JPS6129167B2 - - Google Patents
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- JPS6129167B2 JPS6129167B2 JP8651577A JP8651577A JPS6129167B2 JP S6129167 B2 JPS6129167 B2 JP S6129167B2 JP 8651577 A JP8651577 A JP 8651577A JP 8651577 A JP8651577 A JP 8651577A JP S6129167 B2 JPS6129167 B2 JP S6129167B2
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H17/00—Networks using digital techniques
- H03H17/02—Frequency selective networks
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Description
本発明は二次デイジタルフイルターの構成回路
特に乗算回路をより構造の簡単な加減算器で実現
する回路に関するものである。
二次デイジタルフイルターは入力を{xi}、出
力を{yi}、内部変数を{wi}とすると次の状態
方程式によつて与えられる。
The present invention relates to a circuit constituting a secondary digital filter, and particularly to a circuit in which a multiplication circuit is realized by an adder/subtracter having a simpler structure. The second-order digital filter is given by the following state equation, where the input is {x i }, the output is {y i }, and the internal variable is {w i }.
【表】
こゝにα1,α2は二次デイジタルフイルター
の極の位置を示す定数であり、またβ1,β2は
零点を示す定数であり、フイルターの周波数特性
を決定するものである。周波数特性はナイキスト
標本時間をTとすれば、
H(ej〓T)=1+β1e −j〓T+β2e −j〓T
/1+α1e −j〓T+α2e −j2〓T(2)
となる。つまり、二次デイジタルフイルターを構
成するには内部変数wiを計算するためにα
1wi-1,α2wi-2なる2回の乗算が必要であり、ま
た出力yiを計算するためにもβ1wi,β2wi-2なる
2回の乗算が必要である。結局、二次デイジタル
フイルターを構成するには4回の乗算が必要とな
る。
従来、このようなデイジタルフイルターを構成
するにあたり、乗算回路を並列乗算器で構成する
とあまりにも回路規模が大きくなり過ぎるため、
乗算回路としていわゆる「加算とシフトによる乗
算アルゴリズム」を用いた累算器を利用するのが
普通で高周波数領域まで使用する場合や、高多重
度を必要とする場合は二次フイルターに必要とす
る4乗算に対応して4つの累算器を利用する方法
が用いられていた。こゝで言う累算器とは、一般
に言われているように一時刻前の累算結果を直接
もしくは右シフト(2-1乗ずる)したものを加算
入力とし、被加算入力には被乗数に対応する数値
またはゼロを入力する加算器により構成されたも
のである。
このような構造を持つ二次デイジタルフイルタ
ーの最小標本化周期(ナイキスト周期)Tは、累
算器の最高動作周期をT′、係数ビツト長(前記
α1,α2,β1,β2の各々のビツト長)をn
とすれば、乗算にnT′必要であり他に前記式(1)に
表われた加減算が必要であるところから
T≧nT′ (3)
となる。等号が成立するのは累算器の他に式(1)を
計算するための加算用の回路を持つた場合であ
る。
係数のビツトパターンが特殊な場合はさらに最
小標本化周期を短縮する可能性もあるが、デイジ
タルフイルターの回路設計段階ではそのような効
果を期待することはできないので式(3)がこのよう
な方式の限界と考えてもよい。つまり、従来の方
式に従うと累算器を4個必要とし、標本化周期も
式(3)が限界であつた。
本発明の目的は累算器の機能に減算を付加する
だけで標本化周期の限界をほとんど変更すること
なく必要累算器数を2個に半減させることにあ
る。
本発明に使用する累算器は、3つのレジスター
の内容またはゼロのいずれか1つを加減算入力す
る手段と、累算結果を直接または右シフト(2-1
乗ずる)したもののいずれかを被加減算入力とす
る手段とを有する加減累算器であり、本発明によ
るデイジタルフイルターの構造はこのような加減
累算器2個と{xi}を格納する入力レジスタ
ー、{yi}を格納する出力レジスター、内部変数
{wi-1}{wi-2}を格納する内部状態レジスター
からなり第1の加減累算器は入力レジスター、内
部状態レジスターに接続され、{wi}を計算し、
第2の加減累算器は第1の加減累算器出力、内部
状態レジスターに接続され、{yi}を計算する。
出力レジスターは第2の加減累算器出力に接続さ
れる。
本発明の原理は2項乗算手法を利用することに
ある。2項乗算手法とは変数x1,x2、係数A1,
A2(個定係数)に対し
P=A1x1+A2x2 (4)
を係数ビツト長の累算演算で処理する方法であ
る。
いま、[Table] Here, α 1 and α 2 are constants indicating the pole positions of the secondary digital filter, and β 1 and β 2 are constants indicating the zero point, which determine the frequency characteristics of the filter. . Assuming that the Nyquist sampling time is T, the frequency characteristics are as follows: H(e j 〓 T ) = 1 + β 1e −j 〓 T + β 2e −j 〓 T
/1+α 1e −j 〓 T +α 2e −j2 〓 T (2). In other words, to configure the second-order digital filter, α is used to calculate the internal variable w i
Two multiplications, 1 w i-1 and α 2 w i-2, are required, and two multiplications, β 1 w i , β 2 w i-2 , are also required to calculate the output y i . It is. In the end, four multiplications are required to construct the second-order digital filter. Conventionally, when configuring such a digital filter, configuring the multiplier circuit with parallel multipliers would result in too large a circuit scale.
