一種cic濾波器及其實現方法
2023-09-23 15:48:05 2
專利名稱：一種cic濾波器及其實現方法
技術領域：
本發明涉及電子技術領域，尤其涉及一種CIC濾波器及其實現方法。
背景技術：
CIC濾波器是級聯積分梳狀濾波器的縮寫。級數為m、插值(或抽取)因子為d的CIC濾波器的傳遞函數為H(Z)=1dm(1-Z-d1-Z-1)m]]>其中分子是梳狀濾波器，分母是積分器，指數m代表m個濾波器級聯。CIC濾波器由於實現結構簡單，在數字中頻處理中通常用於抽取時的抗混疊濾波和插值時的鏡像抑制濾波。
如圖1所示，為m級CIC濾波器實現d倍插值功能的傳統實現結構，圖中Fs為採樣頻率。對於實現d倍插值功能的m級CIC各級處理定點位寬計算可以按照下面公式Gj=2j(j=1,2,3...,m)2(2m-j)d(j-m)(j=m+1,m+2,...,2m)---(1)]]>Wj＝(Bin+log2Gj)(2)其中Gj表示第j級梳狀濾波器或者積分器的增益；Bin表示輸入數據定點位寬；Wj表示第j級梳狀濾波器或者積分器的定點處理位寬。
現有技術存在以下缺點1、佔用資源較多，處理延時較大；2、在時鐘出現異常時會導致CIC積分器進入異常工作狀態，而且由於積分器具有記憶效應，該異常狀態將一直存在，而導致CIC始終處於異常狀態而不能恢復。
發明內容
本發明以克服現有技術的缺陷為目的，提供一種CIC濾波器的實現方法，其特徵在於，包括以下步驟步驟一將數據信號輸入一梳狀濾波器組進行濾波，所述梳狀濾波器組由若干梳狀濾波器級聯而成；步驟二將濾波後的數據信號輸入一保持器；步驟三將保持器輸出的數據信號經一積分器組輸出，所述積分器組由若干積分器級聯而成，與所述梳狀濾波器組的級數相同。
所述的方法還包括一步驟四將數據信號在最後一級積分器上增加一比特冗餘位，檢測最後一級積分器的輸出信號，當該輸出信號的最高位與次高位不一致時，對CIC濾波器進行復位。
所述的方法還包括一步驟五另將數據信號由一冗餘積分器輸出，所述冗餘積分器與最後一級積分器並聯，檢測所述冗餘積分器的輸出信號與最後一級積分器的輸出信號，當二者不一致時，對CIC濾波器進行復位。
所述的各級梳狀濾波器和積分器的定點處理位寬符合下列公式Gj=2j(j=1,2,3...,m)2(2m-j)d(j-m)(j=m+1,m+2,...,2m)]]>Wj＝(Bin+log2Gj)其中m表示級數；Gj表示第j級梳狀濾波器或者積分器的增益；Bin表示輸入數據定點位寬；Wj表示第j級梳狀濾波器或者積分器的定點處理位寬。
本發明還提供一種CIC濾波器，其特徵在於，包括梳狀濾波器組，保持器、積分器組；所述梳狀濾波器組由若干梳狀濾波器級聯而成；所述積分器組由若干積分器級聯而成，與所述梳狀濾波器組的級數相同；所述保持器串聯在最後一級梳狀濾波器的輸出端和第一級積分器的輸入端之間；所述的濾波器還包括一復位信號產生器，接收並檢測CIC濾波器的輸出信號，當該輸出信號異常時，向CIC濾波器輸出復位信號。
所述的濾波器還包括一個或數個冗餘積分器，與最後一級積分器並聯，輸出信號接入復位信號產生器。
根據本發明，所述復位信號產生器包括高二位判斷模塊和相等判斷模塊二者之一或者組合；所述高二位判斷模塊接收並檢測CIC濾波器輸出信號，當該輸出信號的最高位和次高位不一致時，向CIC濾波器輸出復位信號，所述CIC濾波器輸出信號在最後一級積分器上增加一比特冗餘位；所述相等判斷模塊接收並檢測冗餘積分器的輸出信號與CIC濾波器的輸出信號，當二者不一致時，向CIC濾波器輸出復位信號。
根據本發明，復位信號產生器包括高二位判斷模塊、相等判斷模塊和或運算模塊；所述或運算模塊對所述高二位模塊和相等判斷模塊輸出的復位信號進行或運算後輸出給CIC濾波器。
使用本發明所述技術方案，具有以下有益效果1、優化實現結構，節約了資源；2、減小了處理延時；3、增加了CIC濾波器工作狀態異常時的自恢復機制。CIC濾波器因時鐘等異常而進入異常工作狀態，在時鐘恢復正常後，確保CIC能夠跟著自恢復。
