JPH1188120A - フィルタ回路 - Google Patents
フィルタ回路Info
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- JPH1188120A JPH1188120A JP25131897A JP25131897A JPH1188120A JP H1188120 A JPH1188120 A JP H1188120A JP 25131897 A JP25131897 A JP 25131897A JP 25131897 A JP25131897 A JP 25131897A JP H1188120 A JPH1188120 A JP H1188120A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 フィルタ回路の小型、低消費電力化。
【構成】 IIRフィルタの直接型構成をアナログアー
キテクチャにより実現する。
キテクチャにより実現する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は直接形構成IIRフ
ィルタ回路に関する。
ィルタ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】コンピュータ科学におけるデジタル技術
は、微細加工技術の進歩にともなって著しい発展を遂げ
てきたが、その設備投資金額は加速度的に増加しつつあ
り、現在アナログ技術およびアナログ・デジタル混在技
術が注目されている。そこで出願人は、アナログ電圧を
入力信号とし、アナログ電圧をそのままフィルタ処理す
るフィルタ回路を提案しており(特開平06−1643
21号等)、回路規模、消費電力に関して良好な結果を
得ている。
は、微細加工技術の進歩にともなって著しい発展を遂げ
てきたが、その設備投資金額は加速度的に増加しつつあ
り、現在アナログ技術およびアナログ・デジタル混在技
術が注目されている。そこで出願人は、アナログ電圧を
入力信号とし、アナログ電圧をそのままフィルタ処理す
るフィルタ回路を提案しており(特開平06−1643
21号等)、回路規模、消費電力に関して良好な結果を
得ている。
【0003】図6はそのようなアナログ形のフィルタ回
路を示し、アナログ入力電圧の形態で入力される入力信
号X(n)を複数のアナログ形サンプルホールド回路S
Ha0〜SHaMによって時系列で保持し、これらサン
プルホールド回路で保持された信号に対して、アナログ
形の乗算回路Ma1〜MaMによって乗数a0〜aM
を乗ずる。これら乗算回路の出力は加算回路ADD7に
よって合計され、合計結果はさらに複数のサンプルホー
ルド回路SHb1〜SHbNによって時系列で保持され
る。これらサンプルホールド回路の出力は、乗算回路M
b1〜MbNによってそれぞれ乗数−b1〜−bNが掛
けられ、加算回路ADD7に入力される。すなわち加算
回路ADD7はすべての乗算回路の出力を総和し、さら
に加算回路の出力Y(n)に対して乗算回路Mb1〜M
bNによる乗算が行われる。このフィルタ回路はIIR
フィルタと呼ばれるものであり極めて多くの用途に適用
される。そして、このようなフィルタ回路のアナログ構
成についてもより一層の小規模化、省電力化の要望が高
い。
路を示し、アナログ入力電圧の形態で入力される入力信
号X(n)を複数のアナログ形サンプルホールド回路S
Ha0〜SHaMによって時系列で保持し、これらサン
プルホールド回路で保持された信号に対して、アナログ
形の乗算回路Ma1〜MaMによって乗数a0〜aM
を乗ずる。これら乗算回路の出力は加算回路ADD7に
よって合計され、合計結果はさらに複数のサンプルホー
ルド回路SHb1〜SHbNによって時系列で保持され
る。これらサンプルホールド回路の出力は、乗算回路M
b1〜MbNによってそれぞれ乗数−b1〜−bNが掛
けられ、加算回路ADD7に入力される。すなわち加算
回路ADD7はすべての乗算回路の出力を総和し、さら
に加算回路の出力Y(n)に対して乗算回路Mb1〜M
bNによる乗算が行われる。このフィルタ回路はIIR
フィルタと呼ばれるものであり極めて多くの用途に適用
される。そして、このようなフィルタ回路のアナログ構
成についてもより一層の小規模化、省電力化の要望が高
い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような背
景の下に創案されたもので、回路規模が従来より小さ
く、かつ消費電力が少ない直接形構成IIRフィルタ回
路を提供することを目的とする。
景の下に創案されたもので、回路規模が従来より小さ
