專利名稱：波形數(shù)字濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字濾波器，尤其是波形數(shù)字濾波器。
背景技術(shù)：
波形數(shù)字濾波器(WDF)是數(shù)字濾波器的子集，被認(rèn)為具有良好的動態(tài)范圍、低舍入噪聲和固有穩(wěn)定性。在數(shù)字處理中，當(dāng)需要使濾波器系數(shù)中使用的位的數(shù)量最小化時，WDF尤其有效。在Alfred Fettweis的”Wave Digital FiltersTheory and Practice”中可以找到對WDF的一般介紹，此文發(fā)表在IEEE會刊1986年2月一期第74卷第2頁上，已經(jīng)被列為對比文獻(xiàn)。
WDF通常包括多個串聯(lián)的適配器、存儲元件和反相器，一起形成已知模擬濾波器的數(shù)字等效器件。存儲元件和反相器是用來構(gòu)成基本模擬元件(例如電容器和電感線圈)的數(shù)字等效器件，適配器是用來將存儲元件和反相器互相連接，存儲元件和反相器代表了已知模擬濾波器不同的基本模擬元件。
適配器是組合(無存儲器能力)元件，包括乘法器和加法器。適配器一般具有多個端口，通常為兩個或者三個，每個端口包括輸入和輸出。
圖1A和圖1B是現(xiàn)有技術(shù)中已知的七級WDF20的示意性方框圖。WDF20包括七個串聯(lián)的三端口適配器22。每個適配器包括三個輸入線(In1、In2、In3)和三個輸出線(Out1、Out2、Out3)。每個適配器22的端口之一選擇性地連接至各自的寄存器24，寄存器24存儲WDF20的內(nèi)狀態(tài)值。每個適配器22(除了兩端的適配器22A和22G)的其他兩個端口連接至相鄰適配器22各自的端口。適配器22A通過其輸入線In1 26選擇性地接收濾波器20的輸入值，適配器22G在Out1輸出線28上提供濾波器輸出。一般地，為適配器22G的輸入線輸入恒量零值。需要指出，適配器22的方向即其端口連接是變化的。
七個適配器22包括四個約束串行適配器22A、22C、22E和22G，兩個約束并行適配器22B和22F，以及一個無約束并行適配器22D。約束串行適配器22A、22C、22E和22G由下面的方程式?jīng)Q定Out1＝In1-(x(In1+In2+In3)Out2＝In3-Out1Out3＝-In1-In2約束并行適配器22B和22F遵循下面的方程式Out1＝In3+(1-oc)(In2-In1)Out2＝In3-a(In2-In1) (2)Out3＝In-)-(In2-In1)無約束并行適配器22D遵循下面的方程式Out1＝In3+(1-α1)(In3-In1)-α2(In3-In2)Out＝Ing-a](Ing-Ini)+(1-a2)(Ing-In)(3)Out3＝In3-a1(In3-In1)-a(In3-In？)在這些方程式中，a、a1和α2是各適配器22的系數(shù)，并具有為每個適配器確定的值。需要指出，不同類型的適配器具有不同數(shù)量的系數(shù)。這些系數(shù)確定了WDF的頻率特性(即傳遞函數(shù))。例如，在上述AlfredFettweis的參考文獻(xiàn)中說明了為系數(shù)選擇合適值的方法。
對于其他濾波器，希望能使功率消耗最小化。
對于適配器的體積，為了節(jié)省時間、空間和功率消耗，使用普通硬件對適配器的不同輸出進(jìn)行計算。例如，在約束串行適配器中，Out1的計算結(jié)果用于Out2的計算。
圖2A、圖2B和圖2C是現(xiàn)有技術(shù)中已知的約束串行適配器30、約束并行適配器32和無約束并行適配器34結(jié)構(gòu)的示意性說明。
適配器30、32和34是可以用作濾波器20的適配器22的適配器的特別實(shí)施方式。適配器30、32和34包括加法器52、反相器54和乘法器56，這些器件以某種方式組織在一起，執(zhí)行各自的方程式(1)、(2)和(3)。
由荷蘭代夫特科技大學(xué)的Manshanden和Nouta在1997年9月11日發(fā)表的”Design of Wave Digital Filters with MinimalCoefficientlength”一文被引作對比文獻(xiàn)，這篇論文提出，為了減小WDF的芯片尺寸，可以減小由WDF的適配器相乘的系數(shù)的字長。另外，該論文建議通過限制系數(shù)中“1”位的數(shù)量減小WDF的芯片尺寸和功率消耗。但是還希望能使功率消耗進(jìn)一步減小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一些實(shí)施例的一個方面涉及一種波形數(shù)字濾波器，包括至少一個延遲部件，延遲部件可以制止WDF中的非有效(即臨時不正確的值)計算結(jié)果的傳播。由于大部分的WDF功率消耗是由“0”和“1”值之間的觸發(fā)造成的，通過制止非有效結(jié)果的傳播，消除了不必要的值的觸發(fā)，功率消耗被極大地降低了。
