无限脉冲响应滤波器及其数据处理方法与流程

专利2025-06-06  76


本申请涉及数字滤波器,具体涉及一种无限脉冲响应滤波器及其数据处理方法。


背景技术:

1、近年来,随着信息科学技术的发展,数字滤波器在电子信息领域扮演着越来越重要的角色。数字滤波器因其高精度、易于集成、性能稳定,被广泛应用于图形处理、电子通信、航空、军事、生物医疗等各个领域。由于数字滤波器强大的数字信号处理能力,它在信息传输领域发挥着无可替代的作用。

2、数字滤波器由基本的逻辑元器件(乘法器、加法器、延时器)组成,可以对信号的频率成分进行选择,传输所需的频段信号,过滤干扰噪声。但由于数字滤波器含有乘法器,硬件构成复杂,实现困难,同时乘法器的运算特性也限制了数字滤波器的运算速度。为了保证数字滤波器能够在复杂的工作环境里对信号进行实时高速处理,无乘法数字滤波器设计成为了解决问题的关键。


技术实现思路

1、为了解决上述技术问题,本申请提供了一种无限脉冲响应滤波器及其数据处理方法,旨在实现一种面积小、能准确收敛且精度高的无限脉冲响应(iir)滤波器。

2、根据本申请第一方面,提供了一种无限脉冲响应滤波器,包括:

3、移位电路,用于对输入反馈信号和输出反馈信号的差值信号进行移位操作,以获得所述差值信号相对于滤波器系数的加权信号;

4、误差补偿电路,用于根据所述差值信号所处的范围生成补偿信号,以对所述移位电路在移位操作过程中的比特截断误差进行补偿;

5、第一加法电路,用于对所述加权信号、所述补偿信号和所述输出反馈信号进行相加,生成输出信号;

6、反馈路径,用于对所述输出信号的部分进行反馈,提供所述输出反馈信号。

7、可选地,所述差值信号的比特位包括符号位、在移位操作后被保留的多个有效位和在移位操作后被舍去的至少一个无效位。

8、可选地,所述误差补偿电路包括:

9、残差放大电路,用于对所述差值信号中至少一个无效位对应的数字信号进行放大,并根据所述差值信号中符号位的符号信息以及放大结果生成所述补偿信号。

10、可选地,所述残差放大电路包括数字比较单元,所述数字比较单元用于比较所述差值信号中至少一个无效位对应的数字信号与数字信号0的大小关系,

11、并在该至少一个无效位对应的数字信号大于数字信号0且所述差值信号中符号位的符号信息为正时输出d作为所述补偿信号,

12、在该至少一个无效位对应的数字信号大于数字信号0且所述差值信号中符号位的符号信息为负时输出-d作为所述补偿信号,

13、在该至少一个无效位对应的数字信号等于数字信号0时输出数字信号0作为所述补偿信号,

14、其中,d为大于等于1的数字信号。

15、可选地,所述残差放大电路被配置为利用step阶跃激活函数来实现所述数字比较单元的功能。

16、可选地,所述无限脉冲响应滤波器还包括:

17、启动控制单元,用于对所述差值信号中多个有效位对应的数字信号和预设的数字信号阈值进行比较,

18、并在所述差值信号中多个有效位对应的数字信号大于该预设的数字信号阈值时输出无效的使能信号,控制所述误差补偿电路处于关机或待机状态,

19、在所述差值信号中多个有效位对应的数字信号小于或等于该预设的数字信号阈值时输出有效的使能信号,控制所述误差补偿电路处于工作状态。

20、可选地,所述反馈路径包括:

21、延时电路,用于对所述输出信号进行延迟处理,以根据所述输出信号的历史数据获得所述输出反馈信号。

22、可选地,所述滤波器系数等于2的j次幂,j为整数;

23、所述移位电路包括:

24、移位器,用于将所述差值信号左移j位,以获得所述差值信号相对于所述滤波器系数的加权信号。

25、可选地,所述滤波器系数处于2的j次幂与2的j+1次幂之间,j为整数;

26、所述移位电路包括:

27、至少一个移位器,每个所述移位器用于将所述差值信号进行移位操作;

28、第二加法器,用于将至少一个所述移位器的输出信号进行相加或相减,以获得所述差值信号相对于所述滤波器系数的加权信号。

29、可选地,所述无限脉冲响应滤波器还包括:

30、系数寄存器,用于存储所述无限脉冲响应滤波器的滤波器系数;

31、控制单元,用于调整输出至所述移位电路的滤波器系数,以实现所需的滤波功能。

32、可选地,所述无限脉冲响应滤波器还包括:

33、前馈路径,用于对所述无限脉冲响应滤波器的输入信号的至少部分进行前馈,以提供所述输入反馈信号。

34、根据本申请第二方面,提供了一种无限脉冲响应滤波器的数据处理方法,包括:

35、对输出信号的部分进行反馈,提供输出反馈信号;

36、对输入反馈信号和输出反馈信号的差值信号进行移位操作,以获得所述差值信号相对于滤波器系数的加权信号;

37、根据所述差值信号所处的范围生成补偿信号,所述补偿信号用于对移位操作过程中的比特截断误差进行补偿;

38、对所述加权信号、所述补偿信号和所述输出反馈信号进行相加,生成输出信号。

39、可选地,所述差值信号的比特位包括符号位、在移位操作后被保留的多个有效位和在移位操作后被舍去的至少一个无效位;

40、根据所述差值信号所处的范围生成补偿信号包括:

41、在所述差值信号中至少一个无效位对应的数字信号大于数字信号0且所述差值信号中符号位的符号信息为正时输出d作为所述补偿信号;

42、在所述差值信号中至少一个无效位对应的数字信号大于数字信号0且所述差值信号中符号位的符号信息为负时输出-d作为所述补偿信号;

43、在所述差值信号中至少一个无效位对应的数字信号等于数字信号0时输出数字信号0作为所述补偿信号,

44、其中,d为大于等于1的数字信号。

45、本申请的有益效果至少包括:

46、本申请实施例在无限脉冲响应滤波器中设置了移位电路和误差补偿电路,移位电路可以通过移位操作来等效实现乘法加权,因此基于移位电路的面积小的优点,可以减小iir滤波器的占用面积,而残差放大器可以根据输入反馈信号和输出反馈信号的差值信号所处的范围生成补偿信号,利用该补偿信号可以对移位电路在移位操作过程中的比特截断误差进行补偿,从而减小因移位操作而带来的精度损失,相较于现有方案,本申请方案能够使得iir滤波器在具有面积小的优点的同时,仍然可以完成收敛,提高了滤波器的输出精度。

47、应当说明的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的,并不能限制本申请。



技术特征:

1.一种无限脉冲响应滤波器,包括:

2.根据权利要求1所述的无限脉冲响应滤波器,其中,所述差值信号的比特位包括符号位、在移位操作后被保留的多个有效位和在移位操作后被舍去的至少一个无效位。

3.根据权利要求2所述的无限脉冲响应滤波器,其中,所述误差补偿电路包括:

4.根据权利要求3所述的无限脉冲响应滤波器,其中,所述残差放大电路包括数字比较单元,所述数字比较单元用于比较所述差值信号中至少一个无效位对应的数字信号与数字信号0的大小关系,

5.根据权利要求4所述的无限脉冲响应滤波器,其中,所述残差放大电路被配置为利用step阶跃激活函数来实现所述数字比较单元的功能。

6.根据权利要求3-5中任一项所述的无限脉冲响应滤波器,其中,所述无限脉冲响应滤波器还包括:

7.根据权利要求1所述的无限脉冲响应滤波器,其中,所述反馈路径包括:

8.根据权利要求1所述的无限脉冲响应滤波器,其中,所述滤波器系数等于2的j次幂,j为整数;

9.根据权利要求1所述的无限脉冲响应滤波器,其中,所述滤波器系数处于2的j次幂与2的j+1次幂之间,j为整数;

10.根据权利要求1、8和9中任一项所述的无限脉冲响应滤波器,其中,所述无限脉冲响应滤波器还包括:

11.根据权利要求1所述的无限脉冲响应滤波器,其中,所述无限脉冲响应滤波器还包括:

12.一种无限脉冲响应滤波器的数据处理方法,包括:

13.根据权利要求12所述的数据处理方法,其中,所述差值信号的比特位包括符号位、在移位操作后被保留的多个有效位和在移位操作后被舍去的至少一个无效位;


技术总结
本申请提供了一种无限脉冲响应滤波器及其数据处理方法,该无限脉冲响应滤波器包括移位电路、误差补偿电路、第一加法电路以及反馈路径,其中,反馈路径用于对滤波器的输出信号的部分进行反馈,提供输出反馈信号;移位电路利用移位操作来等效实现对输入反馈信号和输出反馈信号的差值信号相对于滤波器系数的乘法加权;误差补偿电路根据该差值信号所处的范围生成补偿信号;第一加法电路则将加权信号、补偿信号和输出反馈信号进行相加,生成输出信号。通过在无限脉冲响应滤波器中设置残差放大器,可以减小移位操作带来的精度损失,使得IIR滤波器在具有面积小的优点的同时,仍然可以完成收敛,提高了滤波器的输出精度。

技术研发人员:汤俊飞,郑忠华
受保护的技术使用者:思瑞浦微电子科技(上海)有限责任公司
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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