く、かつ消費電力が少ない直接形構成IIRフィルタ回
路を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に係るフィルタ回
路はIIRフィルタの構成を直接形構成とし、サンプル
ホールド回路の個数を減少させて、回路構成を単純化し
たものである。
路はIIRフィルタの構成を直接形構成とし、サンプル
ホールド回路の個数を減少させて、回路構成を単純化し
たものである。
【0006】
【発明の実施の態様】次に本発明に係る直接形構成II
Rフィルタ回路の一実施例を図面に基づいて説明する。
Rフィルタ回路の一実施例を図面に基づいて説明する。
【0007】
【実施例】図1は本発明に係るフィルタ回路の一実施例
を示す回路図であり、複数の第1乗算回路Mb1〜Mb
Nおよび複数の第2乗算回路Ma0〜MaNに対して、
1組のサンプルホールド回路SH0〜SHNが設けられ
ている。乗算回路Mb1〜MbNの出力は加算回路AD
D1に入力され、乗算回路Ma0〜MaNの出力は加算
回路ADD2に入力されている。さらに加算回路ADD
1には一旦サンプルホールド回路SH0で保持された入
力信号Aiが入力され、ADD1はこの入力信号および
乗算回路Mb1〜MbNの出力の総和を算出する。(i
+1)番目のサンプルホールド回路SHiの出力は乗算
回路MaiおよびMbiに入力され、乗算回路Ma0に
は加算回路ADD1の出力が入力されている。
を示す回路図であり、複数の第1乗算回路Mb1〜Mb
Nおよび複数の第2乗算回路Ma0〜MaNに対して、
1組のサンプルホールド回路SH0〜SHNが設けられ
ている。乗算回路Mb1〜MbNの出力は加算回路AD
D1に入力され、乗算回路Ma0〜MaNの出力は加算
回路ADD2に入力されている。さらに加算回路ADD
1には一旦サンプルホールド回路SH0で保持された入
力信号Aiが入力され、ADD1はこの入力信号および
乗算回路Mb1〜MbNの出力の総和を算出する。(i
+1)番目のサンプルホールド回路SHiの出力は乗算
回路MaiおよびMbiに入力され、乗算回路Ma0に
は加算回路ADD1の出力が入力されている。
【0008】以上の構成は直接形構成IIRフィルタと
呼ばれており(参考文献:武部幹著「ディジタルテクノ
ロジーシリーズ ディジタルフィルタの設計」東海大
学出版会 1994年2月20日 第4刷発行)、1組の
サンプルホールド回路を2組の乗算回路の入力に使用で
き、サンプルホールド回路の個数を従来の約1/2に減
少し得る。ここに、以上のフィルタ回路の伝達関数は式
(1)〜(3)のとおりである。なおサンプルホールド
回路SH1〜SHNの全てに乗算回路Ma1〜MaN、
Mb1〜MbNを接続する必要はなく一方の乗算回路の
みが接続された構成としてもよい。そこで乗算回路Mb
1〜MbNの個数をM個とし、乗算回路Mb1〜MbM
が存在すると、フィルタ回路の伝達関数は式(1)〜
(3)に示すとおりとなる。
呼ばれており(参考文献:武部幹著「ディジタルテクノ
ロジーシリーズ ディジタルフィルタの設計」東海大
学出版会 1994年2月20日 第4刷発行)、1組の
サンプルホールド回路を2組の乗算回路の入力に使用で
き、サンプルホールド回路の個数を従来の約1/2に減
少し得る。ここに、以上のフィルタ回路の伝達関数は式
(1)〜(3)のとおりである。なおサンプルホールド
回路SH1〜SHNの全てに乗算回路Ma1〜MaN、
Mb1〜MbNを接続する必要はなく一方の乗算回路の
みが接続された構成としてもよい。そこで乗算回路Mb
1〜MbNの個数をM個とし、乗算回路Mb1〜MbM
が存在すると、フィルタ回路の伝達関数は式(1)〜
(3)に示すとおりとなる。
【数1】
【0009】図3において、前記サンプルホールド回路
SH1は、入力電圧Vi3に接続されたスイッチS31
においてサンプルホールドのタイミングを設定し、後段
のスイッチS32において保持された電圧の出力のタイ
ミングを設定する。スイッチ31には第1入力キャパシ
タンスC31が接続され、C31には図2に詳細を示す
インバータ回路INV31が接続され、さらにINV3
1の入出力は帰還キャパシタンスCo31によって接続
されている。C31とCo31は等しい容量に設定さ
れ、S31を閉成したときにはINV31は式(4)の
出力Vo3'を生じる。同式に示すとおり、同出力はV
i3の反転に等しい。これらVo3'およびVi3はV
dd/2を基準とした電圧である。
SH1は、入力電圧Vi3に接続されたスイッチS31
においてサンプルホールドのタイミングを設定し、後段
のスイッチS32において保持された電圧の出力のタイ
ミングを設定する。スイッチ31には第1入力キャパシ