WDF的功率消耗的主要原因在于WDF的大的組合邏輯部分，此部分能在不同的時間接收不同的輸入。當(dāng)濾波器的輸入改變(包括內(nèi)狀態(tài)中的改變)時，組合適配器改變其輸出，并因而導(dǎo)致值通過WDF來回傳播，直至所有適配器的輸出都穩(wěn)定下來。通過制止WDF的適配器接收非有效值和/或在所有計算輸出值所需的輸入值有效之前制止輸出數(shù)值，這種來回的傳播被極大地消除了。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，至少一個延遲部件包括一個或多個鎖存器和/或其他門，它們在其保持的值非有效時保持關(guān)閉，在其保持的值變得有效時打開。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，至少使用了一個延遲部件，在適配器的一個或多個其他輸入變得有效之前對有效值到達(dá)適配器進(jìn)行延遲。至少一個延遲部件選擇性地使有效值發(fā)生延遲，因而使適配器為進(jìn)行計算所需的輸入被同時接收。因此，響應(yīng)于多個同時改變的值，適配器只進(jìn)行一次計算，而不是進(jìn)行多個計算。
因而，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，本發(fā)明提供了一種波形數(shù)字濾波器，波形濾波器包括多個無存儲器適配器，每個適配器具有兩個或多個端口，每個端口包括輸入和輸出，并具有至少一個受控門，受控門可以對進(jìn)入至少一個適配器的至少一個輸入的值的傳播進(jìn)行延遲。
可選擇地，至少一個受控門包括至少一個鎖存器。作為選擇或者附加，至少一個受控門包括至少一個選通脈沖門(strobe gate)。可選擇地，至少一個受控門在被其延遲的值預(yù)期為有效時打開。
可選擇地，被至少一個受控門所延遲的值被用來執(zhí)行一個函數(shù)，當(dāng)用于執(zhí)行函數(shù)的所有值預(yù)期為有效時，受控門打開?？蛇x擇地，當(dāng)輸入至少一個適配器中的所有值預(yù)期為有效時，至少一個受控門打開?？蛇x擇地，濾波器包括至少一個延遲部件，延遲部件可以將輸入至少一個適配器的至少一個輸入中的值的傳播延遲一個預(yù)先確定的時間。
可選擇地，至少一個延遲部件包括至少一個受控門和/或至少一個非受控延遲元件?？蛇x擇地，至少一個延遲部件使值的傳播延遲，從而使該值與另一個由適配器所接收的值同時輸入適配器?？蛇x擇地，傳播被延遲一個預(yù)定時間的值包括有效值。
可選擇地，至少一個受控門位于適配器中。
可選擇地，多個適配器中至少某些是三端口適配器?？蛇x擇地，傳播受到延遲的進(jìn)入適配器的值是從不同的適配器接收的。
可選擇地，波形數(shù)字濾波器提供一個或多個結(jié)果，至少一個受控門不影響由波形數(shù)字濾波器提供的結(jié)果?？蛇x擇地，值的傳播受到延遲的至少一個適配器中的每個適配器包括至少一個乘法器?？蛇x擇地，多個適配器中的每個適配器包括至少一個乘法器。
可選擇地，多個適配器包括至少兩個或三個不同類型的適配器。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，本發(fā)明還提供了一種波形數(shù)字濾波器，包括多個無存儲器的適配器，每個適配器具有兩個或多個端口，每個端口包括輸入和輸出，并具有至少一個延遲部件，延遲部件可以使輸入到至少一個適配器的至少一個輸入的第一值的傳播受到延遲，因而第一值與適配器另一個輸入上的第二值同時被接收到。可選擇地，至少一個延遲部件包括受控門和/或非受控延遲元件。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，本發(fā)明還提供了一種使用波形數(shù)字濾波器對信號進(jìn)行濾波的方法，方法包括提供輸入，輸入攜帶一個值，波形數(shù)字濾波器的無存儲器的適配器需要此值進(jìn)行計算；使輸入延遲，直至值有效；將有效值提供給適配器。
可選擇地，提供輸入包括提供攜帶來自不同適配器的結(jié)果的輸入?？蛇x擇地，使輸入延遲包括延遲一個預(yù)先確定的時間。
作為選擇或者附加，使輸入延遲包括延遲到進(jìn)行計算所需的所有輸入都有效?？蛇x擇地，使輸入延遲包括在鎖存器和/或選通脈沖門(strobe gate)中進(jìn)行延遲。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，本發(fā)明還提供了一種使用波形數(shù)字濾波器對信號進(jìn)行濾波的方法，方法包括提供輸入，輸入攜帶一個值，波形數(shù)字濾波器的無存儲器的適配器需要此值進(jìn)行計算；使第一輸入上的值延遲，直至在適配器的第二輸入上接收到有效值；將延遲的值提供給適配器。
可選擇地，使第一輸入上的值延遲包括延遲一個預(yù)先確定的時間。可選擇地，使第一輸入上的值延遲包括使用鎖存器和/或非受控延遲元件中進(jìn)行延遲。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，本發(fā)明還提供了一種使用波形數(shù)字濾波器對信號進(jìn)行濾波的方法，波形濾波器包括多個適配器，每個適配器對多個輸出值進(jìn)行計算，方法包括為濾波器提供時鐘信號；響應(yīng)于提供的時鐘信號，啟動對少于濾波器的所有適配器的第一組適配器的一個或多個輸出值進(jìn)行計算。
可選擇地，啟動計算包括啟動對少于第一組適配器的所有輸出值的值啟動計算?？蛇x擇地，方法包括在對第一組適配器的一個或多個輸出值計算完畢之后，啟動對少于波形濾波器的所有適配器的第二組適配器(與第一組不同)的一個或多個輸出值進(jìn)行計算。可選擇地，第一和第二組適配器不包括公共適配器。
可選擇地，方法包括在對第二組適配器的一個或多個輸出值計算完畢之后，啟動對第一組適配器的另外的一個或多個輸出值(與先前計算的輸出值不同)進(jìn)行計算?？蛇x擇地，對第一組適配器的另外的輸出值的計算，以第二組適配器的一個或多個輸出值中至少一個值為基礎(chǔ)。可選擇地，對第二組適配器的另外的輸出值的計算，以第一組適配器的一個或多個輸出值中至少一個值為基礎(chǔ)。可選擇地，啟動對少于所有適配器的輸出值的計算包括對未包含在第一組中的至少某些適配器的輸入值進(jìn)行延遲。