As a multiplication circuit, an accumulator that uses the so-called "addition and shift multiplication algorithm" is usually used, and when used in a high frequency range or when a high multiplicity is required, a secondary filter is required. A method using four accumulators corresponding to four multiplications was used. The accumulator referred to here has an addition input that is either directly or right-shifted (multiplyed by 2 -1 ) the accumulation result from one time ago, and the augend input corresponds to the multiplicand. It consists of an adder that inputs a numerical value or zero. The minimum sampling period (Nyquist period) T of a secondary digital filter having such a structure is the maximum operating period of the accumulator T', and the coefficient bit length (the above α 1 , α 2 , β 1 , β 2 ) . each bit length) is n
Then, since nT' is required for multiplication and addition/subtraction shown in equation (1) is also required, T≧nT' (3). The equality is true only when there is an addition circuit for calculating equation (1) in addition to the accumulator. If the bit pattern of the coefficient is special, there is a possibility that the minimum sampling period can be further shortened, but such an effect cannot be expected at the digital filter circuit design stage, so Equation (3) is It can be considered as the limit of In other words, according to the conventional method, four accumulators are required, and the sampling period is limited to equation (3). An object of the present invention is to halve the number of required accumulators to two by simply adding subtraction to the accumulator function without changing the limit of the sampling period. The accumulator used in the present invention has means for adding or subtracting the contents of three registers or zero, and the accumulation result can be directly or right-shifted (2 -1
The structure of the digital filter according to the present invention includes two such addition/subtraction accumulators and an input register for storing {x i }. , {y i }, and an internal state register that stores internal variables {w i-1 } {w i-2 }.The first addition/subtraction accumulator is connected to the input register and the internal state register. , {w i },
A second add/sub accumulator is connected to the first add/sub accumulator output, an internal state register, and calculates {y i }.
An output register is connected to the second add/sub accumulator output. The principle of the invention is to utilize a binary multiplication technique. What is the binomial multiplication method? Variables x 1 , x 2 , coefficient A 1 ,
This is a method of processing P=A 1 x 1 +A 2 x 2 (4) for A 2 (individual coefficient) by accumulating the coefficient bit length. now,
【式】
とすると式(4)は次のように変形できる。
こゝで
fj∈{0,1}
Cj∈{1,0,−1}
・は論理否定
を示す。
式(5)から式(6)への展開方法は後に述べるとして
(6)式を累算形式で求める方法は次に示す漸化式に
従うとよい。[Formula] Then, equation (4) can be transformed as follows. Here, f j ∈{0,1} C j ∈{1,0,−1} indicates logical negation. The expansion method from equation (5) to equation (6) will be described later.
A good way to obtain equation (6) in cumulative form is to follow the recurrence formula shown below.
【表】
式(7)が式(6)になることは、式(7B)の右辺に
式(7C)を順次代入して行けば容易に証明でき
るであろう。
式(7C)はCj,fjの値によりさらに次のよう
に展開できる。[Table] It can be easily proven that equation (7) becomes equation (6) by sequentially substituting equation (7C) into the right-hand side of equation (7B). Equation (7C) can be further expanded as follows depending on the values of C j and f j .
