KR100585641B1 - Structure for infinite impulse response filter - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무한 임펄스 응답 필터의 구조에 관한 것으로, 종래의 기술에 있어서, IIR필터는 피드백(feedback) 형태의 내부 블록을 가지고 있으므로 FIR 필터와는 달리 파이프라인의 사용으로 타이밍을 유지하는 것이 상당히 어렵고 따라서, FPGA를 이용한 실장 테스트시에는 요구되는 타이밍을 충족시키는데 상당한 어려움을 야기하는 문제점이 있었다. 따라서, 본 발명은 라운드오프 노이즈 및 입력신호의 범위를 제한하는 라운드/리미팅부를 거쳐 두 개 이상 순차적으로 연결된 덧셈기에 의한 크리티컬 패스를 가지는 필터에 있어서, 전단에서 바로 덧셈기로 통하도록 하는 제1파이프라인과; 라운드 플랙 세팅을 위한 라운드 플랙 세팅부와, 지연기를 거쳐 덧셈기로 통하도록 하는 제2파이프라인을 병렬로 구성하여 라운딩 플랙을 이용하여 올림의 경우를 피드백 패스와 병렬로 처리하도록 함으로써 라운드에 의한 지연을 효과적으로 제거할 수 있게 되므로 빠른 타이밍을 얻기 힘든 FPGA와 같은 실장 테스트시에도 상당히 빠른 테스트가 가능하게 되며 고속의 통신 시스템으로의 필터의 적용도 용이하게 되는 효과가 있다.The present invention relates to the structure of an infinite impulse response filter. In the prior art, since the IIR filter has an internal block in the form of a feedback, it is quite difficult to maintain timing by using a pipeline unlike the FIR filter. Therefore, there has been a problem that the mounting test using the FPGA causes a considerable difficulty in meeting the required timing. Accordingly, the present invention relates to a filter having a critical path by an adder connected to two or more sequentially through a round / limiting unit for limiting a range of input signal and round-off noise, so that the first pipeline directs the direct adder directly from the front end. and; The round flag setting unit for setting the round flag and the second pipe line which leads through the delayer to the adder are configured in parallel, and the rounding flag is used to process the rounding in parallel with the feedback path, thereby reducing the delay caused by the round. The ability to remove them effectively allows for fairly fast testing even in field test applications such as FPGAs, where fast timing cannot be achieved, and facilitates the application of filters to high-speed communication systems.

Description

무한 임펄스 응답 필터의 구조{STRUCTURE FOR INFINITE IMPULSE RESPONSE FILTER}Structure of Infinite Impulse Response Filter {STRUCTURE FOR INFINITE IMPULSE RESPONSE FILTER}

도1은 종래의 무한 임펄스 응답 필터의 구조를 보인 블록도.1 is a block diagram showing the structure of a conventional infinite impulse response filter.

도2는 본 발명에 의한 무한 임펄스 응답 필터의 구조를 보인 블록도.Figure 2 is a block diagram showing the structure of an infinite impulse response filter according to the present invention.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명****** Description of the symbols for the main parts of the drawings ***

10 : 라운드 플랙 세팅부 20 : 지연기10: round flag setting unit 20: retarder

본 발명은 무한 임펄스 응답 필터의 구조에 관한 것으로, 특히 필터의 라운드오프 노이즈를 최소화하면서 고속의 동작 특성을 가질 수 있는 무한 임펄스 응답 필터의 구조에 관한 것이다.The present invention relates to the structure of the infinite impulse response filter, and more particularly to the structure of the infinite impulse response filter that can have a high-speed operating characteristics while minimizing the round-off noise of the filter.

신호의 주파수 특성을 제한하는 필터는 통신 시스템에 있어서, 필수적인 요소가 되며 이들에 의해 시스템 전체의 성능이 좌우될 만큼 중요하다.Filters that limit the frequency characteristics of a signal are essential in a communication system and are important enough to determine the performance of the system as a whole.

또한, 상기와 같은 특성을 가지는 디지털 필터는 아날로그 필터와는 달리 양자화된 신호를 처리하며 이에 따라 라운딩(Rounding)이나 리미팅(Limiting) 기능이 필요하다. In addition, unlike an analog filter, a digital filter having the above characteristics processes a quantized signal and accordingly, a rounding or limiting function is required.

