專利名稱：采樣抽取濾波器及內(nèi)插濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在A/D中使用的采樣抽取濾波器或在D/A中使用的內(nèi)插濾波器，特別是，涉及所使用的FIR濾波器系數(shù)字長的縮短。
背景技術(shù)：
迄今，在A/D變換中利用采樣抽取濾波器(decimation Filter)，在D/A變換中利用內(nèi)插濾波器。特別是，在采樣抽取濾波器中，利用把1/2倍降采樣(Down sampling)FIR濾波器級聯(lián)連接起來的結(jié)構(gòu)，在內(nèi)插濾波器中，利用把2倍過采樣(Over sampling)FIR濾波器級聯(lián)連接起來的結(jié)構(gòu)。
圖1示出一般的FIR濾波器的結(jié)構(gòu)。這樣，輸入信號輸入到串聯(lián)連接起來的多個Z-1延時器1上。因此，依次對各個Z-1延時器1的輸出進行求積，分別得到延時了的信號。各個Z-1延時器1的輸出分別輸入到對應的系數(shù)乘法器2上，在分別乘以預先設(shè)定的系數(shù)a0、a1、……后，將其輸入到加法器3上。因此，在加法器3的輸出端得到對于多個延時數(shù)據(jù)按照規(guī)定的加權(quán)相加起來的數(shù)據(jù)。通過系數(shù)乘法器2的系數(shù)的設(shè)定，能夠在加法器3的輸出端得到各種濾波輸出。
圖2示出現(xiàn)有的內(nèi)插濾波器之一例。把2倍過采樣FIR濾波器4-1～4-3這3級級聯(lián)連接起來，從而把1fs(采樣頻率)的數(shù)字數(shù)據(jù)變換成8fs的數(shù)字數(shù)據(jù)。由于與使用8倍過采樣FIR濾波器把1fs的數(shù)字數(shù)據(jù)直接作成8fs的數(shù)字數(shù)據(jù)相比，其硬件能夠以較小規(guī)模來實現(xiàn)，故上述結(jié)構(gòu)得到了很好的應用。
圖3～圖5示出把2倍過采樣FIR濾波器4-1～4-2這2級級聯(lián)連接起來的4倍內(nèi)插濾波器特性之一例。圖3示出第1級FIR濾波器4-1的濾波特性，圖4示出第2級FIR濾波器4-2的濾波特性，圖5示出整個濾波器的濾波特性。
這里，第1級FIR濾波器4-1的系數(shù)字長為16比特，整個濾波器的截止區(qū)衰減量為-64.5dB。作為濾波器的總特性大體上由第1級FIR濾波器的衰減量來確定，如果要增大第1級FIR濾波器4-1的截止區(qū)衰減量則其電路規(guī)模也與之成正比地增大。再有，對于第2級FIR濾波器4-2，能夠增大截止區(qū)衰減量而不使其電路規(guī)模那樣地增大。
圖6示出現(xiàn)有的采樣抽取濾波器之一例。把1/2倍降采樣FIR濾波器5-1～5-3這3級級聯(lián)連接起來，從而把8fs的數(shù)字數(shù)據(jù)作成1fs的數(shù)字數(shù)據(jù)。把1/2倍降采樣FIR濾波器5-1～5-2這2級級聯(lián)連接起來而形成的1/4倍采樣抽取濾波器的濾波特性與圖3、4相同，圖3成為末級FIR濾波器5-3的濾波特性，圖4成為末前級FIR濾波器5-2的濾波特性，圖5成為整個濾波器的濾波特性。

發(fā)明內(nèi)容
(發(fā)明要解決的課題)在FIR型數(shù)字濾波器中，把輸出Yj對于輸入Xi、濾波器系數(shù)hi、抽頭個數(shù)n表示為Yj＝∑hi·xi(i＝i，n)，基本上需要乘法器。在不使用乘法器的情況下，使用并行移位加法器按時間分割進行乘法運算。在現(xiàn)有技術(shù)中，如果要增大截止區(qū)衰減量，則濾波器系數(shù)字長、抽頭個數(shù)也增大。特別是，如上所述，在內(nèi)插濾波器中，第1級的濾波器電路規(guī)模顯著增大，在采樣抽取濾波器中，末級的濾波器電路規(guī)模顯著增大。