【表】
本式に従えば、部分積和Pj-1のシフト(・
2-1)とx1またはx2の加減算1回により新しい部分
積和を求められ、PNはPOから数えてn+1回目
に求めることができる。つまり、2項積和はこの
ような減算を付加した累算器を利用することによ
つて(n+1)T′で処理できる。このため2項
積和が一乗算と同程度の時間で処理可能となる。
式(5)から式(6)に必要な{fj},{Cj}を決定す
る方法は2,3考えられるが最も効率のよい(つ
まり{fj},{Cj}のビツト長がn+1となる)
付号化法を次に示す。以下に示す方法はビツト位
置の値として0、+1、および−1という3値を
持つことを許すことにより、両係数A1,A2が同
時に非ゼロの値を持つビツト位置をなくす方法で
あり、
が恒等的に成立することを用いる。
{fj},{Cj}を構成するには次の各ステツプ
を実行することにより得られる。ただし、最初の
ステツプ1で定まるビツト位置以下LBSまで双方
の係数とも0の場合は、LBSを双方とも1ビツト
拡張し、新しいLSBに異なる値(一方0で、一方
1)を入れるものとする。
ステツプ1 両係数A1,A2をLSB側からMSB側
へ調べて行き、同時に1となるビツト位置
(p)を検出する。
ステツプ2 両係数をビツト位置pからLSB側へ
調べて行き、最初に1となるビツト位置
(q)を持つAk(k=0.1)に対しak qからa
k p−1を−1に、ak pを0に、さらにAkに対し
p+1ビツト目に算術的に+1する。
ステツプ3 MSBまでステツプ1,ステツプ2
を繰り返し、{a1 j},{a2 j}を三値系列{α
1 j},{α2 j}へ変換する。
ステツプ4 {fj}を{fj|fj=|α1 j|}で
定義する。こゝで|・は絶対値を示す。{C
j}を{Cj|Cj=α1 j〓α2 j}で定義する。
こゝで〓はビツト毎加算(diadic addition)
とする。
以上の構成法はまた、2つの係数A1,A2から
{Cj},{fj}へ展開が可能であることを証明し
ており、またステツプ2による算術加算のため最
大1ビツトMSB側に拡張されることがある。よ
つて{fj},{Cj}はn+1ビツト長を見ておけ
ば充分である。
例としてA1=110110102,A2=101110012の場
合について{fj},{cj}を得る手段について述
べる。まず、ステツプ1により、A1,A2をLSB
側から同時に検査を始めると、LSB側から第4ビ
ツト目が同時に1となり、P=4が得られる。ス
テツプ2により第4ビツト目よりLSB側に向つて
A1,A2同時に検査を始めると、A1の係数のLSB
側から第2ビツト目に1がある。このため、q=
2であり、A1に対して第2ビツト目から第3ビ
ツト目を−1に、また、第4ビツト目を0にし、
さらに、第5ビツト目に算術的に1を加える。つ
まり、A1は次の様になる。[Table] According to this formula, the shift of the sum of partial products P j-1 (・
2 -1 ) and x 1 or x 2 once, a new sum of partial products can be found, and P N can be found at the (n+1)th time counting from P O. In other words, the binomial sum of products can be processed in (n+1)T' by using an accumulator that adds such subtraction. Therefore, the binomial product sum can be processed in about the same amount of time as the single multiplication. There are several possible ways to determine {f j } and {C j } necessary for formulas (5) to (6), but the most efficient method (that is, the bit length of {f j }, {C j } becomes n+1)
The coding method is shown below. The method shown below eliminates bit positions where both coefficients A 1 and A 2 have non-zero values at the same time by allowing the bit positions to have three values: 0, +1, and -1. , We use the fact that holds true identically. {f j }, {C j } can be constructed by performing the following steps. However, if both coefficients are 0 up to the LBS below the bit position determined in the first step 1, both LBSs are expanded by 1 bit and different values (one is 0 and the other is 1) are entered in the new LSB. Step 1: Examine both coefficients A 1 and A 2 from the LSB side to the MSB side, and detect the bit position (p) where they become 1 at the same time. Step 2 Examine both coefficients from bit position p to the LSB side, and for A k (k = 0.1) whose bit position (q) is 1 first, from a k q to a
k p-1 is set to -1, a k p is set to 0, and the p+1th bit of A k is arithmetically incremented by +1. Step 3 Step 1, Step 2 to MSB
Repeat and convert {a 1 j }, {a 2 j } into a ternary sequence {α
1 j }, converted to {α 2 j }. Step 4 Define {f j } as {f j |f j =|α 1 j |}. Here, | indicates an absolute value. {C
j } is defined as {C j |C j =α 1 j 〓α 2 j }.
Here, ん is diadic addition.
shall be. The above construction method also proves that it is possible to expand the two coefficients A 1 and A 2 into {C j } and {f j }, and because of the arithmetic addition in step 2, the maximum 1-bit MSB May be extended laterally. Therefore, it is sufficient to consider the length of n+1 bits for {f j } and {C j }. As an example, the means for obtaining {f j } and {c j } in the case of A 1 =11011010 2 and A 2 =10111001 2 will be described. First, in step 1, A 1 and A 2 are converted to LSB
If the test is started from the LSB side simultaneously, the fourth bit from the LSB side becomes 1 at the same time, and P=4 is obtained. From the 4th bit towards the LSB side by step 2
If you start testing A 1 and A 2 at the same time, the LSB of the coefficient of A 1
There is a 1 in the second bit from the side. For this reason, q=
2, and set the second to third bits to -1 for A1 , and set the fourth bit to 0,
Furthermore, 1 is arithmetically added to the 5th bit. In other words, A 1 becomes as follows.