タンスC31が接続され、C31には図2に詳細を示す
インバータ回路INV31が接続され、さらにINV3
1の入出力は帰還キャパシタンスCo31によって接続
されている。C31とCo31は等しい容量に設定さ
れ、S31を閉成したときにはINV31は式(4)の
出力Vo3'を生じる。同式に示すとおり、同出力はV
i3の反転に等しい。これらVo3'およびVi3はV
dd/2を基準とした電圧である。
【数2】 INV31の出力はスイッチS32を介して第2入力キ
ャパシタンスC32に入力され、C32の出力はINV
31と同様のインバータ回路INV32に接続され、I
NV32は帰還キャパシタンスCo32によってその入
出力が接続されている。C32=Co32とすると、S
32の閉成状態では、INV32の出力すなわちサンプ
ルホールド回路SH0出力は式(5)のとおりである。
ャパシタンスC32に入力され、C32の出力はINV
31と同様のインバータ回路INV32に接続され、I
NV32は帰還キャパシタンスCo32によってその入
出力が接続されている。C32=Co32とすると、S
32の閉成状態では、INV32の出力すなわちサンプ
ルホールド回路SH0出力は式(5)のとおりである。
【数3】
【0009】サンプルホールド回路SH1は、S31が
充分な時間閉成されて、Vi3に対応した電荷がC3
1、Co31に保持された時点でS31を開放し、その
後S32を閉成してVo3'に対応した電荷をC32、
Co32により保持する。このように電荷を転送するこ
とにより、Vi3の変化がVo3に影響を与えることが
防止され、かつVi3を良好な精度で保持、出力し得
る。なお他のサンプルホールド回路はSH1と同様に構
成されているので説明を省略する。
充分な時間閉成されて、Vi3に対応した電荷がC3
1、Co31に保持された時点でS31を開放し、その
後S32を閉成してVo3'に対応した電荷をC32、
Co32により保持する。このように電荷を転送するこ
とにより、Vi3の変化がVo3に影響を与えることが
防止され、かつVi3を良好な精度で保持、出力し得
る。なお他のサンプルホールド回路はSH1と同様に構
成されているので説明を省略する。
【0010】図2はインバータ回路INV31、INV
32(INVの参照符号で示す。)の構成を示す。イン
バータ回路INVは、3段のCMOSインバータI2
1、I22、I23を直列接続し、I22の入出力には
レジスタンスRP、キャパシタンスCPの直列回路より
なる位相補償回路が接続されている。インバータ回路は
各CMOSインバータのゲインの積による高いゲイン
と、前記帰還キャパシタンスの効果により良好な線形特
性において入力の反転を出力する。また位相補償回路は
高ゲインのフィードバック系における発振を防止する。
32(INVの参照符号で示す。)の構成を示す。イン
バータ回路INVは、3段のCMOSインバータI2
1、I22、I23を直列接続し、I22の入出力には
レジスタンスRP、キャパシタンスCPの直列回路より
なる位相補償回路が接続されている。インバータ回路は
各CMOSインバータのゲインの積による高いゲイン
と、前記帰還キャパシタンスの効果により良好な線形特
性において入力の反転を出力する。また位相補償回路は
高ゲインのフィードバック系における発振を防止する。
【0011】図4において、乗算部Ma0は入力電圧V
i4(加算回路ADD1の出力に対応)が接続可能な複
数のスイッチS41〜S48を有し、S41〜S48の
出力は乗算用第1入力キャパシタンスC41〜C48に
それぞれ接続されている。スイッチS41〜S48の入
力側はVi4または基準電圧Vrefに接続し得るよう
になっており、C41〜C48には入力電圧または基準
電圧が印加される。C41〜C48は2のべき乗に対応
した容量を有し、各スイッチS41〜S48は前記乗数
a0に対応した制御信号でコントロールされる。C41
〜C48の出力は統合されつつインバータ回路INV4
に接続され、INV4の出力は乗算用第1帰還キャパシ
タンスCo4を介してその入力に接続されている。ここ
で乗数a0に対応した2進数の各ビットをbm0〜bm
7(bm7をMSBとする。)とし、C41〜C48の
容量が
i4(加算回路ADD1の出力に対応)が接続可能な複
数のスイッチS41〜S48を有し、S41〜S48の
出力は乗算用第1入力キャパシタンスC41〜C48に
それぞれ接続されている。スイッチS41〜S48の入
力側はVi4または基準電圧Vrefに接続し得るよう
になっており、C41〜C48には入力電圧または基準
電圧が印加される。C41〜C48は2のべき乗に対応
した容量を有し、各スイッチS41〜S48は前記乗数
