WO2001003295A1

WO2001003295A1 - Fir-dezimierungsfilter

Info

Publication number: WO2001003295A1
Application number: PCT/DE2000/002088
Authority: WO
Inventors: Christoph Braun
Original assignee: Christoph Braun
Priority date: 1999-07-02
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2001-01-11
Also published as: DE19930702A1; DE10081893D2; AU6555200A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein neuartiges FIR-Filter für einen AD-Wandler nach dem Verfahren aus der Patentschrift DE 43 33 908. Dieses Verfahren beruht auf einer nichtäquidistanten Signalabstastung und erfordert daher ein spezielles, digitales FIR-Dezimierungsfilter. Das erfindungsgemässe FIR-Filter ist durch eine lineare Interpolation der Filterkoeffizienten gekennzeichnet. Dadurch reduziert sich erheblich der Speicheraufwand für die Koeffizienten. Charakteristisch für die neue Filterstruktur sind die beiden Datenspeicher (RAM) für Amplituden- und Zeitwerte. Die Erfindung ermöglicht ein sequentielles Dezimierungsfilter mit relativ geringem Schaltugnsaufwand.

Description

FIR-Dezimierungsfilter

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein neuartiges FIR-Filter für einen AD-Wandler nach dem Verfahren aus der

Patentschrift DE 43 33 908.

AD-Wandler entsprechend der Patentschrift DE 43 33 908 benötigen ein spezielles FIR-Filter, das im

Normalfall einen großen schaltungstechnischen Aufwand bedeutet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, durch eine vorteilhafte Gestaltung des FIR-Filters den schaltungstechnischen Aufwand deutlich zu reduzieren.

Ein AD-Wandler nach dem Verfahren aus DE 43 33 908 geht aus einer linearen Pulsmodulation hervor. Diese Pulsmodulation basiert auf dem Vergleich eines sinusförmigen Trägersignals (S(t)) mit dem analogen Eingangssignal (Sm(t)) (Fig. 1). Bei Übereinstimmung beider Signale wird jeweils ein gleichförmiger Impuls (Dirac-Impuls) erzeugt. Das Frequenzspektrum dieser Pulsfolge P(t) (Fig. 1) ist in Fig. 2 dargestellt. Diese spezielle Art der Pulsmodulation setzt das ursprüngliche Tiefpaßsignal (Eingangssignal) in ein Bandpaßsignal mit der Trägersignalfrequenz (S(t)) als Mittenfrequenz um. Zur AD-Wandlung wird die zeitliche Lage der Impulse der Folge P(t) mit zwei Hochfrequenzzählern quantisiert (siehe Patentschrift DE 43 33 908). Bei einem normalen, digitalen FIR-Filter ergibt sich die Größe des benötigten Koeffizientenspeichers aus der Impulsantwortlänge und der Abtastrate. In Fig. 3 ist der Zusammenhang zwischen Anzahl der benötigten Filterkoeffizienten, der Impulsantwortlänge dargestellt. Die Pulsfolge Pd(t) ergibt sich aus der zeitlichen Quantisierung der Pulsfolge P(t). Fig. 3 zeigt die Impulsantwort eines Tiefpaßfilters. Aus Fig. 3 erkennt man, daß die Koeffizientenanzahl gleich der Anzahl der Quantisierungszeitintervalle n sein muß. Bei einer entsprechend hohen zeitlichen Auflösung werden daher sehr viele Koeffizienten benötigt.

Ein sequentielles FIR-Filter (Fig. 4) besteht im Wesentlichen aus einem RAM entsprechend der Impulsantwortlänge, dem Koeffizientenspeicher und einem Multiplizierer mit Akkumulator. Die Steuerlogik SL (Fig. 4) speichert die Abtastwerte entsprechend der zeitlichen Reihenfolge in das RAM und wählt die Filterkoeffizienten aus. Der Multiplizierer bildet das Produkte aus den Abtastwerten und den Filterkoeffizienten, die dann im Akkumulator aufsummiert werden.

Die Erfindung bezieht sich auf ein sequentielles FIR-Filter für das AD-Wandlerverfahren (DE 43 33 908). Dieses FIR-Filter muß zum Einen das Bandpaßsignal wieder ins Basisband verschieben und zum Anderen alle nichtlinearen Oberspektren unterdrücken, so daß die Ausgangsdatenrate auf die Nyquistrate des analogen Eingangssignals reduziert werden kann.

Dazu ist eine neuartige Struktur eines FIR-Filters notwendig, die zudem mit deutlich reduzierter Koeftizientenspeichergröße auskommt. Diese Probleme werden durch die erfindugsgemäße FIR- Filterstruktur gelöst.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist die lineare Koeffizienteninterpolation. Dies bedeutet, daß nur ein Bruchteil der benötigten Koeffizienten gespeichert werden müssen. Die Überwiegende Anzahl der Koeffizienten werden linear interpoliert. Simulationen haben gezeigt, daß bei einer Anzahl von N benötigten Koeffizienten nur eine Anzahl von N gespeicherten Koeffizienten erforderlich ist. Folglich befindet sich nur jeder N -nte Koeffizient in einem Festwertspeicher (ROM). Alle dazwischenliegenden Koeffizienten werden mit Hilfe zwei benachbarter Werte linear interpoliert (Geradengleichng). Die lineare Interpolation gewährleistet eine ausreichende Genauigkeit und läßt sich in digitaler Schaltungstechnik mit relativ geringem Aufwand realisieren. Anschaulich ergibt sich dies aus der Tatsache, daß ein sinusförmiges Signal besonders gut durch lineare Interpolation zwischen äquidistanten Stützstellen angenähert werden kann.