【表】
−−
11010110
この場合、110110102も111001102も218を示
ししていることは容易に検証できよう。ステツプ
3の意味するところはステツプ1、ステツプ2を
くり返して、LSBからMSBまで非ゼロ要素が重
なるビツトをなくすことである。新しいA1の表
現とA2を用いてステツプ1にもどると、この場
合p=6となる。ステツプ2に移り、p=6より
LSB側へサーチすると、q=5となり、A2を変
更することとなる。この結果A2=110110012と
なる。A1=111001102とA2=110110012に対
し、ステツプ1を再び行なうとp=7となる。ス
テツプ2ではq=6となり、A1に対して変更を
行なう。この結果、A1=1001001102となる。
A1,A2は最初8ケタで表示されていたが、この
処理を行なつたために、9ケタとなる。A1,A2
ともに9ケタ表示を行なうと
A1=1001001102
A2=0110110012
となり、A1,A2の同一ケタでは非ゼロが双方と
もに出現しない様にできている。
以上の様にしてステツプ3が実行され、
{α1 j}={100100110}
{α2 j}={011011001}
となる。
ステツプ4により求めるべき{fj},{cj},{α
1 j}と{α2 j}とより次の様に定まる。
{fj}={100100110}
{cj}={111111111}
つまり、A1,A2を{α1 j},{α2 j}のように表現
してもA1,A2の値は不変であり、かつ、αi jがゼ
ロであればαi jXiはゼロで積を求める式(5)では演
算する必要がない。一方の係数が非ゼロの時は必
ず他方はゼロとなつているため、9回(n+1
回)の部分積加算で2項積和が実行でき、A1X1
とA2X2から生成される部分積のうち、どちらが
使用されるかは{fj}が示す。つまりfi=1で
あればA1X1側がfi=0であればA2X2側もしくは
0が選択され、Cj=1であれば部分積を加算す
ることを、Cj=−1であれば部分積を減算する
ことを、さらに、Cj=0では加減算を行なわな
いことを示す様子が理解されよう。
以上により2項乗算法が理解されたが、これを
デイジタルフイルターに応用するには少し変更が
必要である。つまり、式(1)は2項乗算手法が応用
できるものの2項乗算手法のみでは不充分であ
る。
式(1)で2項乗算手法を用いることができる部分
を明記するための式(1)を次のようにまとめる。[Table] ---
11010110
In this case, it can be easily verified that both 11011010 2 and 11100110 2 indicate 218. Step 3 means repeating Steps 1 and 2 to eliminate bits with overlapping non-zero elements from LSB to MSB. Returning to step 1 using the new representation of A 1 and A 2 , in this case p=6. Moving on to step 2, from p=6
When searching to the LSB side, q=5, and A 2 must be changed. As a result, A 2 = 110110012 . If step 1 is repeated for A 1 = 111001102 and A2 = 110110012 , p=7. In step 2, q=6 and changes are made to A1 . As a result, A 1 = 1001001102 .
A 1 and A 2 were initially displayed as 8 digits, but after this process, they are now 9 digits. A1 , A2
When both are displayed in 9 digits, A 1 = 100100110 2 A 2 = 011011001 2 , and A 1 and A 2 are designed so that non-zero does not appear in the same digit. Step 3 is executed as described above, and {α 1 j }={100100110} {α 2 j }={011011001}. {f j }, {c j }, {α
1 j } and {α 2 j } as follows. {f j }={100100110} {c j }={111111111} In other words, even if A 1 and A 2 are expressed as {α 1 j } and {α 2 j }, the values of A 1 and A 2 are If it is unchanged and α i j is zero, α i j X i is zero and there is no need to calculate the product in equation (5). When one coefficient is non-zero, the other is always zero, so 9 times (n+1
binomial product sum can be performed by adding partial products (times), and A 1 X 1
{f j } indicates which of the partial products generated from and A 2 X 2 is used. In other words, if f i = 1, the A 1 X 1 side is selected; if f i = 0, the A 2 It will be understood that if C j = 0, it indicates that the partial product is to be subtracted, and further, that C j =0 indicates that no addition or subtraction is to be performed. Although the dyadic multiplication method has been understood from the above, some changes are required to apply it to a digital filter. In other words, although the dyadic multiplication method can be applied to equation (1), the dyadic multiplication method alone is insufficient. Equation (1) for specifying the part where the binomial multiplication method can be used in Equation (1) can be summarized as follows.