下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的非限制性實(shí)施例進(jìn)行說明。相同的結(jié)構(gòu)、元件或部分在各圖中用相同或類似的數(shù)字表示。
圖1A和圖1B是現(xiàn)有技術(shù)中波形數(shù)字濾波器的示意性方框圖；圖2A、圖2B和圖2C是現(xiàn)有技術(shù)中適配器的示意性方框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的三端口適配器的功能圖；圖4是圖3中根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的適配器運(yùn)轉(zhuǎn)的時序圖；圖5A、圖5B和圖5C是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的約束串行適配器、約束并行適配器和無約束并行適配器的示意性方框圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的波形數(shù)字濾波器運(yùn)轉(zhuǎn)的時序圖；圖7A和圖7B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的波形數(shù)字濾波器的示意性方框圖。
具體實(shí)施例方式
圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的三端口約束適配器42的功能圖。具有適配器42功能的適配器(在下文將進(jìn)行說明)可以選擇性地用于波形數(shù)字濾波器，例如用于波形濾波器20。
適配器42包括三個輸入In1、In2和In3，以及三個輸出Out1、Out2和Out3。功能單元f1、f2和f3(44)包括組合邏輯，對各個輸出Out1、Out2和Out3上提供的信號進(jìn)行計算。需要指出，功能單元44可以包括公共元件，分開顯示只是為了說明其功能。允許線46提供控制信號，可以允許/禁止功能單元44的運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)允許線46提供允許值時，各個功能單元44以當(dāng)前輸入值為基礎(chǔ)計算出各自的輸出。當(dāng)允許線46為禁止時，各個功能單元44不運(yùn)轉(zhuǎn)，并且不大量消耗能量?？蛇x擇地，只有當(dāng)各個功能單元44的所有輸入都有效時才啟動線46。因此，由于大多數(shù)不必要的計算沒有進(jìn)行，適配器42的能量消耗極大地減小了。由于適配器42只有在其所有輸入都為有效時才改變其輸出，因此在WDF中鄰近的適配器的能量消耗也減小了。需要指出，除了由允許線46提供的功能以外，適配器42與現(xiàn)有技術(shù)中的適配器相同。
圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的適配器42運(yùn)轉(zhuǎn)的時序圖。時序圖包括線80，表示適配器42的各個輸入是否有效，顯示了時間間隔84，其中各個輸入為有效。另外，時序圖包括線82，顯示了由允許線46所攜帶的值。功能單元的允許線46只有在單元的所有輸入都為有效時才選擇性地啟動。在適配器42的輸入In1和In2變?yōu)橛行Ш?，功能單元的f3的允許線46被啟動，可以對輸出Out3進(jìn)行計算，輸出只依賴于輸入In-。當(dāng)In3也變?yōu)橛行r，功能單元的f1和f2被啟動，對輸出Out1和Out2進(jìn)行計算，輸出依賴于適配器42的全部輸入。
在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，如下文所述，允許線46是使用插入至濾波器20的適配器中的門實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)這個實(shí)施例使用在圖1的濾波器20上時，只有適配器22A、22B、22C、22D、22E、22F和22G的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對于現(xiàn)有技術(shù)發(fā)生變化，如圖1A和圖1B所示的波形濾波器的整體結(jié)構(gòu)保持不變。
圖5A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的約束串行適配器60的示意性方框圖。在圖1所示的WDF實(shí)例中，適配器60選擇性地實(shí)現(xiàn)適配器22A、22C、22E和22G中的某些或全部適配器。
圖5B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的約束并行適配器62的示意性方框圖。在圖1所示的WDF實(shí)例中，適配器60選擇性地實(shí)現(xiàn)適配器22B和22F中的一個或兩個適配器。
串行適配器60和并行適配器62分別與串行適配器30和并行適配器32相似，但還包括實(shí)現(xiàn)上述結(jié)合圖3和圖4說明的允許功能的鎖存器70和72。因而適配器60和62分別包括組合適配器30和32的時鐘線路。