a0に対応した制御信号でコントロールされる。C41
〜C48の出力は統合されつつインバータ回路INV4
に接続され、INV4の出力は乗算用第1帰還キャパシ
タンスCo4を介してその入力に接続されている。ここ
で乗数a0に対応した2進数の各ビットをbm0〜bm
7(bm7をMSBとする。)とし、C41〜C48の
容量が
【外1】 に対応し、Co4が
【外2】 に対応するとすると、乗算回路Ma0出力Vo4は、式
(6)のとおりとなる。
(6)のとおりとなる。
【数4】
【0011】図5において、前記加算回路ADD1は乗
算回路Mb1〜MbNに対応した乗算用第1入力キャパ
シタンスC5b1〜C5bNを有し、これら入力キャパ
シタンスには、前記乗算回路Mb1〜MbNの出力が入
力されている。各入力キャパシタンスには乗数の符号ビ
ットによって切り替えられるスイッチ(図示省略)が接
続されている。
算回路Mb1〜MbNに対応した乗算用第1入力キャパ
シタンスC5b1〜C5bNを有し、これら入力キャパ
シタンスには、前記乗算回路Mb1〜MbNの出力が入
力されている。各入力キャパシタンスには乗数の符号ビ
ットによって切り替えられるスイッチ(図示省略)が接
続されている。
【0012】キャパシタンスC5b1〜C5bNは出力
が統合されつつ前記と同様のインバータ回路INV51
に接続され、INV51の出力は帰還キャパシタンスC
o51によってその入力に接続されている。ここにC5
b1=C5b2=...=C5bN=CC/(N/2−
1)=Co51、Co52=2CCであり、加算回路A
DD1の出力Vo5は式(7)のとおりとなる。
が統合されつつ前記と同様のインバータ回路INV51
に接続され、INV51の出力は帰還キャパシタンスC
o51によってその入力に接続されている。ここにC5
b1=C5b2=...=C5bN=CC/(N/2−
1)=Co51、Co52=2CCであり、加算回路A
DD1の出力Vo5は式(7)のとおりとなる。
【数5】 ここでC5b1等の入力キャパシタンスを単純にCで表
現すると、式(7)は式(8)のように単純化される。
現すると、式(7)は式(8)のように単純化される。
【数6】
【0013】なお前記基準電圧VrefはCMOSイン
バータの電源電圧をVddとするときVdd/2に設定
され、この基準電圧を中心として正負両方向に最大のダ
イナミックレンジが確保される。
バータの電源電圧をVddとするときVdd/2に設定
され、この基準電圧を中心として正負両方向に最大のダ
イナミックレンジが確保される。
【0014】以上のとおり、サンプルホールド回路、乗
算回路、加算回路、スケーラ回路の全てを電圧駆動タイ
プのアナログ回路で構成したので、全体の回路構成は単
純かつ小型であり、消費電力はわずかである。そして、
サンプルホールド回路数を削減したことにより、一層の
小型化、省電力化が図られている。
算回路、加算回路、スケーラ回路の全てを電圧駆動タイ
プのアナログ回路で構成したので、全体の回路構成は単
純かつ小型であり、消費電力はわずかである。そして、
サンプルホールド回路数を削減したことにより、一層の
小型化、省電力化が図られている。
【0015】
【発明の効果】前述のとおり、本発明に係るフィルタ回
路はIIRフィルタの構成を直接形構成とし、サンプル
ホールド回路の個数を減少させて、回路構成を単純化し
たので、回路規模が従来より小さく、かつ消費電力が少
ないという優れた効果を有する。
路はIIRフィルタの構成を直接形構成とし、サンプル
ホールド回路の個数を減少させて、回路構成を単純化し
たので、回路規模が従来より小さく、かつ消費電力が少
ないという優れた効果を有する。
【図1】本発明に係るフィルタ回路の1実施例を示す回
路ずである。
路ずである。
【図2】同実施例におけるインバータ回路を示す回路図
である。
である。
【図3】同実施例におけるサンプルホールド回路を示す
回路図である。
回路図である。
【図4】同実施例における乗算回路を示す回路図であ
る。
る。
【図5】同実施例の加算回路を示す回路図である。
【図6】従来のIIRフィルタ回路を示す回路図であ
る。
る。
SH0〜SHN...サンプルホールド回路 M0〜MN/2-1...乗算回路 Σ...加算回路 SC...スケーラ回路 INV、INV31、INV32、INV5、INV
6、INV71、INV72、INV81〜INV8
4、INV9...インバータ回路 RP...レジスタンス CC、CP...キャパシタンス C31、C32、C61〜C68、C7p1〜C7pN/
2-1、C7m1〜C7 mN/2-1、C8p1〜C8pn、C8m1〜C8m