그러나, 상기와 같은 기능(라운딩, 리미팅)들은 디지털 필터의 구현시 요구되는 부가적인 기능이므로 오히려 필터의 연산 속도를 감소시키는 요인이 되어 전체 시스템의 속도가 떨어지게 되기 때문에 설계시에는 반드시 이에 대한 고려가 있어야 한다.However, the above functions (rounding, limiting) are additional functions required for the implementation of the digital filter. Therefore, the design speed must be considered in the design because it reduces the computational speed of the filter and reduces the speed of the entire system. Should be

한편, 주로 사용되는 디지털 필터의 구조에는 유한 임펄스 응답 필터(FIR : FINITE IMPULSE RESPONSE)구조와 무한 임펄스 응답 필터(IIR : INFINITE IMPULSE RESPONSE)구조가 있으며 각기 장,단점을 가지고 있다.On the other hand, there are finite impulse response filter (FIR) and infinite impulse response filter (IIR: INFINITE IMPULSE RESPONSE) structures.

이중 FIR 필터의 구조는 피드포워드(feedforward) 형태이기 때문에 위의 라운딩(rounding)이나 리미팅(limiting)기능을 삽입하여도 파이프라인 레지스터를 사용하여 속도를 유지하거나 증가시킬 수 있다.Since the structure of the dual FIR filter is feedforward, the pipeline register can be used to maintain or increase the speed even when the above rounding or limiting function is inserted.

도1은 유리함수(

Figure 111999007794366-pat00001
)에 대한 종래의 무한 임펄스 응답 필터의 구조를 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이 유리함수의 분자부분은 피드 포워드부(1)에서 처리하고, 분모부분은 피드백부에서 처리하도록 구성되어 있는데, 상기 피드백부에서 직렬로 연결된 2개의 덧셈기(S1,S2)와 바로 앞단에 라운드/리미팅부(3)가 연결되어 하나의 패스(Path)를 이루고 있는데, 바로 이 부분이 전체 IIR필터의 크리티컬 패스(Critical Path : 가장 지연이 큰 패스)가 되며 필터의 속도를 제한하게 된다.1 is a glass function (
Figure 111999007794366-pat00001
As a block diagram showing the structure of a conventional infinite impulse response filter for), the molecular part of the glass function is processed in the feed forward part 1 and the denominator is processed in the feedback part, as shown here. Two adders S1 and S2 connected in series in the feedback unit and the round / limiting unit 3 are connected to the front end to form one path, which is the critical path of the entire IIR filter. Critical Path: This is the path with the most delay and limits the speed of the filter.

따라서, 이미 설계되어 라이브러리화 되어 있는 덧셈기를 가지는 IIR필터가 그 타이밍을 빠르게 하기 위해서는 파이프라인 레지스터를 사용하는 것이 가장 쉬운 방법이지만, 필터의 신호 통과 특성을 유지하기 위해서는 덧셈기 사이에 파이프라인을 삽입할 수 없으며 만약, 앞단의 라운드/리미팅 부분을 개선하여 트렁케이션(Truncation) 기능으로 바꾼다면 이 부분은 덧셈기만 남게 되므로 타이밍은 개선할 수 있지만, 필터의 라운드오프(round off) 노이즈를 크게 하기 때문에 전체 성능은 나빠지게 된다.Therefore, while an IIR filter with an adder already designed and libraryed is the easiest way to speed up its timing, it is easiest to use pipeline registers, but to maintain the signal passing characteristics of the filter, it is necessary to insert a pipeline between adders. If you change the front round / limiting part to the truncation function, this part can only improve the timing because only the adder remains, but the overall round off noise of the filter increases. Performance is bad.

