本實(shí)用新型涉及信號(hào)處理技術(shù)，更具體地，涉及用于脈寬調(diào)制(PDM)信號(hào)的數(shù)字濾波器。

背景技術(shù)：

在信號(hào)處理中，采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制產(chǎn)生數(shù)字調(diào)制信號(hào)，對(duì)數(shù)字調(diào)制信號(hào)進(jìn)行濾波去除量化噪聲，從而獲得低噪聲的數(shù)字信號(hào)。在市場(chǎng)上已經(jīng)可以購(gòu)買到集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器和調(diào)制器的信號(hào)處理芯片。例如，專用于處理音頻信號(hào)的數(shù)字麥克風(fēng)芯片內(nèi)部Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖寬度調(diào)制(PDM)格式。PDM信號(hào)包括過(guò)采樣一位或多位(例如，2至4位)信號(hào)。PDM信號(hào)的相對(duì)脈沖寬度可以表征輸入信號(hào)的幅度。

上述數(shù)字處理芯片中Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作原理是過(guò)采樣和噪聲整形，其中采用數(shù)字抽取濾波器對(duì)調(diào)制器的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取，將原來(lái)的過(guò)采樣頻率降低到奈奎斯特采樣率，以實(shí)現(xiàn)移除量化噪聲，降低采樣頻率和抗混疊。因此，數(shù)字濾波器是數(shù)字處理芯片中的重要部分。

在數(shù)字濾波器中，有限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)(Finite Impulse Response，即FIR)濾波器和無(wú)限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)(Infinite Impulse Response，即IIR)濾波器是數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的基本元件。FIR濾波器采用非遞歸型結(jié)構(gòu)，包括多級(jí)乘法器和存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器用于保存歷史值和參數(shù)值，在每級(jí)運(yùn)算時(shí)從存儲(chǔ)器獲得歷史值和參數(shù)值，并且進(jìn)行乘法運(yùn)算，然后將計(jì)算值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，作為下級(jí)運(yùn)算的歷史值。IIR濾波器采用遞歸型結(jié)構(gòu)，包括延時(shí)器、乘法器、加法器和存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器用于保存歷史值和參數(shù)值，在每次遞歸運(yùn)算時(shí)從存儲(chǔ)器獲得歷史值和參數(shù)值，并且進(jìn)行乘法和加法運(yùn)算，然后將計(jì)算值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，作為下次遞歸運(yùn)算的歷史值。

上述現(xiàn)有的數(shù)字濾波器可能包括多個(gè)FIR濾波器和多個(gè)IIR濾波器，在數(shù)字信號(hào)處理中需要高頻讀寫存儲(chǔ)器和進(jìn)行乘法運(yùn)算，從而導(dǎo)致運(yùn)算時(shí)間延長(zhǎng)和系統(tǒng)功耗損失。由于系統(tǒng)時(shí)鐘的限制，每個(gè)FIR濾波器和每個(gè)IIR濾波器均需要單獨(dú)的乘法器和存儲(chǔ)器，導(dǎo)致芯片尺寸增大和成本提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種數(shù)字濾波器及方法，其中以分時(shí)方式共用存儲(chǔ)器和乘法器，從而可以減小功耗和芯片尺寸、以及降低成本。

根據(jù)本實(shí)用新型的第一方面，提供一種用于脈寬調(diào)制信號(hào)的數(shù)字濾波器，包括：第一濾波器，用于對(duì)所述脈寬調(diào)制信號(hào)的預(yù)處理信號(hào)進(jìn)行低通濾波，以產(chǎn)生第一中間信號(hào)；第二濾波器，用于對(duì)所述第一中間信號(hào)進(jìn)行高通濾波，以產(chǎn)生音頻數(shù)據(jù)；存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)所述第一濾波器和所述第二濾波器的參數(shù)值和歷史值；乘法器，用于根據(jù)所述參數(shù)值和所述歷史值進(jìn)行乘法運(yùn)算，從而進(jìn)行濾波操作；以及數(shù)據(jù)控制器，用于以分時(shí)的方式，將所述存儲(chǔ)器和所述乘法器分別與所述第一濾波器和所述第二濾波器相連接，從而進(jìn)行濾波操作。

優(yōu)選地，還包括輸入采樣模塊，所述輸入采樣模塊接收脈寬調(diào)制信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)，對(duì)所述脈寬調(diào)制信號(hào)進(jìn)行采樣，以獲得采樣信號(hào)。

