に示したものである。
In addition, w6 (b) is difficult to understand the lag lead filter characteristics due to the drop in gain at sampling frequency 18 in the same figure (α), so the song MA in Fig. 6 (α),
Assuming that there is no drop in gain for B,
FIG. 3 schematically shows the overall characteristics of FIG.

さて、かかる実施例において、所定の特性を得べく係数
α、βは任意の値に設定することができる。そこで、乗
算器11の係数αを、 α−1/2m に設定することにより、乗算器11は単にレジスタでも
って?#我することができる。実際には、入力サンプル
データ列をハードロジック(布線)でシフトさせて加算
器10に供給するようにすればよい。また、乗算器14
も、係数βを β−1/2” に設定することにより、シフトレジスタのみで構成する
ことができる。さらに、乗算器15の係数は、 (1−β)/β−2−1 であるから、乗算器15はシフトレジスタと減算器とで
′!IjI成することができる。
Now, in this embodiment, the coefficients α and β can be set to arbitrary values in order to obtain predetermined characteristics. Therefore, by setting the coefficient α of the multiplier 11 to α-1/2m, the multiplier 11 can be simply used as a register. #I can. In practice, the input sample data string may be shifted using hard logic (wiring) and then supplied to the adder 10. Also, the multiplier 14
can also be configured with only a shift register by setting the coefficient β to β-1/2".Furthermore, since the coefficient of the multiplier 15 is (1-β)/β-2-1, , the multiplier 15 can be formed by a shift register and a subtracter.

以上のように、この実施例では、シフトレジスタ、加算
器、減算器および単位遅延素子16のためのメモリでも
って構成でき、これらシフトレジスタ、減算器は乗算器
11,14.15そのものを構成するものであって、こ
れら以外のシフトレジスタやメモリを必要としない。し
たがって、素子数は大幅に少なくなる。
As described above, this embodiment can be configured with a shift register, an adder, a subtracter, and a memory for the unit delay element 16, and these shift registers and subtracters constitute the multipliers 11, 14, and 15 themselves. It does not require any other shift registers or memory. Therefore, the number of elements is significantly reduced.

第7図は本発明によるデジタルフィルタの他の実施例を
示すブロック図であって、17は乗算器であり、第3図
に対応する部分には同一符号をつけている。
FIG. 7 is a block diagram showing another embodiment of the digital filter according to the present invention, in which 17 is a multiplier, and parts corresponding to those in FIG. 3 are given the same reference numerals.

この実施例は、デジタルLPF12の帰還ループを単位
遅延素子16と乗算器17とで形成し、この帰還ループ
により、乗算器14の出力を加算器13に帰還するとと
もに、乗算器14の出力をデジタルLPF12の出力と
するものである。
In this embodiment, a feedback loop of a digital LPF 12 is formed by a unit delay element 16 and a multiplier 17, and this feedback loop feeds back the output of the multiplier 14 to the adder 13, and also converts the output of the multiplier 14 into a digital signal. This is the output of the LPF 12.

いま、乗算器14の係数を1/L1乗算器17の係数を
(L−1)とすると、 であるから、デジタルL P l+’ 12の伝達量W
iG (g)となる。ここで、β−(L−1)/Lとす
ると、上記伝達関数G(8)は、 となり、上記(lO)式と一致する。したがって、乗算
器14の係数を(1−β)、乗算器17の係数をβ/(
1−β)に設定することにより、この実施例は第3図に
示した実施例と同じ特性をもつことになる。
Now, if the coefficient of the multiplier 14 is 1/L1 and the coefficient of the multiplier 17 is (L-1), then the transmission amount W of the digital L P l+' 12 is
iG (g). Here, assuming β-(L-1)/L, the above transfer function G(8) becomes as follows, which matches the above equation (lO). Therefore, the coefficient of multiplier 14 is (1-β), and the coefficient of multiplier 17 is β/(
1-β), this embodiment has the same characteristics as the embodiment shown in FIG.

第3図に示した実施例では、単位遅延素子16による帰
還ループは乗算器14の出力を帰還し、さらに、この乗
算器14の出力は乗算器15に供給されてデジタルLP
F12の最終出力となるが、第7図に示すこの実施例は
、乗算器14の出力であるデジタルLPFI 2の!&
終出出力帰還ループで帰還するようにしている。一般に
、帰還ループを施こす場合、最終出力を帰還した方が応
答歪みや計算上の丸め誤差は少ない。したがって、この
実施例では、これら応答歪みや丸め誤差を低減すること
ができる。
In the embodiment shown in FIG. 3, the feedback loop by the unit delay element 16 feeds back the output of the multiplier 14, and the output of the multiplier 14 is further supplied to the multiplier 15 to output the digital LP signal.
The final output of F12 is the output of digital LPFI 2, which is the output of multiplier 14 in this embodiment shown in FIG. &
Feedback is made in the final output feedback loop. Generally, when implementing a feedback loop, feedback of the final output results in less response distortion and calculation rounding errors. Therefore, in this embodiment, these response distortions and rounding errors can be reduced.

