一种改进型级联积分梳妆插值滤波器制造技术

本发明专利技术公开了一种改进型级联积分梳妆插值滤波器，依次包括：（１）一第一滤波器单元，包括一梳妆滤波器组、一积分器组和一插值器；（２）一第二滤波器单元，包括一梳妆滤波器组、一积分器组和一插值器；（３）一通带滚降补偿单元，包括两加法器、两延迟单元和和两常数乘法单元；用于弥补递归型ＣＩＣ插值滤波器通带滚降。本发明专利技术的改进型级联积分梳妆插值滤波器能同时的防止通带滚降和增大阻带衰减，在实现的时候利用置换原则，将通带补偿单元放在整个系统的前面来处理信号，同时将第二滤波单元放在第一滤波器单元的前面来处理信号，这样可以进一步降低功耗，减少硬件开销。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及音频采样数据处理
，具体涉及一种能同时改善通带滚降和增大阻带衰减的级联积分梳妆插值滤波器。
技术介绍
插值滤波器是∑-Δ数模转换器中的重要组成部分，用来提高数字信号的采样率，从而保证后一级∑-Δ调制器的正常工作。积分梳妆滤波器经常被用作多级插值滤波器的最后一级，用以实现较高倍数的插值和低通滤波。积分梳妆滤波器其优点是实现时不需要乘法器，且系数为整数，不需要电路来存储系数，同时可以通过置换原则，使得插值部分工作在较低频率，在相同的滤波特性下与其他FIR滤波器相比，其更能节约硬件开销。经过仿真，插值率为32的一阶积分梳妆滤波器的第一旁瓣相对于主瓣的衰减最大约为15dB，这样的阻带衰减根本达不到整体插值滤波器的设计要求。为了改善积分梳妆滤波器的性能，一般采用级联积分梳妆滤波器(CIC滤波器)。但是CIC滤波器仍然存在较高的通带滚降(passband droop)和阻带衰减的不足。递归CIC插值滤波器的系统函数如下所示：Hcic(z)=[1M1-z-M1-z-1]N]]>其中，M为插值率，决定了通带的大小；N为级联滤波器的个数，也就是滤波器的阶数，从而加深阻带衰减，Z-1为延迟单元；CIC滤波器的频率响应为：H(ejω)=[1Me-jω(M-1)/2sin(ωM/2)sin(ω/2)]N]]>其中，j为表示虚数，ω为角频率。CIC插值滤波器包括两部分：积分器和梳状滤波器，每一部分级联了N个相同的滤波器。根据置换原则将插值因子放到梳妆滤波器之后，就可使其工作在较低频率，并节省了M-1个存储单元，CIC插值滤波器框图如图1所示。由于CIC插值滤波器可以实现较高倍数的插值，通常作为多级插值滤波器的后一级。这种递归算法的CIC滤波器之所以被经常用作插值滤波器主要是因为其有以下几点优点：(1)没有乘法器；(2)不需要存储滤波器系数的存储器；(3)规则的对称的结构；(4)可以实现相当大的范围的采样频率转化；(5)不需要复杂时钟和外部控制。但是CIC插值滤波器仍然有以下不足：(1)较高的采样频率转化率使得寄存器宽带变大；(2)有限的频率特性，主要是通带滚降和阻带衰减不足；(3)积分器工作在很高的频率使得CIC功耗好大，其功耗并随着采样率转化率的增大而增大；(4)由于存在递归环路使得电路速度有限。-->为了改善CIC频率特性，有人提出一种锐化级联积分梳状滤波器。另外还提出有效的RS(rotated sinc)滤波器用来增大阻带衰减。SINE补偿滤波器也可以用来减小CIC插值滤波器的通带滚降。非递归结构的CIC插值滤波器不仅功耗减小，而且可以达到更高的工作速度。基于非递归结构的CIC滤波器的多项式分解算法，可以进一步降低功耗。但是没有一种改进结构既能在保证很小的通带滚降下有很大的阻带衰减，也没有一种改进结构能保证较好频率特性的前提下，功耗更低，速度更快。
技术实现思路