優(yōu)選地，還包括第三濾波器，所述第三波濾器與所述輸入采樣模塊連接，用于對(duì)所述采樣信號(hào)進(jìn)行降采樣，以獲得第二中間信號(hào)。

優(yōu)選地，還包括第四濾波器，所述第四濾波器與所述第三濾波器連接，用于對(duì)所述第二中間信號(hào)進(jìn)行頻率補(bǔ)償，從而產(chǎn)生第三中間信號(hào)。

優(yōu)選地，所述第一濾波器與所述輸入采樣模塊、所述第三濾波器和所述第四濾波器中的任一個(gè)連接，以獲得其輸出信號(hào)作為所述預(yù)處理信號(hào)。

優(yōu)選地，所述第一濾波器、所述第二濾波器和所述第四濾波器分別進(jìn)行降采樣。

優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)控制器以分時(shí)的方式，將所述存儲(chǔ)器和所述乘法器與所述第四濾波器相連接，從而進(jìn)行濾波操作。

優(yōu)選地，所述第三濾波器為級(jí)聯(lián)積分梳狀濾波器，所述第一濾波器和所述第四濾波器分別為有限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)濾波器，所述第二濾波器為無(wú)限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)濾波器。

優(yōu)選地，所述有限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)濾波器在一次濾波操作中采用多級(jí)運(yùn)算產(chǎn)生多個(gè)歷史值，所述無(wú)限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)濾波器在一次濾波操作中采用多次遞歸產(chǎn)生多個(gè)歷史值。

優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)控制器在每次濾波操作中，將參數(shù)值讀取至內(nèi)存，并且在內(nèi)存中分配歷史值存儲(chǔ)空間，以及采用FIFO控制方式訪問(wèn)所述歷史值存儲(chǔ)空間。

優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)控制器在濾波操作結(jié)束之后，將歷史值存儲(chǔ)空間中保存的多個(gè)歷史值回寫至所述存儲(chǔ)器中。

優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)控制器在連續(xù)濾波操作中，交替執(zhí)行歷史值復(fù)制和濾波運(yùn)算，其中，在濾波運(yùn)算中產(chǎn)生多個(gè)歷史值，在歷史值復(fù)制中，將前一次濾波操作的運(yùn)算產(chǎn)生的多個(gè)歷史值復(fù)制為下一次濾波操作的多個(gè)歷史值。

優(yōu)選地，所述內(nèi)存設(shè)置有讀指針和寫指針，在讀取所有的歷史值并運(yùn)算完成之后，讀指針上移一個(gè)作為下次讀取的起始地址，寫指針指向讀指針的位置，從而將輸入的數(shù)據(jù)寫入所述內(nèi)存，作為下次運(yùn)算的歷史值。

根據(jù)本實(shí)用新型的第二方面，提供一種用于脈寬調(diào)制信號(hào)的數(shù)字濾波方法，包括：對(duì)脈寬調(diào)制信號(hào)的預(yù)處理信號(hào)進(jìn)行低通濾波，以產(chǎn)生第一中間信號(hào)；以及對(duì)所述第一中間信號(hào)進(jìn)行高通濾波，以產(chǎn)生音頻數(shù)據(jù)，其中，所述低通濾波和所述高通濾波分別包括以分時(shí)的方式存儲(chǔ)參數(shù)值和歷史值，以及讀取所述參數(shù)值和所述歷史值進(jìn)行乘法運(yùn)算，從而進(jìn)行濾波操作。

優(yōu)選地，還包括：對(duì)所述脈寬調(diào)制信號(hào)進(jìn)行采樣，以獲得采樣信號(hào)。

優(yōu)選地，還包括：對(duì)所述采樣信號(hào)進(jìn)行降采樣，以獲得第二中間信號(hào)。

優(yōu)選地，還包括：對(duì)所述第二中間信號(hào)進(jìn)行頻率補(bǔ)償，從而產(chǎn)生第三中間信號(hào)。

優(yōu)選地，將所述采樣信號(hào)、所述第二中間信號(hào)和所述第三中間信號(hào)的任一個(gè)作為所述預(yù)處理信號(hào)。

優(yōu)選地，在產(chǎn)生第一中間信號(hào)、產(chǎn)生音頻數(shù)據(jù)和進(jìn)行頻率補(bǔ)償?shù)牟襟E中，分別進(jìn)行降采樣。