【表】
式(9)において、括弧内は2項乗算手法が応用で
きるが、各々wi,xiをさらに加算する必要があ
る。
このため2項積和用累算器においては累算結果
は必ず2-1倍されていたがwi,xiの加算のため、
2-1倍せずに、累算結果を行なう機能と変数とし
てwi-1,wi-2のみでなく新たにxi,wiを累算器
入力として利用できる手段を持つ必要がある。こ
のように変形した累算器を2個利用すればデイジ
タルフイルターが構成できる。
図は本発明の一実施例を示すブロツク図で、参
照数字1,2は各々前記内部状態wi-1,wi-2を
格納する内部レジスターである。参照数字3は前
記入力データxiを格納する入力レジスター、参
照数字4は前記出力データyiを格納する出力レ
ジスターである。参照数字5,6は加減累算器
で、各々前記内部状態wiを計算するためのフイ
ードバツク加減累算器、前記出力データyiを計
算するためのフイードフオワード加減累算器であ
る。フイードバツク加減累算器は、内部状態レジ
スター1,2入力レジスター3および0のいずれ
か一つを累算器入力として選択する選択回路5
1、加減算を行なう加減算回路52、加減算回路
の出力を格納する累算レジスター53、累算レジ
スター53の出力を加減算回路52の入力へ直接
もしくは右シフト(2-1乗じたもの)のいずれか
一方を選択して伝える選択回路54から成る。フ
イードフオワード加減累算器は内部状態レジスタ
ー1,2累算レジスター53および0のいずれか
1つを累算器入力として選択する選択回路61お
よびフイードバツク加減累算器構成要素の加減算
器52、累算レジスター53、選択回路54と同
じ働きをする加減算器62、累算レジスター6
3、選択回路64から成る。参照数字100はデ
ータの標本化信号に同期したパルスで、内部状態
レジスター1,2,入力レジスター3、出力レジ
スター4の更新を行なうタイミングとともに累算
レジスター53および63をリセツトするタイミ
ングを与えるタイミング信号入力端子である。参
照数字101は主として前記係数(−α1),(−
α2)より2項乗算アルゴリズムから導出した係
数{fj}に基づき選択回路51の制御を行なう
信号を入力する端子である。参照番号102は主
として前記係数(−α1),(−α2)より2項乗
算アルゴリズムから導出された係数{Cj}に基
づき加減算回路52に対し、加算か減算かを決定
する制御信号の入力端子である。参照番号103
はフイードバツク加減累算器5、フイードフオワ
ード加減累算器6のクロツク信号で標本化信号周
波数より(n+3)倍周波数が高い信号を入力す
る端子である。参照番号104は前記選択回路5
4および64を制御し、2項乗算が行なわれてい
る間、つまり(n+1)クロツク間累算レジスタ
ー53および63の出力を右シフトして各々加減
算回路52および62へ入力する制御信号入力端
子である。参照番号111は前記係数β1,β2
より2項乗算アルゴリズムから導出された係数
{fj}に基づき、選択回路61の制御を行なう信
号を入力する端子である。参照番号112は主と
してβ1,β2より2項乗算アルゴリズムから導
出された係数{Cj}に基づき、加減算回路62
に対し加算か減算かを決定する制御信号の入力端
子である。
参照番号120および130は各々本二次デイ
ジタルフイルターの入力端子および出力端子であ
る。
図の詳細な動作は次の通りである。標本化信号
に同期した信号が端子100に加えられると、内
部状態レジスター1の内容が内部状態レジスター
2へ転送され、またフイードバツク加減累算器5
内の累算レジスター53の内容が内部レジスター
1へ転送され各々前記内部状態wi-1,wi-2とな
る。同時に入力レジスター3は入力端子120に
現われたデータxiが転送され、出力レジスター
4は一標本化時刻前の出力結果yi-1をフイード
フオワード加減累算器6の出力から転送される。
また累算レジスター53,63もリセツトされ
る。この後(n+1)クロツクの間、フイードバ
ツク加減累算器5とフイードフオワード加減累算
器6は内部状態レジスターwi-1,wi-2より各々
−α1wi-1−α2wi-2およびβ1wi-1+β2wi-2を2項
乗算手法により計算する。
つまり、フイードバツク加減累算器5に対して
は端子101,102から各々(−α1),(−α
2)から導出された前記{fj},{Cj}に対応す
る制御信号が入力され、端子104からの信号に
より選択回路54は累算レジスター53の内容を
右シフトした形で加減算回路52に加えられるた
め、(N+1)クロツク間で、−α1wi-1−α2wi-2
が累算レジスター53に計算される。
また、フイードフオワード加減累算器に対して
は、端子111,112から各々β1,β2から
導出された前記{fj}{Cj}に対応する制御信
号が入力され、選択回路64も端子104からの
信号により累算レジスター63の内容を右シフト
した形で加減算回路62に加えられるため、(n
+1)クロツク間でβ1wi-1+β2wi-2が累算レジ
スター63に計算される。
次のクロツクが端子103に加えられた時、フ
イードバツク加減累算器5内の選択回路51は制
御信号101により入力レジスター3の内容を選
択し、選択回路54は制御信号104により累算
レジスター53の内容がそのまゝの形で加減算回
路52に入力され、加減算回路52は制御信号1
02により加算を行なうため加減算回路52の出
力には
xi+(−α1wi-1−α2wi-2)=wi
が計算されている。
この間、フイードフオワード加減累算器6内で
は選択回路61は0を選択し、選択回路64は端
子104に加えられた制御信号により累算レジス
ター63の出力を直接加減算回路62に伝えるよ
うに制御されるため、加減算回路62の出力には
累算レジスターの内容β1wi-1+β2wi-2がその
まゝ出力される。
次のクロツクが端子103に加えられると、フ
イードバツク加減累算器5内では累算レジスター
はwiを格納し、選択回路51は0を選択し、選
択回路54は端子104に加えられた制御信号に
より累算レジスター53の出力を直接加減算回路
52に伝えるように制御されるための加減算回路
52の出力には累算レジスターの内容wiがその
まゝ出力されている。
この時、フイードフオワード加減累算器6内で
は選択回路61はフイードバツク加減算器5の出
力を選択し、選択回路64は累算レジスター63