本专利技术提出了一种改进型级联积分梳妆插值滤波器，能同时的防止通带滚降和增大阻带衰减，在实现的时候利用置换原则，可以进一步降低功耗，减少硬件开销。本专利技术中将一个典型的递归CIC插值滤波器分为两部分，即第一滤波器单元H1(z)和第二滤波器单元进行逐级插值。为了增大阻带衰减，就要增大阶数，本专利技术中只增大第二滤波器单元的阶数K，从而使得K大于L(L为第一滤波器单元H1(z)的阶数)，这样既能增大阻带衰减又能节省硬件开销。为了防止通带滚降，本专利技术增加了一个通带滚降补偿单元，从其幅频响应可以看出，这个补偿单元也是一种SINE补偿滤波器。一种改进型级联积分梳妆插值滤波器，依次包括：(1)一第一滤波器单元，包括一梳妆滤波器组、一积分器组和一插值器；其中梳妆滤波器组至少包含两个梳妆滤波器，积分器组至少包含两个积分器；输入的数字信号经过梳妆滤波器组进行滤波，插值器对输入的数字信号插入M1-1个“0”，其中M1为要实现的第一次插值倍数，M1为总的插值倍数M的因子，一般为2的幂次方，例如总的插值倍数M为16，那么第一次插值倍数M1可以为2、4、8；积分器组对插值器处理后的信号延迟相加得到较高采样频率频率的信号；所述的第一滤波器单元其具有如下的系统函数：其中为梳妆滤波器的系统函数，为积分器的系统函数，M1为要实现的第一次插值倍数，L为第一滤波器的阶数，L≥1，阶数越大，阻带衰减越大；(2)一第二滤波器单元，包括一梳妆滤波器组、一积分器组和一插值器；其中梳妆滤波器组至少包含两个梳妆滤波器，积分器组至少包含两个积分器；输入的数字信号经过梳妆滤波器进行滤波，插值器对输入的数字信号插入M2-1个“0”，其中M2为要实现的第二次插值倍数，M2为总的插值倍数M的因子，一般为2的幂次方，但是还要保证M1×M2＝M，例如总的插值倍数M为16，那么第二次插值倍数M2可以为2、4、8，但是如果第一次插值倍数M1为4，那么第二次插值倍数M2只能为4不能为2或者8；积分器对插值器处理后的信号延迟相加得到较高采样频率频率的信号；所述的第二滤波器单元其具有如下的系统函数：-->其中为梳妆滤波器的系统函数，为积分器的系统函数，M2为要实现的第二次插值倍数，K为第二滤波器的阶数，K≥2，并且K大于L，阶数越大，阻带衰减越大；(3)一通带滚降补偿单元，包括两加法器、两延迟单元z-M及z-2M和两常数乘法单元；用于弥补递归型CIC插值滤波器通带滚降，其具有如下的系统函数：G(zM)＝A[1+Bz-M+z-2M]，其中A＝-2-(b+2)，B＝-(2b+2+2)，b是整数。G(zM)的幅频响应：|G(ejωM)|＝|1+2-bsin2(ωM/2)|。更优选地，利用置换原则，将通带补偿单元放在整个系统的前面来处理信号，使得通带补偿单元所需要的延迟单元Z-1的阶数降低M倍，由2M阶降为2阶，另外一部分由M阶降为1阶，相应的系统函数可以转化为：G(z)＝A[1+Bz-1+z-2]，其中A＝-2-(b+2)，B＝-(2b+2+2)，b是整数。同时，利用置换原则，将第二滤波单元放在第一滤波器单元的前面来处理信号，使得第二滤波单元的梳妆器所需的延迟单元Z-1的阶数由原来的M1M2阶变为M1阶，第二滤波单元的积分器所需的延迟单元Z-1的阶数由原来的M1阶变为1阶，这样就可以减小硬件开销，从而降低系统整体功耗；相应的系统函数可以转化为跟第一滤波单元具有相同形式的系统函数，只是阶数不同，如下所示：其中M2为要实现的第二次插值倍数，K为第二滤波器的阶数，K≥2，并且K大于L，阶数越大，阻带衰减越大。利用转换原则置换后，一种改进型级联积分梳妆插值滤波器，依次包括：(1)一通带滚降补偿单元，包括两加法器、两延迟单元z-1及z-2和两常数乘法单元；通带滚降补偿单元用来弥补递归型CIC插值滤波器通带滚降，其具有如下的系统函数：G(z)＝A[1+Bz-1+z-2]，其中A＝-2-(b+2)，B＝-(2b+2+2)，b是整数；(2)一第二滤波器单元，包括一梳妆滤波器组、一积分器组和一插值器；其中梳妆滤波器组至少包含两个梳妆滤波器，积分器组至少包含两个积分器；输入的数字信号经过梳妆滤波器进行滤波，插值器对输入的数字信号插入M2-1个“0”，其中M2为要实现的第二次插值倍数，M2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改