優(yōu)選地，進(jìn)行頻率補(bǔ)償?shù)牟襟E包括以分時(shí)的方式存儲(chǔ)參數(shù)值和歷史值，以及讀取所述參數(shù)值和所述歷史值進(jìn)行乘法運(yùn)算。

優(yōu)選地，在產(chǎn)生第一中間信號(hào)和進(jìn)行頻率補(bǔ)償?shù)牟襟E中，在一次濾波操作中采用多級(jí)運(yùn)算產(chǎn)生多個(gè)歷史值，在產(chǎn)生音頻數(shù)據(jù)的步驟中，在一次濾波操作中采用多次遞歸產(chǎn)生多個(gè)歷史值。

優(yōu)選地，在每次濾波操作中，將參數(shù)值讀取至內(nèi)存，并且在內(nèi)存中分配歷史值存儲(chǔ)空間，以及采用FIFO控制方式訪問(wèn)所述歷史值存儲(chǔ)空間。

優(yōu)選地，在濾波操作結(jié)束之后，將歷史值存儲(chǔ)空間中保存的多個(gè)歷史值回寫至存儲(chǔ)器中。

優(yōu)選地，在連續(xù)濾波操作中，交替執(zhí)行歷史值復(fù)制和濾波運(yùn)算，其中，在濾波運(yùn)算中產(chǎn)生多個(gè)歷史值，在歷史值復(fù)制中，將前一次濾波操作的運(yùn)算產(chǎn)生的多個(gè)歷史值復(fù)制為下一次濾波操作的多個(gè)歷史值。

優(yōu)選地，采用FIFO控制方式訪問(wèn)所述歷史值存儲(chǔ)空間的步驟包括：設(shè)置讀指針和寫指針，在讀取所有的歷史值并運(yùn)算完成之后，讀指針上移一個(gè)作為下次讀取的起始地址，寫指針指向讀指針的位置，從而將輸入的數(shù)據(jù)寫入所述內(nèi)存，作為下次運(yùn)算的歷史值。

根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的數(shù)字濾波器，其中，數(shù)據(jù)控制器以分時(shí)的方式，將存儲(chǔ)器和乘法器分別與第一濾波器和第二濾波器相連接。由于第一濾波器和第二濾波器相分時(shí)共用一個(gè)乘法器和一個(gè)存儲(chǔ)器，因此可以減小芯片尺寸和降低成本。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，數(shù)據(jù)控制器在濾波操作時(shí)從存儲(chǔ)器中讀取參數(shù)值至內(nèi)存，并且在內(nèi)存中分配歷史值存儲(chǔ)空間，以及在內(nèi)存訪問(wèn)時(shí)執(zhí)行FIFO控制。相應(yīng)地，改變了第一濾波器和第二濾波器相的工作模式。因此，所述第一濾波器和第二濾波器相可以節(jié)省用于存儲(chǔ)器讀寫操作的時(shí)間，從而在各自的運(yùn)算時(shí)間顯著減少，滿足分時(shí)共用的時(shí)隙要求。

附圖說(shuō)明

通過(guò)以下參照附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例的描述，本實(shí)用新型的上述以及其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更為清楚。

圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)字濾波器的示意性框圖。

圖2示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)字濾波器中的FIR濾波器的原理示意圖。

圖3示出根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的數(shù)字濾波器的示意性框圖。

圖4示出根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的數(shù)字濾波器的內(nèi)存操作的原理示意圖。

具體實(shí)施方式

以下將參照附圖更詳細(xì)地描述本實(shí)用新型的各種實(shí)施例。在各個(gè)附圖中，相同的元件采用相同或類似的附圖標(biāo)記來(lái)表示。為了清楚起見，附圖中的各個(gè)部分沒有按比例繪制。

本實(shí)用新型可以各種形式呈現(xiàn)，以下將描述其中一些示例。

本實(shí)用新型采用更優(yōu)化的結(jié)構(gòu)和方法，以實(shí)現(xiàn)高效低成本的PDM數(shù)字濾波器。

圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)字濾波器的示意性框圖。該數(shù)字濾波器支持音頻數(shù)據(jù)的采樣率Fs為48K、44.1K、…、8KHz，采樣固定64倍的過(guò)采樣時(shí)鐘PDM_clk對(duì)PDM信號(hào)進(jìn)行采樣濾波。例如，在采樣率Fs為48KHz的情形下，過(guò)采樣時(shí)鐘PDM_clk的頻率為3.072MHz。