第8図は本発明によるデジタルフィルタのさらに他の実
施例を示すブロック図であって、18は減算器、19は
加算器であり、第3図に対応する部分には同一符号をつ
けている。
FIG. 8 is a block diagram showing still another embodiment of the digital filter according to the present invention, in which 18 is a subtracter, 19 is an adder, and parts corresponding to those in FIG. 3 are given the same symbols. .

この実施例は、デジタルL P F 12において、上
記2つの実施例に対して乗3B器の個数を低減したもの
である。すなわち、入力データXから帰還ループの単位
遅延素子16の出力を減算する減算器18と、減算器1
8の出力が供給される係@にの乗算器14と、乗算器1
4の出力と単位遅延素子16の出力とを加算する加算器
19とでデジタルLPF12をI#成し、この加S器1
9の出力を単位遅延素子16に供給するとともにデジタ
ルLPF12の出力Wとするものである。
In this embodiment, the number of 3B multipliers in the digital L P F 12 is reduced compared to the above two embodiments. That is, a subtracter 18 that subtracts the output of the unit delay element 16 of the feedback loop from input data X, and a subtracter 1
A multiplier 14 to which the output of 8 is supplied, and a multiplier 1
A digital LPF 12 is formed by an adder 19 that adds the output of the unit delay element 4 and the output of the unit delay element 16, and this adder 1
9 is supplied to the unit delay element 16 and is also used as the output W of the digital LPF 12.

このデジタルL P F 12の入力データX1出力デ
ータWの関係は、 W−K (X −z” W) 十z−’ Wであるから
、デジタルLPFの伝達関数G (z)は、と表わされ
る。ここで、 K−1−βとすると、この伝達関数G〜
)は となり、上記00)式と一致する。したがって、この実
施例は、乗算器14の係数を(1−β)とすることによ
り、第6図に示した実施例と同じ特性をもたせることが
でき、しかも、第6図に示した実施例よりも乗算器、す
なわち、シフトレジスタが1個少なくなり、素子数がさ
らに低減する。
The relationship between the input data X1 and the output data W of this digital LPF 12 is W-K (X-z"W) 1z-'W, so the transfer function G (z) of the digital LPF is expressed as .Here, if K-1-β, then this transfer function G~
) becomes, which matches the above equation 00). Therefore, by setting the coefficient of the multiplier 14 to (1-β), this embodiment can have the same characteristics as the embodiment shown in FIG. There is one less multiplier, that is, one shift register, and the number of elements is further reduced.

以上の実施例における一次ラグリードフィルタ特性を有
するデジタルフィルタを位相制御系の位相補償回路に適
用する場合、カットオフ周波数fcをサンプリング周波
数f8の1/100〜1/1000に設定する必要があ
り、また、高域ゲイン差を−10〜−30dBにする必
要がある。
When applying the digital filter having the first-order lag lead filter characteristics in the above embodiment to a phase compensation circuit of a phase control system, it is necessary to set the cutoff frequency fc to 1/100 to 1/1000 of the sampling frequency f8, Further, it is necessary to set the high frequency gain difference to -10 to -30 dB.

そこで、上記(7)式において、係数α、βを、α−1
/2 、β−1/27 とした場合、 m = 3〜5 、n ” 5〜6 に設定することにより、上記条件を満足させることがで
きる。
Therefore, in the above equation (7), the coefficients α and β are α−1
/2 and β-1/27, the above conditions can be satisfied by setting m = 3 to 5 and n'' to 5 to 6.

第9図は係数α、βを上記のように設定したときの上記
実施例の特性を示すものである。
FIG. 9 shows the characteristics of the above embodiment when the coefficients α and β are set as described above.

以上のように、重みづけした逐次移動平均をとることに
より、デジタルフィルタに第9図に示すような任意のラ
グリードフィルタ特性をもたせることができ、この場合
、デジタルフィルタは、各乗算器の係数α、β、L、に
などを全て2進数値(2” の形式の数値)に設定する
ことにより、乗算器はシフトレジスタでもって411我
することができて他にシフトレジスタを必要とぜず、ま
た、メモリも単位遅延素子16のために1個必要とする
だけであって、素子数が大幅に低減する。
As described above, by taking the weighted sequential moving average, it is possible to give the digital filter arbitrary lag-lead filter characteristics as shown in FIG. By setting α, β, L, etc. to all binary values (numbers in 2" format), the multiplier can be configured with a shift register and no other shift register is required. Moreover, only one memory is required for the unit delay element 16, and the number of elements is significantly reduced.

