用于脉宽调制信号的数字滤波器制造技术

本申请公开了一种用于脉宽调制信号的数字滤波器。所述数字滤波器包括：第一滤波器，用于对所述脉宽调制信号的预处理信号进行低通滤波，以产生第一中间信号；第二滤波器，用于对所述第一中间信号进行高通滤波，以产生音频数据；存储器，用于存储所述第一滤波器和所述第二滤波器的参数值和历史值；乘法器，用于根据所述参数值和所述历史值进行乘法运算，从而进行滤波操作；以及数据控制器，用于以分时的方式，将所述存储器和所述乘法器分别与所述第一滤波器和所述第二滤波器相连接，从而进行滤波操作。该数字滤波器可以利用共用的模块减小功耗和芯片尺寸以及降低成本。

【技术实现步骤摘要】
用于脉宽调制信号的数字滤波器
本技术涉及信号处理技术，更具体地，涉及用于脉宽调制(PDM)信号的数字滤波器。
技术介绍
在信号处理中，采用模数转换器将模拟信号转换成数字信号，然后对数字信号进行调制产生数字调制信号，对数字调制信号进行滤波去除量化噪声，从而获得低噪声的数字信号。在市场上已经可以购买到集成模数转换器和调制器的信号处理芯片。例如，专用于处理音频信号的数字麦克风芯片内部Σ-Δ模数转换器，其中将模拟信号转换成脉冲宽度调制(PDM)格式。PDM信号包括过采样一位或多位(例如，2至4位)信号。PDM信号的相对脉冲宽度可以表征输入信号的幅度。上述数字处理芯片中Σ-Δ模数转换器的工作原理是过采样和噪声整形，其中采用数字抽取滤波器对调制器的输出数据进行抽取，将原来的过采样频率降低到奈奎斯特采样率，以实现移除量化噪声，降低采样频率和抗混叠。因此，数字滤波器是数字处理芯片中的重要部分。在数字滤波器中，有限长脉冲响应(FiniteImpulseResponse，即FIR)滤波器和无限长脉冲响应(InfiniteImpulseResponse，即IIR)滤波器是数字信号处理系统的基本元件。FIR滤波器采用非递归型结构，包括多级乘法器和存储器，存储器用于保存历史值和参数值，在每级运算时从存储器获得历史值和参数值，并且进行乘法运算，然后将计算值存储在存储器中，作为下级运算的历史值。IIR滤波器采用递归型结构，包括延时器、乘法器、加法器和存储器，存储器用于保存历史值和参数值，在每次递归运算时从存储器获得历史值和参数值，并且进行乘法和加法运算，然后将计算值存储在存储器中，作为下次递归运算的历史值。上述现有的数字滤波器可能包括多个FIR滤波器和多个IIR滤波器，在数字信号处理中需要高频读写存储器和进行乘法运算，从而导致运算时间延长和系统功耗损失。由于系统时钟的限制，每个FIR滤波器和每个IIR滤波器均需要单独的乘法器和存储器，导致芯片尺寸增大和成本提高。
技术实现思路
鉴于上述问题，本技术的目的在于提供一种数字滤波器及方法，其中以分时方式共用存储器和乘法器，从而可以减小功耗和芯片尺寸、以及降低成本。根据本技术的第一方面，提供一种用于脉宽调制信号的数字滤波器，包括：第一滤波器，用于对所述脉宽调制信号的预处理信号进行低通滤波，以产生第一中间信号；第二滤波器，用于对所述第一中间信号进行高通滤波，以产生音频数据；存储器，用于存储所述第一滤波器和所述第二滤波器的参数值和历史值；乘法器，用于根据所述参数值和所述历史值进行乘法运算，从而进行滤波操作；以及数据控制器，用于以分时的方式，将所述存储器和所述乘法器分别与所述第一滤波器和所述第二滤波器相连接，从而进行滤波操作。优选地，还包括输入采样模块，所述输入采样模块接收脉宽调制信号和时钟信号，对所述脉宽调制信号进行采样，以获得采样信号。优选地，还包括第三滤波器，所述第三波滤器与所述输入采样模块连接，用于对所述采样信号进行降采样，以获得第二中间信号。优选地，还包括第四滤波器，所述第四滤波器与所述第三滤波器连接，用于对所述第二中间信号进行频率补偿，从而产生第三中间信号。优选地，所述第一滤波器与所述输入采样模块、所述第三滤波器和所述第四滤波器中的任一个连接，以获得其输出信号作为所述预处理信号。优选地，所述第一滤波器、所述第二滤波器和所述第四滤波器分别进行降采样。优选地，所述数据控制器以分时的方式，将所述存储器和所述乘法器与所述第四滤波器相连接，从而进行滤波操作。优选地，所述第三滤波器为级联积分梳状滤波器，所述第一滤波器和所述第四滤波器分别为有限长脉冲响应滤波器，所述第二滤波器为无限长脉冲响应滤波器。优选地，所述有限长脉冲响应滤波器在一次滤波操作中采用多级运算产生多个历史值，所述无限长脉冲响应滤波器在一次滤波操作中采用多次递归产生多个历史值。优选地，所述数据控制器在每次滤波操作中，将参数值读取至内存，并且在内存中分配历史值存储空间，以及采用FIFO控制方式访问所述历史值存储空间。优选地，所述数据控制器在滤波操作结束之后，将历史值存储空间中保存的多个历史值回写至所述存储器中。优选地，所述数据控制器在连续滤波操作中，交替执行历史值复制和滤波运算，其中，在滤波运算中产生多个历史值，在历史值复制中，将前一次滤波操作的运算产生的多个历史值复制为下一次滤波操作的多个历史值。优选地，所述内存设置有读指针和写指针，在读取所有的历史值并运算完成之后，读指针上移一个作为下次读取的起始地址，写指针指向读指针的位置，从而将输入的数据写入所述内存，作为下次运算的历史值。根据本技术的第二方面，提供一种用于脉宽调制信号的数字滤波方法，包括：对脉宽调制信号的预处理信号进行低通滤波，以产生第一中间信号；以及对所述第一中间信号进行高通滤波，以产生音频数据，其中，所述低通滤波和所述高通滤波分别包括以分时的方式存储参数值和历史值，以及读取所述参数值和所述历史值进行乘法运算，从而进行滤波操作。优选地，还包括：对所述脉宽调制信号进行采样，以获得采样信号。优选地，还包括：对所述采样信号进行降采样，以获得第二中间信号。优选地，还包括：对所述第二中间信号进行频率补偿，从而产生第三中间信号。优选地，将所述采样信号、所述第二中间信号和所述第三中间信号的任一个作为所述预处理信号。优选地，在产生第一中间信号、产生音频数据和进行频率补偿的步骤中，分别进行降采样。优选地，进行频率补偿的步骤包括以分时的方式存储参数值和历史值，以及读取所述参数值和所述历史值进行乘法运算。优选地，在产生第一中间信号和进行频率补偿的步骤中，在一次滤波操作中采用多级运算产生多个历史值，在产生音频数据的步骤中，在一次滤波操作中采用多次递归产生多个历史值。优选地，在每次滤波操作中，将参数值读取至内存，并且在内存中分配历史值存储空间，以及采用FIFO控制方式访问所述历史值存储空间。优选地，在滤波操作结束之后，将历史值存储空间中保存的多个历史值回写至存储器中。优选地，在连续滤波操作中，交替执行历史值复制和滤波运算，其中，在滤波运算中产生多个历史值，在历史值复制中，将前一次滤波操作的运算产生的多个历史值复制为下一次滤波操作的多个历史值。优选地，采用FIFO控制方式访问所述历史值存储空间的步骤包括：设置读指针和写指针，在读取所有的历史值并运算完成之后，读指针上移一个作为下次读取的起始地址，写指针指向读指针的位置，从而将输入的数据写入所述内存，作为下次运算的历史值。根据本技术实施例的数字滤波器，其中，数据控制器以分时的方式，将存储器和乘法器分别与第一滤波器和第二滤波器相连接。由于第一滤波器和第二滤波器相分时共用一个乘法器和一个存储器，因此可以减小芯片尺寸和降低成本。在优选的实施例中，数据控制器在滤波操作时从存储器中读取参数值至内存，并且在内存中分配历史值存储空间，以及在内存访问时执行FIFO控制。相应地，改变了第一滤波器和第二滤波器相的工作模式。因此，所述第一滤波器和第二滤波器相可以节省用于存储器读写操作的时间，从而在各自的运算时间显著减少，满足分时共用的时隙要求。附图说明通过以下参照附图对本技术实施例的描述，本技术的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于脉宽调制信号的数字滤波器，其特征在于，包括：第一滤波器，用于对所述脉宽调制信号的预处理信号进行低通滤波，以产生第一中间信号；第二滤波器，用于对所述第一中间信号进行高通滤波，以产生音频数据；存储器，用于存储所述第一滤波器和所述第二滤波器的参数值和历史值；乘法器，用于根据所述参数值和所述历史值进行乘法运算，从而进行滤波操作；以及数据控制器，用于以分时的方式，将所述存储器和所述乘法器分别与所述第一滤波器和所述第二滤波器相连接，从而进行滤波操作。