进型级联积分梳妆插值滤波器，依次包括：（１）一第一滤波器单元，包括一梳妆滤波器组、一积分器组和一插值器；其中梳妆滤波器组至少包含两个梳妆滤波器，积分器组至少包含两个积分器；输入的数字信号经过梳妆滤波器组进行滤波，插值器对输入的数字信号插入Ｍ↓［１］－１个“０”，其中Ｍ↓［１］为要实现的第一次插值倍数，Ｍ↓［１］为总的插值倍数Ｍ的因子，积分器组对插值器处理后的信号延迟相加得到较高采样频率频率的信号；所述的第一滤波器单元其具有如下的系统函数：Ｈ↓［１］（ｚ）＝［１／Ｍ↓［１］１－ｚ↑［－Ｍ↓［１］］／１－ｚ↑［－１］］↑［Ｌ］，其中１－ｚ↑［－Ｍ↓［１］］为梳妆滤波器的系统函数，１／１－ｚ↑［－１］为积分器的系统函数，Ｍ↓［１］为要实现的第一次插值倍数，Ｌ为第一滤波器的阶数，Ｌ≥１；（２）一第二滤波器单元，包括一梳妆滤波器组、一积分器组和一插值器；其中梳妆滤波器组至少包含两个梳妆滤波器，积分器组至少包含两个积分器；输入的数字信号经过梳妆滤波器进行滤波，插值器对输入的数字信号插入Ｍ↓［２］－１个“０”，其中Ｍ↓［２］为要实现的第二次插值倍数，Ｍ↓［２］为总的插值倍数Ｍ的因子，一般为２的幂次方，同时Ｍ↓［１］×Ｍ↓［２］＝Ｍ；积分器对插值器处理后的信号延迟相加得到较高采样频率频率的信号；所述的第二滤波器单元其具有如下的系统函数：Ｈ↓［２］（ｚ↑［Ｍ↓［１］］）＝［１／Ｍ↓［２］１－ｚ↑［－Ｍ↓［１］Ｍ↓［２］］／１－ｚ↑［－Ｍ↓［１］］］↑［Ｋ］，其中１－ｚ↑［Ｍ↓［１］Ｍ↓［２］］为梳妆滤波器的系统函数，１／１－ｚ↑［－Ｍ↓［１］］为积分器的系统函数，Ｍ↓［２］为要实现的第二次插值倍数，Ｋ为第二滤波器的阶数，Ｋ≥２，并且Ｋ大于Ｌ；（３）一通带滚降补偿单元，包括两加法器、两延迟单元ｚ↑［－Ｍ］及ｚ↑［－２Ｍ］和两常数乘法单元；通带滚降补偿单元用于弥补递归型ＣＩＣ插值滤波器通带滚降，其具有如下的系统函数：Ｇ（ｚ↑［Ｍ］）＝Ａ［１＋Ｂｚ↑［－Ｍ］＋ｚ↑［－２Ｍ］］，其中Ａ＝－２↑［－（ｂ＋２）］，Ｂ＝－（２↑［ｂ＋２］＋２），ｂ是整数。...

【技术特征摘要】
1.一种改进型级联积分梳妆插值滤波器，依次包括：(1)一第一滤波器单元，包括一梳妆滤波器组、一积分器组和一插值器；其中梳妆滤波器组至少包含两个梳妆滤波器，积分器组至少包含两个积分器；输入的数字信号经过梳妆滤波器组进行滤波，插值器对输入的数字信号插入M1-1个“0”，其中M1为要实现的第一次插值倍数，M1为总的插值倍数M的因子，积分器组对插值器处理后的信号延迟相加得到较高采样频率频率的信号；所述的第一滤波器单元其具有如下的系统函数：其中为梳妆滤波器的系统函数，为积分器的系统函数，M1为要实现的第一次插值倍数，L为第一滤波器的阶数，L≥1；(2)一第二滤波器单元，包括一梳妆滤波器组、一积分器组和一插值器；其中梳妆滤波器组至少包含两个梳妆滤波器，积分器组至少包含两个积分器；输入的数字信号经过梳妆滤波器进行滤波，插值器对输入的数字信号插入M2-1个“0”，其中M2为要实现的第二次插值倍数，M2为总的插值倍数M的因子，一般为2的幂次方，同时M1×M2＝M；积分器对插值器处理后的信号延迟相加得到较高采样频率频率的信号；所述的第二滤波器单元其具有如下的系统函数：其中为梳妆滤波器的系统函数，为积分器的系统函数，M2为要实现的第二次插值倍数，K为第二滤波器的阶数，K≥2，并且K大于L；(3)一通带滚降补偿单元，包括两加法器、两延迟单元z-M及z-2M和两常数乘法单元；通带滚降补偿单元用于弥补递归型CIC插值滤波器通带滚降，其具有如下的系统函数：G(zM)＝A[1+Bz-M+z-2M]，其中A＝-2-(b+2)，B＝-(2b+2+2)，b是整数。2.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓鹏，韩雁，张泽松，杨建义，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]