當濾波器系數(shù)字長變長，乘法器的電路規(guī)模就增大。此外，在使用并行移位加法器的情況下，由于花在運算上的時間增加、在規(guī)定的時間內(nèi)運算結(jié)束不了，故需要具有多個并行移位加法器等對策，因此，電路規(guī)模增大。
本發(fā)明是針對上述課題而進行的，其目的在于以較少的硬件提供截止區(qū)衰減量大的數(shù)字濾波器。
(解決課題的手段)本發(fā)明是一種在A/D中使用的采樣抽取濾波器，其特征在于，把多個進行降采樣的FIR濾波器級聯(lián)連接起來，通過縮短末級FIR濾波器的系數(shù)字長在末級FIR濾波器的截止區(qū)中使衰減不充分的區(qū)域產(chǎn)生，同時，通過上述末級FIR濾波器系數(shù)字的設(shè)定使上述衰減不充分的區(qū)域集中到奈奎斯特頻率附近，利用前級的FIR濾波器使末級的奈奎斯特頻率附近衰減。
此外，在采樣抽取濾波器中，優(yōu)選的是，末級的FIR濾波器及前級的FIR濾波器是進行1/2倍降采樣的濾波器，在末級的FIR濾波器中，把對應于可聽頻率的約20KHz以下定為通過區(qū)，把在其以上的約20KHz～40KHz的范圍定為截止區(qū)，且系數(shù)字長為13比特。
此外，本發(fā)明是一種在D/A中使用的內(nèi)插濾波器，其特征在于，把多個進行過采樣的FIR濾波器級聯(lián)連接起來，通過縮短第1級FIR濾波器的系數(shù)字長在第1級FIR濾波器的截止區(qū)中使衰減不充分的區(qū)域產(chǎn)生，同時，通過上述第1級FIR濾波器系數(shù)字的設(shè)定使上述衰減不充分的區(qū)域集中到奈奎斯特頻率附近，利用次級的FIR濾波器使第1級的奈奎斯特頻率附近衰減。
此外，在內(nèi)插濾波器中，優(yōu)選的是，第1級的FIR濾波器及次級的FIR濾波器是進行2倍過采樣的濾波器，在第1級的FIR濾波器中，把對應于可聽頻帶的約20KHz以下定為通過區(qū)，把在其以上的約20KHz～40KHz的范圍定為截止區(qū)，且系數(shù)字長為13比特。
這樣，按照本發(fā)明，利用前級或次級的FIR濾波器使奈奎斯特頻率附近不充分的衰減量衰減，由此，作為整個數(shù)字濾波器來實現(xiàn)大的截止區(qū)衰減量。


圖1為示出FIR濾波器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖2為內(nèi)插濾波器的結(jié)構(gòu)框圖。
圖3為示出現(xiàn)有的第1FIR濾波器(系數(shù)長為16比特)的濾波特性的圖。
圖4為示出現(xiàn)有第2FIR濾波器的濾波特性的圖。
圖5為示出現(xiàn)有的第1(系數(shù)長為16比特)及第2FIR濾波器的總濾波特性的圖。
圖6為采樣抽取濾波器的結(jié)構(gòu)框圖。
圖7為示出現(xiàn)有的第1FIR濾波器(系數(shù)長為13比特)的濾波特性的圖。
圖8為示出現(xiàn)有的第1(系數(shù)長為13比特)及第2FIR濾波器的總濾波特性的圖。
圖9為示出實施方式的第1FIR濾波器(系數(shù)長為13比特)的濾波特性的圖。
圖10為示出實施方式的第1(系數(shù)長為13比特)及第2FIR濾波器的總濾波特性的圖。
符號說明1-Z-1延時器；2-系數(shù)乘法器；3-加法器；4-1～4-3-FIR濾波器；5-1～5-3-FIR濾波器。
具體實施例方式
下面，基于附圖，說明本發(fā)明的實施方式。