なお、逐次移動平均法にもとづくデジタルフィルタの構
成は、他にも種々考えられるが、上記実施例では、単位
遅延素子への帰還ループの起点以前に乗算器が挿入され
ている点に#1我上の特徴がある。
Although there are various other configurations of the digital filter based on the successive moving average method, in the above embodiment, #1 is inserted at the point where the multiplier is inserted before the starting point of the feedback loop to the unit delay element. It has the above characteristics.

以上の実施例におけるデジタルLPFを用いることによ
り、n次LPFを形式することができる。
By using the digital LPF in the above embodiment, an n-order LPF can be formed.

第10図はその一具体例を示すブロック図であって、一
般に、1次フィルタは1次(あるいは2次)フィルタの
縦続接続で実現できるが、n次LPFとして同−力71
17周波数の1個の1次LPF12a、12b、・・・
・12cを縦続接続した九重極フィで表わされる。かか
る外法LPFは、第6図、第7図あるいは第8図のデジ
タルLPF12をn個献続接続することによって実現で
きる。
FIG. 10 is a block diagram showing a specific example of this. Generally, a first-order filter can be realized by cascading first-order (or second-order) filters, but as an n-order LPF, the same power 71
One primary LPF 12a, 12b, . . . with 17 frequencies.
・Represented by a nine-pole phi consisting of 12c connected in cascade. Such an external LPF can be realized by serially connecting n digital LPFs 12 shown in FIG. 6, FIG. 7, or FIG. 8.

いま、かかる−次のデジタルLPF12における乗算器
での係数βを、1/24 、1/26としたとき、6次
(tt−3)のLPFの特性を、デジタルLPF 12
 (n−1)の特性と比較して第11図に示す。この図
から明らかなように、これらの特性は、アナログ構成の
LPFと全く遜色がなく、充分に実用可能である。
Now, when the coefficient β of the multiplier in the -order digital LPF 12 is set to 1/24 and 1/26, the characteristics of the 6th order (tt-3) LPF are expressed as
A comparison with the characteristics of (n-1) is shown in FIG. As is clear from this figure, these characteristics are completely comparable to those of an analog LPF, and are fully usable.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば、カットオフ周波
数やゲインを任意に設定可能な1次ラグリードフィルタ
特性を得ることができて、しかも、構成の簡略化、素子
数の大幅な低減が実現でき、よって、チップサイズを小
さく低コストでIC化可能となり、しかも、特性変更が
容易であり、上記従来技術の欠点を除いて優れた機能の
デジタルフィルタを提供することができる。
As explained above, according to the present invention, it is possible to obtain a first-order lag-lead filter characteristic in which the cutoff frequency and gain can be arbitrarily set, and in addition, the configuration can be simplified and the number of elements can be significantly reduced. Therefore, the chip size can be reduced and IC can be realized at low cost, and the characteristics can be easily changed, and a digital filter with excellent functions can be provided without the drawbacks of the above-mentioned conventional technology.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図(α)は従来のアナログ構成の1次ラグリードフ
ィルタを示す構成図、同図(b)はその特性図、第2図
は従来のデジタルフィルタの一例を示すブロック図、第
6図は本発明によるデジタルフィルタの一実施例を示す
ブロック図、第4図は第6図の各部の機能を説明するた
めの模式図、第5図は第3図のデジタルLPFの特性図
、第6図(ci)、(b)は第6図の実施例の特性図、
第7図および第8図は夫々本発明によるデジタルフィル
タの他の実施例を示すブロック図、第9図は係数α、β
を特定したときの各実施例の特性図、第10図は第3図
、第7図あるいは第8図のデジタルLPFにもとづく1
次フィルタの一具体例を示すブロック図、第11図はそ
の特性の一例を示す特性図である。 10.13.19・・・加算器、11,14,15゜1
7・・・乗算器、12・・・デジタルLPF、16・・
・、単位遅延素子。 第1図 第3図 第6 t)、C)C)l Q、01 (/、/ f75/(b
〕 υυυ/ 0.01 0.1 fTs 第7図 O 第8図 第91;、シ
Fig. 1 (α) is a block diagram showing a conventional analog first-order lag lead filter, Fig. 1 (b) is its characteristic diagram, Fig. 2 is a block diagram showing an example of a conventional digital filter, and Fig. 6 is a block diagram showing one embodiment of the digital filter according to the present invention, FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the functions of each part in FIG. 6, FIG. 5 is a characteristic diagram of the digital LPF shown in FIG. 3, and FIG. Figures (ci) and (b) are characteristic diagrams of the embodiment shown in Figure 6;
7 and 8 are block diagrams showing other embodiments of the digital filter according to the present invention, and FIG. 9 shows coefficients α and β.
10 is a characteristic diagram of each embodiment when specifying 1 based on the digital LPF of FIG.
FIG. 11 is a block diagram showing a specific example of the next-order filter, and a characteristic diagram showing an example of its characteristics. 10.13.19... Adder, 11, 14, 15°1
7... Multiplier, 12... Digital LPF, 16...
・, unit delay element. Figure 1 Figure 3 Figure 6 t), C) C) l Q, 01 (/, / f75/(b
] υυυ/ 0.01 0.1 fTs Fig. 7 O Fig. 8 Fig. 91;