鎖存器70和72選擇性地位于可以攜帶非有效值的適配器60中的線路上，和/或位于能夠在同一計算所需其他值有效之前為計算提供有效值的線路上。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，鎖存器70實(shí)現(xiàn)輸出Out3的允許功能。在濾波器20的每個時鐘周期的開始，鎖存器70選擇性地關(guān)閉，直至In1和In2預(yù)期為有效。響應(yīng)于鎖存器70打開，Out3得到計算。在這一點(diǎn)上鎖存器72保持關(guān)閉，由于鎖存器70打開，只有對Out3進(jìn)行計算直接需要的邏輯部件(即加法器52和反相器54)在運(yùn)轉(zhuǎn)(并消耗能量)。
可選擇地，當(dāng)輸入In3預(yù)期為有效時，鎖存器72打開，允許對輸出Out1和Out2進(jìn)行計算。需要指出，鎖存器72打開時并不對Out3的值進(jìn)行重新計算，因?yàn)樵阪i存器70打開之后輸入In1和Ins的值并未發(fā)生變化。
為了使適配器60和62以盡可能快的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，在鎖存器保持的信號變?yōu)橛行е?，鎖存器70和72盡可能快地選擇性地打開。
在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，為了減少衰減區(qū)和/或適配器60的復(fù)雜性，沒有使用輸入In1上的鎖存器70和輸入In3上的鎖存器72。相反，當(dāng)輸入In1和In3分別變?yōu)橛行r，剩余的鎖存器70和72同時打開。作為選擇或者附加，用非受控延遲元件來取代輸入Ins上的鎖存器70，非受控延遲元件對從相應(yīng)的寄存器24接收到的有效值進(jìn)行延遲，直至輸入In1預(yù)期為有效。
圖5C是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的無約束并行適配器64的示意性方框圖。在圖1所示的WDF實(shí)例中，適配器64可以選擇性地用于實(shí)現(xiàn)適配器22D。
適配器64與適配器34相似，但另外包括鎖存器74，鎖存器74實(shí)現(xiàn)上述結(jié)合圖3和圖4說明的允許功能。在無約束適配器64中，輸入In1和In2被預(yù)期同時到達(dá)，并且輸入In3更容易有效?？蛇x擇地，當(dāng)適配器64的三個輸入為有效時，鎖存器74打開，對適配器的全部三個輸出都進(jìn)行計算。
作為選擇可以具有三個鎖存器74，在輸入In1和In2變?yōu)橛行У耐瑫r，對輸入In3進(jìn)行鎖存的單一鎖存器74被用于為適配器64提供In3。需要指出，提供給濾波器20中前面適配器的輸入也被鎖存，在濾波器一個時鐘周期中適配器64的輸入In-和Inn預(yù)期只發(fā)生一次改變。作為另外的選擇或者附加，使用非受控延遲元件取代對輸入In3進(jìn)行鎖存的單一鎖存器74，非受控延遲元件對從相應(yīng)的寄存器24接收到的有效值進(jìn)行延遲，直至輸入In1和In2預(yù)期為有效。
圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的濾波器20運(yùn)轉(zhuǎn)的時序圖，其中所有的適配器22都是使用適配器60、62或64來實(shí)現(xiàn)。
可選擇地，使用時鐘周期T1控制濾波器20的運(yùn)轉(zhuǎn)。簡言之，在T1的每一秒中，輸入信號提供給濾波器20(一般是在時鐘周期的脈沖前沿或脈沖后沿之前)，寄存器24被更新，由濾波器提供輸出值。因此，在每個時鐘周期T1中，寄存器24和輸入線38都具有新值。允許信號EA′G迅速打開適配器22A和22G的鎖存器70，并且響應(yīng)于新值，適配器22A和22G開始為其輸出Out3計算新值。
作為選擇，適配器22A和22G不包括鎖存器70。在經(jīng)過時間T2之后，此時適配器22B和22F的輸入In1和In2預(yù)期為有效，允許信號EB′打開適配器22B和22F的鎖存器70。
在經(jīng)過時間T3之后，此時適配器22C和22E的輸入In1和In2預(yù)期為有效，允許信號ECE打開適配器22C和22E的鎖存器70。在經(jīng)過另外的時間T4之后，此時適配器22D的輸入In1、In2和In3預(yù)期為有效，允許信號ED，3打開適配器22D的鎖存器74。
在經(jīng)過傳播時間T5之后，適配器22D的全部輸出都為有效，允許信號E1，2C，E打開適配器22C和22E的鎖存器72，因此適配器22C和22E對其輸出Out1和Out進(jìn)行計算。在經(jīng)過時間T6之后，允許信號EB，F(xiàn)打開適配器22B和22F的鎖存器72，啟動對其輸出Out1和Out2的計算。在經(jīng)過另外的時間T7之后，允許信號EI打開適配器22A和22G的鎖存器72，并且經(jīng)過時間T8之后，適配器22A和22G對其輸出Out1和Out2進(jìn)行計算。此時，濾波器20的時鐘周期T1終止。可以對TS的長度進(jìn)行選擇性設(shè)定，使在時鐘周期T1結(jié)束時濾波器20的輸出和寄存器24上的所有值為有效。
可選擇地，時間T2、T3和T4是分別是適配器22A和22G、適配器22B和22F以及適配器22C和22E從其In1、In2至其輸出Out3的傳播延遲時間。類似地，T5可以是非受控適配器22D的傳播延遲時間。