實施方式的內(nèi)插濾波器的硬件結(jié)構(gòu)基本上與圖2的現(xiàn)有例相同，它由3個串聯(lián)連接起來的過采樣FIR濾波器4-1～4-3構(gòu)成。而且，通過各個FIR濾波器4-1～4-3分別進行2倍的過采樣，以采樣頻率1fs輸入的信號的采樣頻率依次變成2倍，并以8fs輸出。此外，各個FIR濾波器4-1～4-3基本上與圖1所示的結(jié)構(gòu)相同。
這里，與通常的情況相比，減小了該第1FIR濾波器4-1中的系數(shù)乘法器2的系數(shù)位數(shù)(系數(shù)字長)。即，在現(xiàn)有的第1FIR濾波器4-1中，其系數(shù)字長為16比特，而在本實施方式中，將其定為13比特。
在現(xiàn)有的第1FIR濾波器4-1中，在把系數(shù)字長定為13比特的情況下，其特性變成圖7所示的那樣。
如果這樣簡單地縮短系數(shù)字長，則由于系數(shù)舍入誤差(量化誤差)的影響、與圖3相比，變成了凸凹的特性，由于系數(shù)舍入誤差的影響在截止區(qū)中不能得到充分的衰減量。與第2FIR濾波器4-2合并后的整個濾波器的特性為圖8所示那樣。整個濾波器的截止區(qū)衰減量變成-60.4dB，與圖5的情況相比，特性劣化了4.1dB。
這樣，濾波器的系數(shù)字長一縮短，由于量化誤差的影響、濾波特性就劣化。
因此，在本實施方式中，與通常相比縮短系數(shù)字長，例如將其定為13比特，但把第1FIR濾波器4-1的系數(shù)乘法器2的系數(shù)設(shè)定成為與通常的情況不同。例如，把第1FIR濾波器4-1、第2FIR濾波器4-2的系數(shù)設(shè)定成為表1所示那樣的值。再有，在本例中，第1FIR濾波器4-1定為79級，第2FIR濾波器4-2定為15級。再有，第2FIR濾波器4-2的系數(shù)與現(xiàn)有例相同。[表1]

圖9示出如表1那樣設(shè)定了系數(shù)的第1FIR濾波器4-1的特性。這樣，把濾波器截止特性劣化的區(qū)域集中到約40KHz～50KHz的奈奎斯特頻率附近。再有，本實施方式的A/D變換或D/A變換以用于音頻等的變換為基本。因而，第1FIR濾波器4-1的截止頻率約為20KHz(20ΩKHz)，第1FIR濾波器4-1的奈奎斯特頻率約為40KHz(40ΩKHz)。
這樣，按照本實施方式，在把第1FIR濾波器4-1的系數(shù)字長從16比特控制到13比特時，調(diào)整了系數(shù)、以使舍入誤差所引起的衰減量不足集中到奈奎斯特頻率附近。因而，如圖9所示，第1FIR濾波器4-1單體的截止區(qū)衰減量為-60dB，但是，如圖10所示，利用第2FIR濾波器4-2來改善奈奎斯特頻率附近的特性，整個濾波器的截止區(qū)衰減量實現(xiàn)了-63.6dB。由此，得到與系數(shù)字長16比特的數(shù)字濾波器同等水平的衰減量。
如上所述，按照本實施方式的內(nèi)插濾波器，把2倍過采樣FIR濾波器4-1、4-2級聯(lián)連接起來，并縮短第1FIR濾波器4-1的系數(shù)字長。由此，在第1FIR濾波器4-1的截止區(qū)中，衰減變得不充分了。但是，把第1FIR濾波器4-1衰減不充分的區(qū)域集中到奈奎斯特頻率附近。因而，能夠利用第2FIR濾波器4-2使奈奎斯特頻率附近衰減，能夠使作為整個濾波器的衰減量達到充分。
此外，本實施方式的采樣抽取濾波器的結(jié)構(gòu)與圖6相同。而且，與通常相比，把級聯(lián)連接起來的這3個1/2倍降采樣FIR濾波器5-1、5-2、5-3的末級FIR濾波器5-3的系數(shù)字長縮短到例如13比特。由此，在末級FIR濾波器5-3的截止區(qū)中，衰減變得不充分了。但是，通過利用系數(shù)的設(shè)定把衰減不充分的區(qū)域集中到奈奎斯特頻率附近，利用前級FIR濾波器5-2使奈奎斯特頻率附近衰減。由此，能夠使作為整個濾波器的衰減量達到充分。