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)入力デジタル信号を乗算処理する第1の乗算器と
、単位遅延素子と乗算器とを有して該単位遅延素子を少
なくとも含む帰還路が形成され該入力デジタル信号を逐
次移動平均処理するデジタルローパスフィルタと、該第
1の乗算器の出力デジタル信号と該デジタルローパスフ
ィルタの出力デジタル信号とを加算する第1の加算器と
からなり、1次ラグリードフィルタ特性を得ることがで
きるように構成したことを特徴とするデジタルフィルタ
。 (2、特許請求の範囲第(1)項において、前記デジタ
ルローパスフィルタが複数段縦続接続されてなることを
特徴とするデジタルフィルタ。 (3)特許請求の範囲第(1)項または第(2)項にお
いて、前記各乗算器は、夫々係数が2進数であり、シフ
トレジスタであることを特徴とするデジタルフィルタ。 (4) 特許請求の範囲第(1)項、第(2)項または
第(3)項において、前記デジタルローパスフィルタは
、前記帰還路が前記単位遅延素子のみを含み、かつ、該
帰還路と、前記入力デジタル信号が供給される加算器と
、該加算器からのデジタル信号を乗算処理する第2の乗
算器と、該第2の乗算器からのデジタル信号を乗算処理
し前記出力デジタル信号を形成する第6の乗算器とから
なり、前記帰還路は該第2の乗算器からのデジタル信号
を該加算器に帰還することを特徴とするデジタルフィル
タ。 (5)特許請求の範囲第(1)項、第(2)項または第
(3)項において、前記デジタルローパスフィルタは、
前記帰還路が直列接続された前記単位遅延素子と第4の
乗算器とを含み、かつ、該帰還路と、前記入力デジタル
信号が供給される加算器と、該加算器からのデジタル信
号を乗算処理し前記出力デジタル信号を形成する第5の
乗算器とからなり、前記帰還路は前記出力デジタル信号
を該加算器に帰還することを特徴とするデジタルフィル
タ。 (6) 特許請求の範囲第(])項、第(2)項または
第(3)項において、前記デジタルローパスフィルタは
、前記帰還路が前記単位遅延素子のみを含み、かつ、前
記帰還路と、前記入力デジタル信号が供給される減算器
と、該減算器からのデジタル信号を乗算処理する乗算器
と、該乗算器からのデジタル信号が供給され前記出力デ
ジタル信号を形成する加算器とからなり、前記帰還路は
前記出力デジタル信号を該減算器と該加算器とに帰還す
ることを特徴とするデジタルフィルタ。
[Scope of Claims] (1) A feedback path is formed that includes a first multiplier that multiplies an input digital signal, a unit delay element, and a multiplier, and includes at least the unit delay element, and the input digital signal It consists of a digital low-pass filter that sequentially performs moving average processing, and a first adder that adds the output digital signal of the first multiplier and the output digital signal of the digital low-pass filter. A digital filter characterized in that it is configured so that it can be obtained. (2. The digital filter according to claim (1), characterized in that the digital low-pass filter is connected in cascade in multiple stages. (3) Claim (1) or (2) ), wherein each of the multipliers has a binary coefficient and is a shift register. (4) Claims (1), (2), or In item (3), the digital low-pass filter includes the feedback path including only the unit delay element, the feedback path, an adder to which the input digital signal is supplied, and a digital signal from the adder. and a sixth multiplier that multiplies the digital signal from the second multiplier to form the output digital signal, and the return path is the second multiplier. A digital filter characterized in that the digital signal from the adder is fed back to the adder. (5) In claim (1), (2) or (3), the digital low-pass filter teeth,
The feedback path includes the unit delay element and a fourth multiplier connected in series, and the feedback path and an adder to which the input digital signal is supplied multiply the digital signal from the adder. a fifth multiplier for processing and forming the output digital signal, the feedback path feeding back the output digital signal to the adder. (6) In claim No. (]), (2), or (3), the digital low-pass filter is characterized in that the feedback path includes only the unit delay element, and , consisting of a subtracter to which the input digital signal is supplied, a multiplier that multiplies the digital signal from the subtracter, and an adder to which the digital signal from the multiplier is supplied and forms the output digital signal. , wherein the feedback path feeds back the output digital signal to the subtracter and the adder.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH056225A (en) * 1991-06-20 1993-01-14 Sanyo Electric Co Ltd Digital rotating phase servo device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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