の内容をそのまゝ加減算回路62へ入力されるた
め、加減算回路62の出力は
wi+β1wi-1+β2wi-2=yi
が計算されている。
次に標本化信号に同期した信号が端子100に
加えられると前記wi,yiは各々内部レジスター
1および出力レジスター4へ転送される。
以上により図示の構成が式(1)で示された(n+
3)T′を標本化周期Tとするデイジタルフイル
ターの機能を果していることがわかる。
以上説明したように、本発明に従えば、累算器
に減算機能を持たせ、累算器入力に選択回路を付
加するだけで、従来4個のほぼ等価な回路規模の
乗算用累算回路を用いていた二次デイジタルフイ
ルターを、処理速度を犠牲にすることなく2個の
改良された加減累算器で構成でき、大幅な回路規
模の縮少が行なえる。さらに、フイードバツク加
減累算器とフイードフオワード加減累算器の構造
が全く同じであるため、二次デイジタルフイルタ
を組み合せて高次デイジタルフイルターとする場
合も必要機能素子の標準化が行ない易くLSI化、
VLSI化に適している。
なお、フイードバツク加減累算器とフイードフ
オワード加減累算器の構造が全く同一であること
から、これを時分割多重使用し、一加減累算器で
二次デイジタルフイルターを構成したものも、本
発明の一部である。[Table] In Equation (9), the binary multiplication method can be applied to the parts in parentheses, but it is necessary to further add w i and x i respectively. Therefore, in the binomial product-sum accumulator, the accumulation result is always multiplied by 2 -1 , but because of the addition of w i and x i ,
2 It is necessary to have a function to perform accumulation results without multiplying by -1 and a means to use not only w i-1 and w i-2 as variables but also x i and w i as inputs to the accumulator. . A digital filter can be constructed by using two accumulators modified in this way. The figure is a block diagram showing one embodiment of the present invention, and reference numerals 1 and 2 are internal registers for storing the internal states w i-1 and w i-2 , respectively. Reference numeral 3 is an input register that stores the input data x i , and reference numeral 4 is an output register that stores the output data y i . Reference numerals 5 and 6 indicate addition/subtraction accumulators, which are a feedback addition/subtraction accumulator for calculating the internal state w i and a feedback addition/subtraction accumulator for calculating the output data y i , respectively. The feedback addition/subtraction accumulator includes a selection circuit 5 that selects one of internal status registers 1 and 2 input registers 3 and 0 as the accumulator input.
1. An addition/subtraction circuit 52 that performs addition/subtraction, an accumulation register 53 that stores the output of the addition/subtraction circuit, and either direct or right shift (multiplyed by 2 -1 ) of the output of the accumulation register 53 to the input of the addition/subtraction circuit 52. The selection circuit 54 selects and transmits the selected information. The feed-back addition/subtraction accumulator includes a selection circuit 61 for selecting one of the internal status registers 1, 2 accumulation registers 53 and 0 as an accumulator input, and an add/subtractor 52 of the feedback addition/subtraction accumulator component; An accumulation register 53, an adder/subtractor 62 that functions in the same way as the selection circuit 54, and an accumulation register 6.