這樣，按照本實施方式，能夠以比現(xiàn)有的16比特少的13比特的系數(shù)字長，得到大的截止區(qū)衰減量。因而，在使用乘法器的情況下能夠抑制硬件的增加，在使用并行移位加法器的情況下能夠抑制花在運算上的時間，還能夠抑制硬件的增加。
(發(fā)明效果)如上所述，按照本發(fā)明，把FIR濾波器級聯(lián)連接起來，并縮短末級(采樣抽取濾波器)或第1級(內(nèi)插濾波器)中的系數(shù)字長。由此，在第1級或末級的FIR濾波器的截止區(qū)中，衰減變得不充分了。但是，把該第1級或末級的FIR濾波器的衰減不充分的區(qū)域集中到奈奎斯特頻率附近。利用次級或前級的FIR濾波器能夠使第1級或末級的奈奎斯特頻率附近衰減，能夠使作為整個濾波器的衰減量達到充分。
權(quán)利要求
1.一種采樣抽取濾波器，它是在A/D中使用的采樣抽取濾波器，其特征在于把多個進行降采樣的FIR濾波器級聯(lián)連接起來，通過縮短末級FIR濾波器的系數(shù)字長在末級FIR濾波器的截止區(qū)中使衰減不充分的區(qū)域產(chǎn)生，同時，通過上述末級FIR濾波器系數(shù)字的設(shè)定，使上述衰減不充分的區(qū)域集中到奈奎斯特頻率附近，利用前級的FIR濾波器使末級的奈奎斯特頻率附近衰減。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的采樣抽取濾波器，其特征在于末級的FIR濾波器及前級的FIR濾波器是進行1/2倍降采樣的濾波器，在末級的FIR濾波器中，把對應于可聽頻帶的約20KHz以下定為通過區(qū)，把約20KHz～40KHz的范圍定為截止區(qū)，且系數(shù)字長為13比特。
3.一種內(nèi)插濾波器，它是在D/A中使用的內(nèi)插濾波器，其特征在于把多個進行過采樣的FIR濾波器級聯(lián)連接起來，通過縮短第1級FIR濾波器的系數(shù)字長在第1級FIR濾波器的截止區(qū)中使衰減不充分的區(qū)域產(chǎn)生，同時，通過上述第1級FIR濾波器系數(shù)字的設(shè)定，使上述衰減不充分的區(qū)域集中到奈奎斯特頻率附近，利用次級的FIR濾波器使第1級的奈奎斯特頻率附近衰減。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)插濾波器，其特征在于第1級的FIR濾波器及次級的FIR濾波器是進行2倍過采樣的濾波器，在第1級的FIR濾波器中，把對應于可聽頻帶的約20KHz以下定為通過區(qū)，把在其以上的約20KHz～40KHz的范圍定為截止區(qū)，且系數(shù)字長為13比特。
全文摘要
本發(fā)明以較少的硬件提供截止區(qū)衰減量大的采樣抽取濾波器或內(nèi)插濾波器。與通常相比，減小第1級的第1FIR濾波器(4－1)中的系數(shù)長。而且，調(diào)整該系數(shù)設(shè)定，使衰減量不充分的區(qū)域集中到奈奎斯特頻率附近。由此，利用第2FIR濾波器(4－2)，使由于第1FIR濾波器(4－1)而衰減量不充分的區(qū)域之衰減量成為充分的衰減量。
文檔編號H03H17/06GK1494211SQ0315887
公開日2004年5月5日 申請日期2003年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月25日
發(fā)明者武田幸人 申請人:三洋電機株式會社