數(shù)字濾波器100包括依次連接的輸入采樣模塊IS、(Cascaded-Integrator-Comb，即CIC)濾波器CIC、第一有限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)(Finite Impulse Response，即FIR)濾波器CIC_COMP、第二FIR濾波器HB_FIR、以及第一無(wú)限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)(Infinite Impulse Response，即IIR)濾波器HP_IIR。第一FIR濾波器CIC_COMP、第二FIR濾波器HB_FIR和第一IIR濾波器HP_IIR分別執(zhí)行多次遞歸運(yùn)算，從而去除信號(hào)噪聲。

第一FIR濾波器CIC_COMP與存儲(chǔ)器MEM1和乘法器MULT1連接，其中采用存儲(chǔ)器MEM1存儲(chǔ)遞歸運(yùn)算的歷史值和參數(shù)值，利用乘法器MULT1進(jìn)行乘法運(yùn)算。

第二FIR濾波器HB_FIR與存儲(chǔ)器MEM2和乘法器MULT2連接，其中采用存儲(chǔ)器MEM2存儲(chǔ)遞歸運(yùn)算的歷史值和參數(shù)值，利用乘法器MULT2進(jìn)行乘法運(yùn)算。

第一IIR濾波器HP_IIR與存儲(chǔ)器MEM3和乘法器MULT3連接，其中采用存儲(chǔ)器MEM3存儲(chǔ)遞歸運(yùn)算的歷史值和參數(shù)值，利用乘法器MULT3進(jìn)行乘法運(yùn)算。

在數(shù)字濾波器100中，輸入采樣模塊IS接收經(jīng)過(guò)同步的PDM時(shí)鐘PDM_clk和PDM信號(hào)PDM_din，進(jìn)行輸入信號(hào)采樣。CIC濾波器CIC對(duì)PDM信號(hào)進(jìn)行第一次低通濾波，其中進(jìn)行16倍的降采樣。第一FIR濾波器CIC_COMP對(duì)PDM信號(hào)進(jìn)行頻率補(bǔ)償，其中進(jìn)行2倍的降采樣。第二FIR濾波器HB_FIR進(jìn)行第二次低通濾波，其中進(jìn)行2倍的降采樣。第一IIR波器HP_IIR進(jìn)行第一次高通濾波，去除低頻噪聲，輸出采樣率為Fs的音頻數(shù)據(jù)Fo。

該數(shù)字濾波器100的多個(gè)FIR濾波器和一個(gè)IIR濾波器在降采樣的同時(shí)，進(jìn)行高通濾波和低通濾波，從而可以去除PDM信號(hào)中的高頻噪聲和低頻噪聲，實(shí)現(xiàn)噪聲整形。PDM信號(hào)經(jīng)數(shù)字濾波之后產(chǎn)生的音頻數(shù)據(jù)Fo可以用于進(jìn)一步的信號(hào)處理，例如放大和數(shù)模轉(zhuǎn)換。

然而，上述現(xiàn)有的數(shù)字濾波器100中的多個(gè)FIR濾波器和多個(gè)IIR濾波器，在數(shù)字信號(hào)處理中均需要高頻讀寫存儲(chǔ)器和進(jìn)行乘法運(yùn)算，從而導(dǎo)致運(yùn)算時(shí)間延長(zhǎng)和系統(tǒng)功耗損失。由于系統(tǒng)時(shí)鐘的限制，每個(gè)FIR濾波器和每個(gè)IIR濾波器均需要單獨(dú)的乘法器和存儲(chǔ)器，導(dǎo)致芯片尺寸增大和成本提高。

圖2示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)字濾波器中的FIR濾波器的原理示意圖。FIR濾波器包括多級(jí)乘法器和存儲(chǔ)器。在存儲(chǔ)器(例如，靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器SRAM)中保存歷史值，在每級(jí)運(yùn)算時(shí)從存儲(chǔ)器獲得歷史值和參數(shù)值，并且進(jìn)行乘法運(yùn)算，然后將計(jì)算值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，作為下級(jí)運(yùn)算的歷史值。在存儲(chǔ)器的讀寫操作中，按逆序依次讀取歷史值和相應(yīng)的系數(shù)進(jìn)行乘法運(yùn)算，然后把當(dāng)前的歷史值寫入到下個(gè)地址。FIR濾波器有多少級(jí)，就要執(zhí)行多少次讀取和寫回操作。