時間T6、T7和T8是分別是適配器22C和22E、適配器22B和22F以及適配器22A和22G從其In3至其輸出Out1和Out2的傳播延遲時間。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，為了使由于增加鎖存器70、72和74而造成的時間延遲最小化，上述傳播時間包括平均傳播時間。作為選擇或者附加，上述傳播時間的某些或全部時間包括最大傳播時間，因而鎖存器70、72和/或74在受其延遲的信號為有效時總是打開，以使能量節(jié)約最大化。在這種選擇方法中，濾波器20的時鐘周期T1略長于不具有鎖存器70、72和74的濾波器，因?yàn)槊總€鎖存器在打開前都要等待最大傳播時間。
在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，時間T2、T3、T4、T5、T6和/或T7的設(shè)定方式是，使能量消耗最小化和/或使濾波器20的周期時間T1最小化?？蛇x擇地，為了選擇能夠提供最佳能量消耗和/或最快運(yùn)轉(zhuǎn)時間的T2、T3、T4、T5、T6和/或T7，可以進(jìn)行仿真。
在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，鎖存器70、72和/或74在選擇的時間打開，從而來自適配器22不同輸入的傳播時間同時結(jié)束。
在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，與圖5A、圖5B和/或圖5C相比，使用了較少的鎖存器，上述傳播時間被選擇用來使有效值到達(dá)非鎖存輸入與鎖存器打開之間的時間差異最小化?？蛇x擇地，在這些實(shí)施例中，鎖存器打開的時間是非鎖存輸入的平均傳播時間。
作為選擇或者附加，時間T2、T3、T4、T5、T6、T7和T8中某些或全部時間的設(shè)定使濾波器20的運(yùn)轉(zhuǎn)簡化。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，時間T2、T3、T4、T5、T6、T7和T8中某些或全部時間如果值彼此接近，則被賦予共同值，以簡化對鎖存器70、72和/或74的控制。例如，在一個實(shí)施例中，對時間T2、T3、T4、T5、T6、T7和/或T8進(jìn)行調(diào)整，使其等于濾波器20所用時鐘的標(biāo)準(zhǔn)時鐘頻率的倍數(shù)。
作為另外的選擇或者附加，不是使用鎖存器70對來自寄存器24的有效值進(jìn)行延遲，控制寄存器更新的時鐘信號受到延遲。在一個實(shí)施例中，時鐘信號被延遲了一段時間，這短時間較短，不會造成寄存器24存儲錯誤值。作為選擇或者附加，在寄存器24的入口處設(shè)置了鎖存器，防止錯誤值到達(dá)寄存器。
需要指出，雖然在上述實(shí)例中適配器22A和22G、適配器22B和22F以及適配器22C和22E接收同一個允許信號，但在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，根據(jù)濾波器特定的傳播時間，每個適配器22接收不同的允許信號。另外，功能單元f1和f也不必接收相同的允許信號。
下面是對根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例所獲得的能量節(jié)約的簡單評估。需要指出，下面的評估只是粗略的估計，并且包括很多簡化。使用上述程序，濾波器20的適配器22每個都進(jìn)行單獨(dú)的計算。適配器22D在單一步驟中進(jìn)行其計算，而約束適配器22A、22B、22C、22E、22F和22G分兩個步驟進(jìn)行其計算。但是需要指出，計算分兩個步驟進(jìn)行計算的事實(shí)并不增加適配器的能量消耗，因?yàn)樵诘谝徊襟E中進(jìn)行的計算(即對Out3的計算)不會在第二步驟中重復(fù)進(jìn)行。
假定適配器22進(jìn)行每次計算需要能量P，包括鎖存器70、72和74在內(nèi)的濾波器20的單一時間周期T1中總能量消耗為7P。
相反地，在不具有鎖存器70、72和74的濾波器20中，適配器22D最多進(jìn)行四次計算，直至輸出為有效，適配器22C和22E最多進(jìn)行五次計算，適配器22B和22F最多進(jìn)行六次計算，適配器22A和22G最多進(jìn)行七次計算。因此，不具有鎖存器70、72和74的濾波器20最多要消耗40P的能量，大約為具有鎖存器70、72和74的濾波器20的能量消耗的六倍。需要指出，鎖存器70、72和74以及鎖存器的控制線(可以任選為只包括單一位)相對于適配器22的能量消耗可以忽略。還需要指出，減少能量消耗是以增大濾波器20的芯片體積為代價獲得的。但是由鎖存器70、72和74造成的附加芯片區(qū)域相對較小。需要指出，在由本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)行的測試中，能量節(jié)約因數(shù)在某些情況下能夠超過10。
在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，鎖存器的插入少于濾波器的全部適配器和/或上述少的鎖存器被插入。另外，在某些實(shí)施例中，鎖存器70、72和74中的一個或多個鎖存器位于與圖5A、圖5B和圖5C不同的線路上。例如鎖存器70、72和74中的某些鎖存器可以位于鄰近適配器的輸出線上，而不是位于其輸入線上。