다시 말해, 2차 이상의 IIR필터는 내부 피드백 부분에 두 개 이상의 순차적으로 이어진 덧셈기를 가지게 되는데, 이와 같이 직렬로 연결되어 계산되는 덧셈기 사이에는 필터의 특성상 속도를 증가시키기 위한 파이프라인을 함부로 삽입할 수 없으며 이런 상황에서 덧셈 연산에 앞서 라운딩과 리미팅 기능의 연산이 덧붙여 수행되어질 경우 필터는 내부의 덧셈기, 먹스(MUX)등의 소자가 자체적으로 빠르지 않다면 필터 전체의 속도가 상당히 떨어지게 되며 특히, 고속의 타이밍을 얻기 힘든 FPGA 실장 테스트의 경우 10MHz 이상으로 필터를 동작시킬 수 없게 된다.In other words, the second or more IIR filter has two or more sequentially added adders to the internal feedback part. In this way, a pipeline for increasing the speed may be inserted between adders calculated in series. In this situation, if the rounding and limiting functions are performed in addition to the addition operation, the filter will slow down considerably if the internal adder, MUX, etc. are not themselves fast. For FPGA-mounted tests that are difficult to obtain, the filter will not be able to operate above 10 MHz.

이와 같이, 상기 종래의 기술에 있어서, IIR필터는 피드백(feedback) 형태의 내부 블록을 가지고 있으므로 FIR 필터와는 달리 파이프라인의 사용으로 타이밍을 유지하는 것이 상당히 어렵고 따라서, FPGA를 이용한 실장 테스트시에는 요구되는 타이밍을 충족시키는데 상당한 어려움을 야기하는 문제점이 있었다.As described above, in the conventional technology, since the IIR filter has an internal block in the form of a feedback, it is very difficult to maintain timing by using a pipeline unlike the FIR filter, and thus, when testing the implementation using the FPGA, There was a problem that caused considerable difficulty in meeting the required timing.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 올림과 내림을 검색하여 올림의 경우 라운드 플랙 세팅을 위한 라운드 플랙 세팅부와, 지연기를 거쳐 덧셈기로 통하는 파이프라인으로, 내림의 경우 전단에서 바로 덧셈기로 통하는 파이프라인을 적용함으로써 양자화 잡음을 작게하는데 필수적인 라운딩 기능을 사용하면서 가장 큰 지연요소인 리미팅부를 제거하여 필터의 속도도 증가시킬 수 있도록 하는 무한 임펄스 응답 필터의 구조를 제공함에 그 목적이 있다.Therefore, the present invention has been created to solve the above-mentioned conventional problems, the round flag setting unit for the round flag setting in the case of the round up and down in the case of the round up and the pipeline through the adder through the delay, the round down In this case, by applying the pipeline from the front end to the adder, it provides the structure of infinite impulse response filter that can increase the speed of the filter by eliminating the limiting part, which is the biggest delay element, while using the rounding function essential for reducing quantization noise. Has its purpose.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 라운드오프 노이즈 및 입력신호의 범위를 제한하는 라운드/리미팅부를 거쳐 두 개 이상 순차적으로 연결된 덧셈기에 의한 크리티컬 패스를 가지는 필터에 있어서, 전단에서 바로 덧셈기로 통하도록 하는 제1파이프라인과; 라운드 플랙 세팅을 위한 라운드 플랙 세팅부와, 지연기를 거쳐 덧셈기로 통하도록 하는 제2파이프라인을 병렬로 구성하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a filter having a critical path by an adder connected to two or more sequentially through a round / limiting unit for limiting a range of roundoff noise and an input signal. A first pipeline to allow; A round flag setting unit for setting a round flag, and a second pipe line through the retarder to communicate with the adder, characterized in that made in parallel.

이하, 종래와 같은 유리함수(H(z))를 예로 들어 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings an embodiment according to the present invention taking the conventional glass function (H (z)) as an example as follows.

일단, 라운드/리미팅부의 내부 구성은 라운드 플랙 세팅부(미도시)와 덧셈기(미도시)와 리미터(미도시)로 구성된 리미팅부가 연결된 것으로, 지연 요소 중 가장 큰 비중을 차지하는 것은 바로 이 리미팅부가 된다.First, the internal structure of the round / limiting part is connected with a round flag setting part (not shown), a limiting part consisting of an adder (not shown) and a limiter (not shown), and this limiting part is the most important part of the delay factor. .

따라서, 본 발명은 도2에 도시한 바와 같이 지연기(D2)에서 라운드 플랙 세팅부(10)와, 지연기(20)를 거쳐 덧셈기(S2)로 통하는 제2파이프라인과; 지연기(D2)에서 바로 덧셈기(S2)로 통하는 제1파이프라인을 병렬로 구성함으로써 달성되는 것으로, 리미팅부가 제거된 것을 알 수 있다.Therefore, as shown in FIG. 2, the present invention includes: a second pipe line passing from the retarder D2 to the round flag setting unit 10 and the adder S2 via the retarder 20; It can be seen that the limiting part is removed by constructing the first pipeline directly from the retarder D2 to the adder S2 in parallel.