Geht man von einer Tiefpaß-Filterung der Zählergebnisse des AD-Wandlers aus, so ist die erfindugsgemäße FIR-Filterstruktur durch zwei Datenspeicher gekennzeichnet. Zunächst werden die Diracimpulse, die den Zählergebnissen entsprechen, mit einem digitalen Sinussignal multipliziert. Dadurch wird das Bandpaßsignal wieder in Tiefpaßlage gebracht. Bei einer sehr hohen Auflösung des AD-Wandlers erfordert diese Multiplikation eine sehr große Anzahl an Sinussignalkoeffizienten. Durch die lineare Interpolation reduziert sich erheblich der Speicheraufwand für die Sinussignalkoeffizienten (N — » V N ) Da der AD-Wandler auf einer mchtaquidistanten Abtastubg beruht, müssen nicht nur die Ergebnisse der Sinusmultiplikation sondern auch die Zeitwerte (Zahlergebnisse ) für die Dauer der Impulsantwort des FIR-Filters in einem Arbeitsspeicher (RAM) abgelegt werden In einem Speicher befinden sich dann die Amplitudenwerte (Amp -RAM) und in 5 einem weiteren die Zeitwerte (Zeit-RAM) Die sich aus einer aquidistanten Abtastung der Tiefpaßimpulsantwort ergebenen Filterkoeffizienten werden in einem Festwertspeicher (ROM) abgelegt Zur Reduzierung des Speicheraufwandes werden die Koeffizienten, die zeitlich zwischen den gespeicherten Werten liegen, erfindungsgemaß durch eine lineare Interpolation ermittelt Diese

Maßnahme fuhrt zu einer deutlichen Reduzierung des Speicheraufwandes ( N — > N ) 10 Die Zeitwerte im Zeit-RAM wählen die Entsprechenden Filterkoeffizienten aus, die dann mit den Amplitudenwerten im Amp -RAM entsprechend multipliziert werden Wie bei einem gewöhnlichen FIR- Filter werden dann diese Produkte im Akkumulator aufsummiert und bilden dann das Ausgangssignal des FIR-Filters bzw des AD-Wandlers

15 Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in Fig 5 dargestellt Sie zeigt die Realisierung des FIR- Filters Das Filter besteht im Wesentlichen aus dem Koeffizientenspeicher für das Sinussignal (Sinus- ROM), dem Speicher für die Filterkoeffizienten (Filter-ROM), den linearen Interpolatoren 1 und 2 , der Steuerlogik 1 3 und den Arbeitsspeichern für die Amplitudenwerte (Amp -RAM) und den Zeitwerten (Zeit-RAM) Ein dem Multiplizierer folgender Akkumulator liefert das Ausgangssignal des FIR-Filters

20 bzw des AD-Wandlers

Die Ergebnisse der Hochfrequenzzahler (Patentschrift DE 43 33 908) stellen das Eingangssignal des FIR-Filters (Fig 5) dar Den Zahlergebnissen, die die Diracstoßfolge repräsentieren, werden zuerst die entsprechenden Sinussignalkoeffizienten zugeordnet Anschließend werden dann diese ausgewählten Sinussignalkoeffizienten im Amp -RAM gespeichert Die Auswahl und Speicherung übernimmt die

25 Steuerlogik SL1 Der lineare Inteφolator 1 (Lin -Interpolator 1) berechnet die fehlenden Koeffizienten zwischen zwei im Sinus-ROM gespeicherten Koeffizienten (Geradengleichung) Der lineare Interpolator kann dabei z B mit einfachen Addierern und Bit-Schiebeoperationen realisiert werden Gleichzeitig werden die Zahlergebnisse im Zeit-RAM gespeichert Die Anzahl der gespeicherten Werte im Amplituden RAM (Amp -RAM) als auch im Zeit-RAM hangfei dabei von der Lange der

30 Impulsantwort des FIR-Filters ab Die Steueriogik SL2 ist sorgt für αie korrekte Reihenfolge der Datenspeicherung über die Steuerlogik SL3 werden dann den Zeitwerten die entsprechenden Filterkoeffizienten zugeordnet und an den Multiplizierer weiter geleitet Der lineare Interpolator 2 bestimmt dabei die Werte zwischen zwei benachbarten Koeffizienten aus dem Filter-ROM (Geradengleichung) Der

35 Multiplizierer bildet das Produkt zwischen den Filterkoeffizienten und den zugeordneten Amplitudenwerten im Amp -RAM Der Akkumulator überlagert die Ergebnisse der Multiplikationen und bildet so das Ausgangssignal

In diesem Beispiel wird von einer Tiefpaßfilterfunktion ausgegangen, weil durch die Zuordnung von Zahlergebnissen und Sinussignalkoeffizienten das Bandpaßsignal wieder in den Tiefpaßbereich

40 verschoben wird Soll das Bandpaßsignal direkt gefiltert werden, so entfallt der gestrichelt eingerahmte Teil in Fig 5 Allerdings haben Simulationen gezeigt, das dann gegenüber einer Tiefpaßfilterung die Impulsantwort des Bandpaßfilters wesentlich langer sei muß (höhere Sperrdampfung)

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50 Hierzu 2 Seιte(n) Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Sequentielles, digitales FIR-Dezimierungsfilter für nichtaquidistante Signalabtastungen, dadurch gekennzeichnet, daß dem Koeffizientenspeicher ein linearer Interpolator folgt, der die Koeffizienten zwischen zwei gespeicherten Werten durch lineare Interpolation (Geradengleichung) ermittelt.

2. FIR-Dezimierungsfilter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangswerte in einem Zeitspeicher-RAM und nach entsprechender Multiplikation mit dem Sinussignal in einem Amplitudenspeicher-RAM gespeichert werden.