圖1傳統的m級CIC濾波器實現d倍插值功能的結構示意圖；圖2為依據本發明所述方法得到的CIC濾波器的簡化結構示意圖；圖3本發明所述簡化CIC濾波器實現異常狀態自恢復結構示意圖；圖4為實施例二5級級聯實現4倍插值的CIC的實現結構示意圖。
具體實施例方式
現結合具體實施例並配合附圖進一步詳細說明本發明。
實施例一如圖3所示，根據本發明所述方法，m級級聯實現d倍差值，具有異常狀態自恢復功能的簡化CIC濾波器結構示意圖。圖中COMB為梳狀濾波器。INTEG為積分器。本實施例結構包括m-1梳狀濾波器和m-1積分器，一個保持器，一個復位信號產生器和一個最後一級積分器的冗餘積分器。
梳狀濾波器和積分器分別級聯，之間串接保持器，數據依次經梳狀濾波器、保持器、積分器輸出，實現濾波功能。各梳狀濾波器或各積分器結構相同，各級處理定點位寬可由公式(1)和公式(2)計算。
保持器的基本原理是這樣假設是m級CIC實現d倍插值，則保持器是將一個時鐘周期的信號保持為d個時鐘周期。設輸入保持器的信號{a，b，c，d，e}，經過保持器輸出的信號{a，a，...，a，b，b，...，b，c，c，...，c，d，d，...，d，e，e，...，e}，其中a，b，c，d，e各有d個。
復位信號產生器中接收並檢測CIC濾波器和冗餘積分器的輸出信號，當出現異常情況時輸出復位信號，從而實現CIC濾波器工作狀態異常時的自恢復。
復位信號產生器的工作原理是這樣的，實際系統中的時鐘會存在抖動或者時鐘切換等異常情況，而CIC濾波器中有若干級積分器，這樣在時鐘異常的瞬間會導致積分器中的值處於不確定狀態，由於積分器具有記憶效應，因此該不確定狀態將會一直保持，從而使得在時鐘恢復正常後CIC還是處於工作異常狀態，且該狀態不可恢復。為了使得CIC濾波器能夠從異常狀態中自恢復，在最後一級積分器中增加一比特冗餘位，將實現位寬擴展1比特，正常情況下，最高位與次最高位應該完全一樣，即CIC輸出數據沒有發生溢出；在異常情況下，CIC輸出數據溢出導致最高位與次最高位不一樣，即符號位發生翻轉。對最後一級積分器輸出的最高兩比特的判斷即可確認CIC是否工作異常，當工作異常時直接將CIC全部復位，使得各級CIC均處於確知狀態，通過這種方法可以檢測並恢復由最後一級積分器之前的若干級積分器異常所導致的CIC溢出情況。
為了能夠最大概率的避免上述異常現象，增加一個最後一級積分器的冗餘，如圖3所示，在最後一級積分器上並聯一冗餘積分器，當冗餘積分器的輸出與最後一級積分器輸出完全一致，則表示CIC沒有異常；否則表示CIC工作異常。這種情況下需要將CIC全部清零。理論上冗餘積分器越多，檢測出異常狀態的概率越大，但是會浪費較多資源，實際使用一級冗餘已經能夠達到較好的恢復效果。
因此，本實施例中復位信號產生的邏輯過程可以用下面偽碼表示if((A[k-10]不等於B[k-10])或者(A[k-1]不等於A[k-2]))輸出復位信號對各級CIC進行復位操作else不輸出復位信號。
實施例二依據本發明所述的方法，5級級聯實現4倍插值的CIC的實現結構可以簡化為圖4所示的結構。本實施例中，復位信號產生器由三部分組成1)高二位判斷模塊，用以判斷輸出數據的最高位和次高位進行是否相等，在不相等時輸出復位信號；2)相等判斷模塊，用以判斷最後一級積分器的輸出和冗餘積分器的輸出是否相等，在不相等時輸出復位信號；3)或運算模塊。
各級位寬由公式(1)和公式(2)計算，計算結果如下表所示
權利要求