이와 같이 리미팅부가 제거된 대신에 리미팅 회로에서 요구되는 덧셈기는 상기 IIR필터 내부의 덧셈기(S2)를 공유하여 이용하게 하는 것이다.In this way, instead of removing the limiting unit, the adder required for the limiting circuit is to share and use the adder S2 inside the IIR filter.

한편, 라운드오프 노이즈는 2의 보수(2' Complement) 신호 체계인 경우 올림과 내림의 기능을 모두 가지는 경우에 이들의 상쇄 작용으로 가장 적은 값을 나타낸다.On the other hand, the round-off noise shows the smallest value in the case of a 2 'complement signal system because of their offset action when both the up and down functions are performed.

따라서, 본 발명에 의한 구조에서 올림의 경우에는 상기 제1파이프라인과 병렬로 구성된 제2파이프라인에 의해 한 사이클 뒤에 적용하고, 내림의 경우에는 지연기(D2)에서 바로 덧셈기(S2)로 통하는 제1파이프라인을 적용하므로써 라운드오프 노이즈를 줄일 수 있다.Therefore, in the structure according to the present invention, in the case of raising, it is applied after one cycle by the second pipeline configured in parallel with the first pipeline, and in the case of lowering, it is directly passed from the delayer D2 to the adder S2. Round off noise can be reduced by applying the first pipeline.

이때, 한 사이클뒤에 적용된 올림에 의하여 생긴 에러는 최하위비트(LSB) 1비트의 값에 해당하는 상당히 작은 값이므로 필터의 특성이나 성능에는 거의 영향을 주지 않으며 또한, 라운드 플랙은 단순히 앤드게이트의 논리 회로에 의해 간단히 구현되므로 이것의 지연은 매우 작은 값으로 고속 동작에 영향을 미치지 않게 된다. At this time, the error caused by the rounding applied after one cycle is a very small value corresponding to the value of the least significant bit (LSB), so it has little effect on the characteristics or performance of the filter. Also, the round flag is simply an AND gate logic circuit. Since it is simply implemented, its delay is very small and does not affect high speed operation.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 무한 임펄스 응답 필터의 구조는 라운딩 플랙을 이용하여 올림의 경우를 피드백 패스와 병렬로 처리하도록 함으로써 라운드에 의한 지연을 효과적으로 제거할 수 있게 되므로 빠른 타이밍을 얻기 힘든 FPGA와 같은 실장 테스트시에도 상당히 빠른 테스트가 가능하게 되며 고속의 통신 시스템으로의 필터의 적용도 용이하게 되는 효과가 있다.As described above, the structure of the infinite impulse response filter of the present invention uses a rounding flag to process the rounding in parallel with the feedback path, thereby effectively eliminating the delay caused by the round, such as an FPGA, which is difficult to obtain fast timing. Even in the case of mounting test, the test can be performed considerably faster and the filter can be easily applied to a high speed communication system.

Claims (1)

라운드오프 노이즈 및 입력신호의 범위를 제한하는 라운드/리미팅부를 거쳐 두 개 이상 순차적으로 연결된 덧셈기에 의한 크리티컬 패스를 가지는 필터에 있어서, 전단에서 바로 덧셈기로 통하도록 하는 제1파이프라인과; 라운드 플랙 세팅을 위한 라운드 플랙 세팅부와, 지연기를 거쳐 덧셈기로 통하도록 하는 제2파이프라인을 병렬로 구성하여 이루어진 것을 특징으로 하는 무한 임펄스 응답 필터의 구조.CLAIMS 1. A filter having a critical path by an adder connected to two or more sequentially through a round / limiting unit for limiting a range of round-off noise and an input signal, the filter comprising: a first pipeline directing the adder directly from the front end to the adder; A structure of an infinite impulse response filter, comprising a parallel configuration of a round flag setting unit for setting a round flag, and a second pipeline connected to an adder through a delay unit.
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