可變抽取倍數(shù)的低消耗數(shù)字抽取濾波器組和數(shù)字抽取濾波方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可變抽取倍數(shù)的低消耗數(shù)字抽取濾波器組和數(shù)字抽取濾波方法，用于數(shù)據(jù)的濾波和抽取，該濾波器組包括：第一級為級聯(lián)梳狀積分濾波器，用于實現(xiàn)大倍數(shù)的抽取動作；第二級為至少一級的半帶濾波器，用于實現(xiàn)第二級抽取動作；第三級為補償濾波器，用于補償通帶衰減并進行濾波抽取動作，所述第一級為可變抽取倍數(shù)、非遞歸形式的級聯(lián)梳狀積分濾波器。該方法包括：確定抽取率與抽取濾波器組的系統(tǒng)結構；分解級聯(lián)梳狀積分濾波器的傳遞函數(shù)；選取達到要求的抽取率進行組合，并對級聯(lián)梳狀積分濾波器、半帶濾波器和補償濾波器進行多相分解。本發(fā)明的積極效果：可減少工作在高頻附近的寄存器數(shù)目，減少資源消耗，減少功耗。
【專利說明】可變抽取倍數(shù)的低消耗數(shù)字抽取濾波器組和數(shù)字抽取濾波方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可抽取倍數(shù)的低消耗、數(shù)字抽取濾波器組，還涉及一種數(shù)字抽取濾波方法。
技術背景
[0002]在模數(shù)轉換器(ADC)領域中，采用過采樣技術的Sigma-delta ADC由于其轉換精度高、易于實現(xiàn)等優(yōu)點得到了廣泛的應用。Sigma-delta ADC包括模擬和數(shù)字兩部分，模擬部分由sigma-delta調(diào)制器構成,數(shù)字部分由數(shù)字抽取濾波器構成。Sigma-delta調(diào)制器是基于過采樣、噪聲整形技術來實現(xiàn)信號的調(diào)制，它可以在保留信號的前提下，將噪聲搬運到遠離信號帶寬的高頻帶，從而在頻域上實現(xiàn)信號和噪聲的分離，此時Sigma-delta調(diào)制器輸出的信號在頻域上包括低頻信號和高頻段的噪聲，在時域上則是高速、低精度的數(shù)字信號。通過數(shù)字濾波器將高頻噪聲濾掉，并用抽取動作將信號頻率降到信號的Nyquist頻率，可將時域上的高速、低精度的數(shù)字信號變成低速、高精度的數(shù)字信號。從而完成模擬輸入到數(shù)字輸出的高精度轉換。另外，在一些特殊領域，如微加速度計、衛(wèi)星通訊、無線傳輸?shù)?，Sigma-delta調(diào)制技術和數(shù)字抽取濾波器也得到了廣泛的應用。
[0003]數(shù)字抽取濾波器的目的是抽取高頻信號帶內(nèi)的有益信號，并將頻率轉換成有益信號的Nyquist頻率輸出，這樣可減少輸出噪聲，提高輸出數(shù)據(jù)精度，并在一定程度上減小了數(shù)字信號接收端的消耗。而在現(xiàn)實應用中，為了適應不同信號帶寬和輸出精度的要求，需要將數(shù)字抽取濾波器設計成多種速率輸出的結構。
[0004]附圖1是一般可變抽取倍數(shù)的數(shù)字濾波器結構示意圖，其中CIC采取附圖3遞歸結構實現(xiàn)。數(shù)據(jù)以Fs的頻率進入數(shù)字抽取濾波器，此數(shù)據(jù)的特點是:在頻域上表現(xiàn)為低頻段為需要的信號，高頻段為需要濾除的噪聲；在時域上表現(xiàn)為Fs速率輸入的、低精度數(shù)字信號。數(shù)據(jù)首先進入CIC濾波器，從而濾除較高頻段的噪聲，并在降低噪聲混疊的前提下實現(xiàn)Rl倍數(shù)的抽取動作。數(shù)據(jù)經(jīng)過CIC后，數(shù)據(jù)頻率將為Fs/Rl。實際上，在對數(shù)據(jù)進行抽取時，會在CIC的每一個零點產(chǎn)生混疊效應，僅從頻譜而言，混疊效應最嚴重的位置出現(xiàn)在2*Fs/Rl處，而從實際濾波而言，混疊最嚴重的位置是在噪聲最多的那個零點，為減少頻譜混疊，應適當選取CIC的階數(shù)η和抽取率Rl以減小噪聲混疊作用。