3. Consists of a selection circuit 64. Reference numeral 100 is a pulse synchronized with the data sampling signal, and is a timing signal input that provides the timing for updating internal status registers 1, 2, input register 3, and output register 4 as well as the timing for resetting accumulation registers 53 and 63. It is a terminal. Reference numeral 101 mainly represents the coefficients (-α 1 ), (-
This is a terminal for inputting a signal for controlling the selection circuit 51 based on the coefficient {f j } derived from the binary multiplication algorithm from α 2 ). Reference number 102 is a control signal for determining addition or subtraction for the addition/subtraction circuit 52 based mainly on the coefficients {C j } derived from the binary multiplication algorithm from the coefficients (-α 1 ) and (-α 2 ). This is an input terminal. Reference number 103
is a terminal for inputting a clock signal of the feedback addition/subtraction accumulator 5 and feedback addition/subtraction accumulator 6, which has a frequency (n+3) times higher than the sampling signal frequency. Reference number 104 is the selection circuit 5
4 and 64, and shifts the outputs of the (n+1) clock-to-clock accumulation registers 53 and 63 to the right while the binary multiplication is being performed, and inputs them to the addition/subtraction circuits 52 and 62, respectively. be. Reference number 111 indicates the coefficients β 1 , β 2
This is a terminal for inputting a signal for controlling the selection circuit 61 based on the coefficient {f j } derived from the binary multiplication algorithm. The reference number 112 is mainly based on the coefficient {C j } derived from the binary multiplication algorithm from β 1 and β 2 , and the addition/subtraction circuit 62
This is the input terminal for the control signal that determines whether to add or subtract from the input signal. Reference numerals 120 and 130 are the input terminal and output terminal of the present secondary digital filter, respectively. The detailed operation of the figure is as follows. When a signal synchronized with the sampling signal is applied to terminal 100, the contents of internal state register 1 are transferred to internal state register 2, and feedback addition/subtraction accumulator 5 is transferred.
The contents of the accumulation register 53 are transferred to the internal register 1 and become the internal states w i-1 and w i-2 , respectively. At the same time, the input register 3 is transferred with the data x i appearing at the input terminal 120, and the output register 4 is transferred with the output result y i-1 from one sampling time ago from the output of the feed forward addition/subtraction accumulator 6. .
Accumulation registers 53 and 63 are also reset. After this, for (n+1) clocks, the feedback addition/subtraction accumulator 5 and the feedback addition/subtraction accumulator 6 receive −α 1 w i-1 −α 2 from the internal state registers w i-1 and w i- 2, respectively. Calculate w i-2 and β 1 w i-1 + β 2 w i-2 by the binomial multiplication method. In other words, for the feedback addition/subtraction accumulator 5, (-α 1 ) and (-α
The control signals corresponding to {f j }, {C j } derived from 2 ) are input, and the selection circuit 54 shifts the contents of the accumulation register 53 to the right according to the signal from the terminal 104, and then outputs the contents of the accumulation register 53 to the addition/subtraction circuit 52. between (N+1) clocks, −α 1 w i-1 −α 2 w i-2
is calculated in the accumulation register 53. Furthermore, control signals corresponding to the {f j }{C j } derived from β 1 and β 2 are inputted from terminals 111 and 112 to the feed forward addition/subtraction accumulator, and the selection circuit 64 is also applied to the addition/subtraction circuit 62 in the form of right-shifting the contents of the accumulation register 63 by the signal from the terminal 104, so that (n
+1) β 1 w i-1 +β 2 w i-2 is calculated in the accumulation register 63 between clocks. When the next clock is applied to terminal 103, selection circuit 51 in feedback addition/subtraction accumulator 5 selects the contents of input register 3 by control signal 101, and selection circuit 54 selects the contents of input register 53 by control signal 104. The contents are input as they are to the addition/subtraction circuit 52, and the addition/subtraction circuit 52 receives the control signal 1.
02, x i +(−α 1 w i-1 −α 2 w i-2 )=w i is calculated as the output of the addition/subtraction circuit 52. During this time, the selection circuit 61 selects 0 in the feed forward addition/subtraction accumulator 6, and the selection circuit 64 transmits the output of the accumulation register 63 directly to the addition/subtraction circuit 62 by the control signal applied to the terminal 104. Since the addition/subtraction circuit 62 is controlled, the contents of the accumulation register β 1 w i-1 +β 2 w i-2 are output as they are. When the next clock is applied to terminal 103, in the feedback addition/subtraction accumulator 5, the accumulation register stores w i , the selection circuit 51 selects 0, and the selection circuit 54 selects the control signal applied to terminal 104. Since the output of the accumulation register 53 is controlled to be directly transmitted to the addition/subtraction circuit 52, the contents w i of the accumulation register are output as they are to the output of the addition/subtraction circuit 52. At this time, in the feedback addition/subtraction accumulator 6, the selection circuit 61 selects the output of the feedback addition/subtraction accumulator 5, and the selection circuit 64 selects the output of the feedback addition/subtraction accumulator 63.