n...入力キャパシタンス Co31、Co32、Co5、Co6、Co71、Co
72、C81〜C84、C911〜C91n、C921
〜C92n...帰還キャパシタンス ADD...加算部 MUL...乗算部 S31、S32、S61〜S68、S911〜S91
n、S921〜S92n...スイッチ。 1 整理番号=YZ1997032A
6、INV71、INV72、INV81〜INV8
4、INV9...インバータ回路 RP...レジスタンス CC、CP...キャパシタンス C31、C32、C61〜C68、C7p1〜C7pN/
2-1、C7m1〜C7 mN/2-1、C8p1〜C8pn、C8m1〜C8m
n...入力キャパシタンス Co31、Co32、Co5、Co6、Co71、Co
72、C81〜C84、C911〜C91n、C921
〜C92n...帰還キャパシタンス ADD...加算部 MUL...乗算部 S31、S32、S61〜S68、S911〜S91
n、S921〜S92n...スイッチ。 1 整理番号=YZ1997032A
Claims (1)
- 【請求項1】 複数の信号を時系列で保持する複数の第1
サンプルホールド回路と;これら第1サンプルホールド
回路で保持された入力信号の全部または一部に所定の第
1の乗数を乗ずる複数の第1乗算回路と;入力信号を保
持する第2サンプルホールド回路と;この第2サンプル
ホールド回路の出力および前記第1乗算回路の出力の総
和を算出する第1加算回路と;この第1加算回路の出力
および前記サンプルホールド回路で保持された信号の全
部または一部に所定の第2の乗数を乗ずる複数の第2乗
算回路と;この第2乗算回路の出力の総和を算出する第
2加算回路と;を備え、第1サンプルホールド回路の個
数は、第1サンプルホールド回路に接続された第1乗算回
路、第2乗算回路の内のより多い個数と等しく設定され
た直接形構成IIRフィルタ回路において、前記第1、
第2乗算回路のそれぞれは、2進数の各ビットの重みに
対応した容量の複数の乗算用入力キャパシタンスと;こ
れら乗数用入力キャパシタンスの出力が統合されつつ接
続された、奇数段直列のCMOSインバータよりなる乗
算用インバータ回路と;この乗算用インバータ回路の出
力をその入力に接続する乗算用帰還キャパシタンスと;
前記乗算用入力キャパシタンスの入力を前記加算部出力
または基準電圧に接続する複数のスイッチと;を備え;
前記第1加算回路は、第1乗算回路の出力が入力された
等容量の加算用第1入力キャパシタンスと;これら加算
用第1入力キャパシタンスの出力が統合されつつ接続さ
れた、奇数段直列のCMOSインバータよりなる加算用
第1インバータ回路と;このインバータ回路の出力をそ
の入力に接続する加算用第1帰還キャパシタンスと;を
備え;前記第2加算回路は、第2乗算回路の出力が入力
された等容量の加算用第2入力キャパシタンスと;これ
ら加算用第2入力キャパシタンスの出力が統合されつつ
接続された、奇数段直列のCMOSインバータよりなる
加算用第2インバータ回路と;この加算用第2インバー
タ回路の出力をその入力に接続する加算用第2帰還キャ
パシタンスと;を備えていることを特徴とするフィルタ
回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25131897A JPH1188120A (ja) | 1997-09-01 | 1997-09-01 | フィルタ回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25131897A JPH1188120A (ja) | 1997-09-01 | 1997-09-01 | フィルタ回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1188120A true JPH1188120A (ja) | 1999-03-30 |
Family
ID=17221037
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25131897A Pending JPH1188120A (ja) | 1997-09-01 | 1997-09-01 | フィルタ回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1188120A (ja) |
-
1997
- 1997-09-01 JP JP25131897A patent/JPH1188120A/ja active Pending
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040203 |