在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，為了是濾波器保持相對簡潔和/或?yàn)榱斯?jié)省芯片區(qū)域，濾波器只包括能夠防止進(jìn)行大量重復(fù)性不必要計算的鎖存器。波形數(shù)字濾波器中包含的鎖存器的數(shù)量要在濾波器的能量消耗和濾波器芯片區(qū)域的簡潔性之間取得平衡。
在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，系數(shù)a、a1和α最好包含很少的“1”位，這樣由乘法器56進(jìn)行的乘法計算將會盡可能的簡單，并將消耗較少的能量。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，系數(shù)最多包含兩個“1”位。每個乘法器可以用至多一個加法器來實(shí)現(xiàn)。
請參看圖5A，在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，適配器60大部分的能量消耗是由于乘法器56。因此，在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，代替乘法鎖存器72，在線76上設(shè)置了單個鎖存器。在本實(shí)施例中，當(dāng)鎖存器70打開時，除了乘法器56之外，適配器60的所有邏輯單元都進(jìn)行運(yùn)算。因此，響應(yīng)于鎖存器70的打開，四個加法器52和兩個反相器54進(jìn)行運(yùn)算，其中只需要導(dǎo)致輸出Out3的一個加法器52和一個反相器54的運(yùn)算。例如可以假定反相器54的能量消耗忽略不計，乘法器56消耗的能量是單一加法器52消耗能量的六倍，用單一鎖存器來代替三個鎖存器72的用法將適配器60的能量消耗增加了30％。需要指出，對于乘法器56的較高相關(guān)能量消耗，能量消耗增加較低。需要指出，在上述實(shí)例中，通過使用較少的鎖存器72，輸出Out1在其值有效前發(fā)生改變。如果接收輸出Out1的適配器在其各個輸入線路上不具有鎖存器70(作為上文關(guān)于圖5A和圖5B選擇方案)，由于使用較少鎖存器72而造成的額外能量消耗增加。
雖然在上述說明中鎖存器70、72和74位于適配器22之內(nèi)，但鎖存器也可以位于適配器的外部。例如，當(dāng)適配器具有特殊設(shè)計不希望改變或者當(dāng)適配器是用非定制元件實(shí)現(xiàn)的時，就可以使鎖存器位于適配器的外部。
作為選擇或者附加，但希望制造出具有兩種模式(低能量消耗模式和高能量消耗模式)的波形數(shù)字濾波器時，適配器的建造可以不使用鎖存器70、72和/或74。需要指出，如上文所述，低能量消耗模式可能會比高能量消耗模式速度慢。
圖7A和圖7B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的波形數(shù)字濾波器90的示意性方框圖。濾波器90基本上具有濾波器20的結(jié)構(gòu)(圖1A和圖1B)，使用圖2A、圖2B和圖2C中說明的適配器，增加了多個鎖存器92，選擇性地位于適配器22的輸入線上。鎖存器92選擇性地位于適配器22的輸入線上，這些輸入線在濾波器90運(yùn)轉(zhuǎn)過程中能夠接收非有效值，或者能夠在適配器的其他輸入有效之前接收有效值。
控制單元98選擇性地控制鎖存器92的打開，以獲得與上文所述相同的時序圖?？蛇x擇地，控制單元98接收的時鐘信號比濾波器20的時鐘周期T1所需的時鐘信號快，目的是正確地控制鎖存器92的運(yùn)轉(zhuǎn)。為了使圖更清楚，將控制單元98連接至鎖存器92的線被省略。
需要指出，圖7A和圖7B只是用舉例的方式進(jìn)行了說明，根據(jù)電路和實(shí)現(xiàn)的功能，也可以使用多于或少于說明中鎖存器數(shù)量的鎖存器。此外，根據(jù)結(jié)合圖5A、圖5B、圖5C和圖6的上述原理，可以用非受控延遲元件取代一個或多個鎖存器92。
在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，例如在WDF的芯片區(qū)域非常重要的實(shí)施例中，可以用其他延遲單元取代某些或全部鎖存器70、72和/或74。這種延遲單元可以包括各種類型的門，在上述某些實(shí)施例中，還可以包括各種類型的非受控延遲元件。門可以包括各種類型的鎖存器或選通脈沖門，可以受控為信號傳播打開。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，使用D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)鎖存器，但是也可以使用任何類型的存儲單元或者寄存器。
在本申請及權(quán)利要求中，名詞“選通脈沖門”指能夠在數(shù)據(jù)信號和控制信號之間實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算的邏輯門(例如“與”、“或”、“與非”、“或非”)。對于控制信號的一個值，邏輯門的輸出為固定值，而對于控制信號的另一個值，邏輯門的輸出等于數(shù)據(jù)信號。例如，如果邏輯門包括“與”門，當(dāng)需要使數(shù)據(jù)信號延遲時，控制信號設(shè)定為“0”，因此“與”門的輸出為“0”。當(dāng)希望傳播數(shù)據(jù)信號時，控制信號設(shè)定為“1”，邏輯門的輸出等于數(shù)據(jù)信號。需要指出，選通脈沖門通常比鎖存器需要更少的芯片區(qū)域。