1.一種CIC濾波器的實現方法，其特徵在於，包括以下步驟步驟一將數據信號輸入一梳狀濾波器組進行濾波，所述梳狀濾波器組由若干梳狀濾波器級聯而成；步驟二將濾波後的數據信號輸入一保持器；步驟三將保持器輸出的數據信號經一積分器組輸出，所述積分器組由若干積分器級聯而成，與所述梳狀濾波器組的級數相同。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括一步驟四將數據信號在最後一級積分器上增加一比特冗餘位，檢測最後一級積分器的輸出信號，當該輸出信號的最高位與次高位不一致時，對CIC濾波器進行復位。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，還包括一步驟五另將數據信號由一冗餘積分器輸出，所述冗餘積分器與最後一級積分器並聯，檢測所述冗餘積分器的輸出信號與最後一級積分器的輸出信號，當二者不一致時，對CIC濾波器進行復位。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的各級梳狀濾波器和積分器的定點處理位寬符合下列公式 Wj＝(Bin+log2Gj)其中m表示級數；Gj表示第j級梳狀濾波器或者積分器的增益；Bin表示輸入數據定點位寬；Wj表示第j級梳狀濾波器或者積分器的定點處理位寬。
5.一種CIC濾波器，其特徵在於，包括梳狀濾波器組，保持器、積分器組；所述梳狀濾波器組由若干梳狀濾波器級聯而成；所述積分器組由若干積分器級聯而成，與所述梳狀濾波器組的級數相同；所述保持器串聯在最後一級梳狀濾波器的輸出端和第一級積分器的輸入端之間。
6.如權利要求5所述的濾波器，其特徵在於，還包括一復位信號產生器，接收並檢測CIC濾波器的輸出信號，當該輸出信號異常時，向CIC濾波器輸出復位信號。
7.如權利要求6所述的濾波器，其特徵在於，還包括一個或數個冗餘積分器，與最後一級積分器並聯，輸出信號接入復位信號產生器。
8.如權利要求7所述的濾波器，其特徵在於，所述復位信號產生器包括高二位判斷模塊和相等判斷模塊二者之一或者組合；所述高二位判斷模塊接收並檢測CIC濾波器輸出信號，當該輸出信號的最高位和次高位不一致時，向CIC濾波器輸出復位信號，所述CIC濾波器輸出信號在最後一級積分器上增加一比特冗餘位；所述相等判斷模塊接收並檢測冗餘積分器的輸出信號與CIC濾波器的輸出信號，當二者不一致時，向CIC濾波器輸出復位信號。
9.如權利要求6所述的濾波器，其特徵在於，所述復位信號產生器包括高二位判斷模塊、相等判斷模塊和或運算模塊；所述高二位判斷模塊接收並檢測所述CIC濾波器輸出信號，當該輸出信號的最高位和次高位不一致時，向CIC濾波器輸出復位信號，所述CIC濾波器輸出信號在最後一級積分器上增加一比特冗餘位；所述相等判斷模塊接收並檢測所述冗餘積分器的輸出信號與CIC濾波器的輸出信號，當二者不一致時，向CIC濾波器輸出復位信號；所述或運算模塊對所述高二位模塊和相等判斷模塊輸出的復位信號進行或運算後輸出給CIC濾波器。
10.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述的各級梳狀濾波器和積分器的定點處理位寬符合下列公式 Wj＝(Bin+log2Gj)其中m表示級數；Gj表示第j級梳狀濾波器或者積分器的增益；Bin表示輸入數據定點位寬；Wj表示第j級梳狀濾波器或者積分器的定點處理位寬。
全文摘要
一種CIC濾波器的實現方法，包括以下步驟將數據信號輸入一梳狀濾波器組進行濾波，所述梳狀濾波器組由若干梳狀濾波器級聯而成；將濾波後的數據信號輸入一保持器；將保持器輸出的數據信號經一積分器組輸出，所述積分器組由若干積分器級聯而成，與所述梳狀濾波器組的級數相同。一種CIC濾波器，包括梳狀濾波器組，由若干梳狀濾波器級聯而成；積分器組，由若干積分器級聯而成；保持器，串聯在最後一級梳狀濾波器的輸出端和第一級積分器的輸入端之間。
文檔編號H03H17/06GK1635706SQ20031011602
公開日2005年7月6日 申請日期2003年12月29日 優先權日2003年12月29日
發明者李剛, 孟慶鋒, 劉建華 申請人:華為技術有限公司