[0005]如附圖1，假令數(shù)據(jù)以Fs頻率、Bin的位寬輸入，則積分器的位寬如下公式:`
其中，Ij為j級積分器的位寬，Rl為CIC的抽取率，由上公式可得Ij會隨著j的增加而變大，同時注意到附圖3中的積分器工作頻率為Fs，在電路實現(xiàn)中，每一個數(shù)據(jù)位寬都需要一個寄存器，若按照附圖3中的結構，則會有大量的寄存器工作Fs的頻率下，從而產(chǎn)生產(chǎn)生相當大的資源與能量消耗。
[0006]數(shù)字抽取濾波器組的結構附圖1所示，級聯(lián)梳狀積分濾波器(CIC)由于其系數(shù)恒為1，無需系數(shù)存儲器，且可以極小的資源消耗進行大倍數(shù)的抽取濾波動作，因而廣泛應用于抽取濾波的第一級；半帶濾波器(HBF)由于其一半的系數(shù)為O，且過渡帶關于中心頻率點對稱，因而應用于抽取濾波的第二級；補償濾波器(CFIR)用于可補償CIC通帶內(nèi)的衰減，且可調(diào)整通帶位置，因而應用于抽取濾波的最后一級。
[0007]CIC的傳遞函數(shù)如下:
【權利要求】
1.可變抽取倍數(shù)的低消耗數(shù)字抽取濾波器組，用于數(shù)據(jù)的濾波和抽取，包括第一級為級聯(lián)梳狀積分濾波器，用于實現(xiàn)大倍數(shù)的抽取動作；第二級為至少一級的半帶濾波器，用于實現(xiàn)第二級抽取動作；第三級為補償濾波器，用于補償通帶衰減并進行濾波抽取動作，其特征在于:第一級為可變抽取倍數(shù)、非遞歸形式的級聯(lián)梳狀積分濾波器。
2.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字抽取濾波器組，其特征在于:所述級聯(lián)梳狀積分濾波器的級聯(lián)數(shù)為四級。
3.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字抽取濾波器組，其特征在于:所述級聯(lián)梳狀積分濾波器非遞歸形式中的Z變換等式為:


4.根據(jù)權利要求3所述的數(shù)字抽取濾波器組，其特征在于:根據(jù)抽取率Rl的不同，將分解成若干個以2和3為抽取倍數(shù)的組合，Z變換等式為:
H(Z) = (l+Z-2)n……(1+z-2*(rm-l))n(1+z-3(r-m)+z-2*3(r-m))n……
5.根據(jù)權利要求3或4所述的數(shù)字抽取濾波器組，其特征在于:非遞歸形式的級聯(lián)梳狀積分濾波器依據(jù)Nobel等式變換，以2為抽取倍數(shù)的因式變成(l+Z—1)11，以3為抽取倍數(shù)的因式變成(i+zh+z—2)11。
6.根據(jù)權利要求5所述的數(shù)字抽取濾波器組，其特征在于:所述的因式(丨+”廣和(1+z_1+z_2)n實現(xiàn)的方式為多相分解。
7.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字抽取濾波器組，其特征在于:所述半帶濾波器的抽取倍數(shù)為2，所述半帶濾波器的歸一化過渡帶寬為0.5。
8.利用權利要求1所述數(shù)字抽取濾波方法，包括下列步驟:確定抽取率與抽取濾波器組的系統(tǒng)結構；分解級聯(lián)梳狀積分濾波器的傳遞函數(shù)；選取達到要求的抽取率進行組合，并對級聯(lián)梳狀積分濾波器進行多相分解，以減少級聯(lián)梳狀積分濾波器的資源消耗；對半帶濾波器進行多相分解，以減少資源消耗；對補償濾波器進行多相分解。
【文檔編號】H03H17/02GK103457574SQ201310188299
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年5月20日 優(yōu)先權日:2013年5月20日
【發(fā)明者】王龍生, 謝亮, 張文杰, 金湘亮 申請人:湘潭芯力特電子科技有限公司