鎖存器70、72和/或74(或其他受控門)可以響應(yīng)于來自控制單元的控制信號而打開，或者以與特定鎖存器相關(guān)的內(nèi)部時序?yàn)榛A(chǔ)而打開。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，鎖存器70、72和/或74中的一個或多個鎖存器響應(yīng)于其保持的值中發(fā)生變化的預(yù)定數(shù)量而打開。
需要指出，雖然上述實(shí)施例是結(jié)合特定WDF進(jìn)行說明的，但本發(fā)明的原理并不局限于任何特定WDF或任何特定適配器。特別地，本發(fā)明的原理還可以適用于較低或較高級(即具有較少或較多的適配器)的WDF上，適用于其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中(例如梯形或點(diǎn)陣拓?fù)浣Y(jié)構(gòu))，還可適用于具有適配器的WDF，適配器具有多個端口并且為多種類型。
非常希望能夠以各種方式對上述方法進(jìn)行改變，包括改變步驟的順序以及所采用的確切的實(shí)現(xiàn)方法。上述說明中介紹的方法和裝置應(yīng)被理解為包括實(shí)現(xiàn)該方法的裝置和使用該裝置的方法。
以上利用對實(shí)施例的非限制性詳細(xì)說明介紹了本發(fā)明，提供實(shí)例的目的并不是為了限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員可以聯(lián)想到各種實(shí)施例。
此外，當(dāng)詞語“包含”、“包括”、“具有”及其變化形式用在權(quán)利要求書中時，其含義是包括但不局限于。本發(fā)明的范圍僅由權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種波形數(shù)字濾波器，包括多個無存儲器的適配器，每個適配器具有兩個或多個端口，每個端口包括輸入和輸出；至少一個受控門，所述受控門可以對進(jìn)入至少一個所述適配器的至少一個輸入的值的傳播進(jìn)行延遲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器，其中所述至少一個受控門包括至少一個鎖存器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器，其中所述至少一個受控門包括至少一個選通脈沖門。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器，其中所述至少一個受控門在其延遲的值預(yù)期為有效時打開。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器，其中被所述至少一個受控門所延遲的值與其他值一起執(zhí)行一個函數(shù)，并且其中當(dāng)執(zhí)行函數(shù)所需的所有值都預(yù)期為有效時受控門打開。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器，其中當(dāng)進(jìn)入所述至少一個適配器的所有值都預(yù)期為有效時所述至少一個受控門打開。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器，其中包括至少一個延遲部件，延遲部件將進(jìn)入一個適配器的輸入的值的傳播延遲一個預(yù)先確定的時間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的濾波器，其中所述至少一個延遲部件包括至少一個受控門。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的濾波器，其中所述至少一個延遲部件包括至少一個非受控延遲元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的濾波器，其中所述至少一個延遲部件對值的傳播進(jìn)行延遲，使此值與所述適配器之一所接收的另一個值同時進(jìn)入所述適配器之一。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的濾波器，其中傳播被延遲一個預(yù)定時間的值包括一有效值。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器，其中所述至少一個受控門中的至少一個位于所述適配器之一中。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器，其中多個適配器中至少某些適配器為三端口適配器。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器，其中傳播被延遲的值從不同的適配器接收。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器，其中波形數(shù)字濾波器提供一個或多個結(jié)果，其中至少一個受控門不影響由波形數(shù)字濾波器提供的結(jié)果。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器，其中值的傳播受到延遲的所述至少一個適配器具有至少一個乘法器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的濾波器，其中所述多個適配器中的每個適配器具有至少一個乘法器。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器，其中所述多個適配器包括至少兩種類型的適配器。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器，其中所述多個適配器包括至少三種類型的適配器。