【技术特征摘要】
1.一种用于脉宽调制信号的数字滤波器，其特征在于，包括：第一滤波器，用于对所述脉宽调制信号的预处理信号进行低通滤波，以产生第一中间信号；第二滤波器，用于对所述第一中间信号进行高通滤波，以产生音频数据；存储器，用于存储所述第一滤波器和所述第二滤波器的参数值和历史值；乘法器，用于根据所述参数值和所述历史值进行乘法运算，从而进行滤波操作；以及数据控制器，用于以分时的方式，将所述存储器和所述乘法器分别与所述第一滤波器和所述第二滤波器相连接，从而进行滤波操作。2.根据权利要求1所述的数字滤波器，其特征在于，还包括输入采样模块，所述输入采样模块接收脉宽调制信号和时钟信号，对所述脉宽调制信号进行采样，以获得采样信号。3.根据权利要求2所述的数字滤波器，其特征在于，还包括第三滤波器，所述第三波滤器与所述输入采样模块连接，用于对所述采样信号进行降采样，以获得第二中间信号。4.根据权利要求3所述的数字滤波器，其特征在于，还包括第四滤波器，所述第四滤波器与所述第三滤波器连接，用于对所述第二中间信号进行频率补偿，从而产生第三中间信号。5.根据权利要求4所述的数字滤波器，其特征在于，所述第一滤波器与所述输入采样模块、所述第三滤波器和所述第四滤波器中的任一个连接，以获得其输出信号作为所述预处理信号。6.根据权利要求4所述数字滤波器，其特征在于，所述第一滤波器、所述第二滤波器和所述第四滤波器分别进行降采样。7.根据权利要求4所述的数字滤波器，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵煌，钱泽斌，
申请(专利权)人：杭州士兰微电子股份有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33