Since the contents of are inputted as they are to the addition/subtraction circuit 62, the output of the addition/subtraction circuit 62 is calculated as w i +β 1 w i-1 +β 2 w i-2 =y i . Next, when a signal synchronized with the sampling signal is applied to the terminal 100, the w i and y i are transferred to the internal register 1 and the output register 4, respectively. As described above, the configuration shown in the figure is expressed by equation (1) (n+
3) It can be seen that it functions as a digital filter with T' as the sampling period T. As explained above, according to the present invention, by simply providing the accumulator with a subtraction function and adding a selection circuit to the accumulator input, it is possible to replace the conventional four multiplication accumulator circuits with approximately equivalent circuit scale. The secondary digital filter that used to be used can be constructed with two improved addition/subtraction accumulators without sacrificing processing speed, and the circuit scale can be significantly reduced. Furthermore, since the structures of the feedback addition/subtraction accumulator and the feedback addition/subtraction accumulator are exactly the same, it is easy to standardize the necessary functional elements when combining secondary digital filters to create a high-order digital filter. ,
Suitable for VLSI. Furthermore, since the structures of the feedback addition/subtraction accumulator and the feedback addition/subtraction accumulator are exactly the same, it is also possible to time-division multiplex them and configure a secondary digital filter with one addition/subtraction accumulator. It is part of the present invention.
図は本発明の一実施例を示すブロツク図で、
1,2は内部状態レジスター、3は入力レジスタ
ー、4は出力レジスター、5はフイードバツク加
減累算器、6はフイードフオワード加減累算器で
あり両加減累算器は加減算回路52,62、累算
レジスタ53,63、選択回路51,61,5
4,64により構成される。
The figure is a block diagram showing one embodiment of the present invention.
1 and 2 are internal status registers, 3 is an input register, 4 is an output register, 5 is a feedback addition/subtraction accumulator, and 6 is a feedback addition/subtraction accumulator. Accumulation registers 53, 63, selection circuits 51, 61, 5
4,64.
Claims (1)
標本時刻前までの内部変数を蓄える内部状態レジ
スターと、前記内部状態レジスターの内容、前記
入力レジスターの内容およびゼロのいずれか一つ
を2つの巡回部フイルター係数により算出された
係数により指定されて加減算入力とする手段およ
び累計結果を直接または右シフト(2-1乗じたも
の)したもののいずれかを被加減算入力とする手
段を有し、前記2つの巡回部フイルター係数より
算出された他の係数により加算/減算を指定され
るフイードバツク加減累算器と、前記フイードバ
ツク加減累算器出力を前記内部状態レジスターに
供給する手段と前記内部状態レジスター内容、前
記フイードバツク加減累算出力およびゼロのいず
れか一つを2つの非巡回部フイルター係数により
算出された係数により指定されて加減算入力とす
る手段および、累算結果を直接または右シフト
(2-1乗じたもの)したもののいずれかを被加減算
入力とする手段を有する前記2つの非巡回部フイ
ルター係数により算出された他の係数により加
算/減算を指定されるフイードフオワード加減累
算器と、前記フイードフオワード加減累算器出力
に接続された出力レジスターとからなり、4乗算
を必要とする二次デイジタルフイルターを、時分
割多重使用することなく2つの加減累算器で実現
したことを特徴とする二次デイジタルフイルタ
ー。1 an input register for storing input data; 2
An internal state register that stores internal variables up to the sample time, and the contents of the internal state register, the contents of the input register, and zero are added or subtracted as specified by coefficients calculated by two circulating section filter coefficients. It has a means for inputting it and a means for inputting either the cumulative result directly or shifted to the right (multiplyed by 2 -1 ) as an addendum/subtractor input, and according to other coefficients calculated from the two circulation part filter coefficients. a feedback addition/subtraction accumulator designated for addition/subtraction; means for supplying the output of the feedback addition/subtraction accumulator to the internal state register; and any one of the contents of the internal state register, the feedback addition/subtraction cumulative output, and zero. is specified by the coefficient calculated by the two acyclic part filter coefficients as the addition/subtraction input, and either the accumulation result directly or shifted to the right (multiplyed by 2 -1 ) is used as the addition/subtraction input. a feedforward addition/subtraction accumulator whose addition/subtraction is designated by another coefficient calculated by said two acyclic part filter coefficients, and said feedforward addition/subtraction accumulator connected to said feedforward addition/subtraction accumulator output; 1. A secondary digital filter comprising an output register and requiring four multiplications, which is realized by two addition/subtraction accumulators without using time division multiplexing.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8651577A JPS5421153A (en) | 1977-07-18 | 1977-07-18 | Secondary digital filter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8651577A JPS5421153A (en) | 1977-07-18 | 1977-07-18 | Secondary digital filter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5421153A JPS5421153A (en) | 1979-02-17 |
| JPS6129167B2 true JPS6129167B2 (en) | 1986-07-04 |
Family
ID=13889113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8651577A Granted JPS5421153A (en) | 1977-07-18 | 1977-07-18 | Secondary digital filter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5421153A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5698022A (en) * | 1980-01-07 | 1981-08-07 | Nec Corp | Difference coefficient digital filter |
-
1977
- 1977-07-18 JP JP8651577A patent/JPS5421153A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5421153A (en) | 1979-02-17 |
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