20.一種波形數(shù)字濾波器，包括多個無存儲器的適配器，每個適配器具有兩個或多個端口，每個端口包括輸入和輸出；至少一個延遲部件，所述延遲部件可以使輸入到至少一個適配器的至少一個輸入的第一值的傳播受到延遲，因而第一值與適配器另一個輸入上的第二值同時被接收到。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的濾波器，其中所述至少一個延遲部件包括至少一個受控門。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的濾波器，其中所述至少一個延遲部件包括至少一個非受控延遲元件。
23.一種使用波形數(shù)字濾波器對信號進(jìn)行濾波的方法，包括提供輸入，輸入攜帶一個值，所述波形數(shù)字濾波器的無存儲器的適配器需要此值進(jìn)行計算；使輸入延遲，直至值有效；將有效值提供給所述適配器。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中提供輸入包括提供攜帶來自不同適配器的結(jié)果的輸入。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中使輸入延遲包括使輸入延遲一個預(yù)先確定的時間。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中使輸入延遲包括延遲到進(jìn)行計算所需的值都預(yù)期有效時為止。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中使輸入延遲包括使用一鎖存器使輸入延遲。
28.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中使輸入延遲包括使用一選通脈沖門使輸入延遲。
29.一種使用波形數(shù)字濾波器對信號進(jìn)行濾波的方法，包括提供第一輸入，輸入攜帶一個值，所述波形數(shù)字濾波器的無存儲器的適配器需要此值進(jìn)行計算；使第一輸入上的值延遲，直至在適配器的第二輸入上接收到一有效值；以及將被延遲的值提供給所述適配器。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中使第一輸入延遲包括使輸入延遲一個預(yù)先確定的時間。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中使第一輸入延遲包括使用一鎖存器使輸入延遲。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中使第一輸入延遲包括使用非受控延遲元件使輸入延遲。
33.一種使用波形數(shù)字濾波器對信號進(jìn)行濾波的方法，所述波形濾波器包括多個適配器，每個適配器對多個輸出值進(jìn)行計算，所述方法包括為濾波器提供時鐘信號；響應(yīng)于提供的時鐘信號，啟動對少于濾波器的所有適配器的第一組適配器的一個或多個輸出值進(jìn)行計算。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中啟動計算包括啟動對少于第一組適配器的所有輸出值的值啟動計算。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中在對第一組適配器的一個或多個輸出值計算完畢之后，啟動對少于濾波器的所有適配器的第二組適配器的一個或多個輸出值進(jìn)行計算，第二組適配器與第一組適配器不同。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中第一和第二組適配器不包括公共適配器。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中在對第二組適配器的一個或多個輸出值計算完畢之后，啟動對第一組適配器的另外的一個或多個輸出值進(jìn)行計算，該另外一個或多個輸出值與先前計算的第一組的輸出值不同。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中對第一組適配器的另外的輸出值的計算，以第二組適配器的一個或多個輸出值中至少一個值為基礎(chǔ)。
39.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中對第二組適配器的輸出值的計算，以第一組適配器的一個或多個輸出值中至少一個值為基礎(chǔ)。
40.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中啟動對少于所有適配器的輸出值的計算包括對未包含在第一組中的至少某些適配器的輸入值進(jìn)行延遲。
全文摘要
一種波形數(shù)字濾波器，包括多個無存儲器的適配器(42)，每個適配器具有兩個或多個端口，每個端口包括輸入和輸出；和至少一個受控門(44)，受控門可以對進(jìn)入至少一個適配器的至少一個輸入的值的傳播進(jìn)行延遲。
文檔編號H03H17/02GK1404589SQ01805511
公開日2003年3月19日 申請日期2001年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月24日
發(fā)明者D·耶林 申請人:Dspc技術(shù)有限公司