具體地，如圖2所示，Z^-1是延時(shí)單元，對(duì)歷史輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行延時(shí)保存為v*；x(n)為當(dāng)前輸入的數(shù)據(jù)，y(n)為當(dāng)前數(shù)據(jù)運(yùn)算后的輸出結(jié)果。v0保存的是之前一次輸入數(shù)據(jù)的值，假設(shè)x(n)為第n個(gè)輸入數(shù)據(jù)，v0保存的就是第n-1個(gè)輸入的數(shù)據(jù)，以此類推v1保存的是第n-2個(gè)輸入的數(shù)據(jù)……。b0表示的是FIR濾波器第一階的系數(shù)，b1表示的是FIR濾波器第2階的系數(shù)，以此類推……。v*數(shù)據(jù)被保存到存儲(chǔ)器中。傳統(tǒng)的做法每次運(yùn)算都要從存儲(chǔ)器中讀取出來(lái)，運(yùn)算完成后需要把數(shù)據(jù)寫入到存儲(chǔ)器的下個(gè)地址中，即x(n)要寫入到v0所在的存儲(chǔ)器的地址中，v0要寫入到v1所在的存儲(chǔ)器中，要寫回M-1次(M表示濾波器的階數(shù))。

因此，該FIR濾波器在數(shù)字信號(hào)處理中需要高頻讀寫存儲(chǔ)器和進(jìn)行乘法運(yùn)算，從而導(dǎo)致運(yùn)算時(shí)間延長(zhǎng)和系統(tǒng)功耗損失。

我們?cè)O(shè)計(jì)的做法是利用FIFO結(jié)構(gòu)每次只寫回1次，把x(n)寫入到V_M-2中，然后讀指針上移。

圖3示出根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的數(shù)字濾波器的示意性框圖。該數(shù)字濾波器支持音頻數(shù)據(jù)的采樣率Fs為48K、44.1K、…、8KHz，采樣固定64倍的過(guò)采樣時(shí)鐘PDM_clk對(duì)PDM信號(hào)進(jìn)行采樣濾波。例如，在采樣率Fs為48KHz的情形下，過(guò)采樣時(shí)鐘PDM_clk的頻率為3.072MHz。

數(shù)字濾波器200包括依次連接的輸入采樣模塊IS、CIC濾波器CIC、第一FIR濾波器CIC_COMP、第二FIR濾波器HB_FIR、以及第一IIR濾波器HP_IIR、存儲(chǔ)器MEM和乘法器MULT。與現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)字濾波器100不同，數(shù)字濾波器200還包括數(shù)據(jù)控制器DATA_CTRL。

在數(shù)字濾波器200中，輸入采樣模塊IS接收經(jīng)過(guò)同步的PDM時(shí)鐘PDM_clk和PDM信號(hào)PDM_din，進(jìn)行輸入信號(hào)采樣。CIC濾波器CIC對(duì)PDM信號(hào)進(jìn)行第一次低通濾波，其中進(jìn)行16倍的降采樣。第一FIR濾波器CIC_COMP對(duì)PDM信號(hào)進(jìn)行頻率補(bǔ)償，其中進(jìn)行2倍的降采樣。第二FIR濾波器HB_FIR進(jìn)行第二次低通濾波，其中進(jìn)行2倍的降采樣。第一IIR波器HP_IIR進(jìn)行第一次高通濾波，去除低頻噪聲，輸出采樣率為Fs的音頻數(shù)據(jù)Fo。

在該數(shù)字濾波器200中，第一FIR濾波器CIC_COMP、第二FIR濾波器HB_FIR和第一IIR波器HP_IIR經(jīng)由數(shù)據(jù)控制器DATA_CTRL連接至公共的存儲(chǔ)器MEM和乘法器MULT。數(shù)據(jù)控制器DATA_CTRL進(jìn)行分時(shí)控制，使得第一FIR濾波器CIC_COMP、第二FIR濾波器HB_FIR和第一IIR波器HP_IIR可以在不同的時(shí)間段中讀寫存儲(chǔ)器MEM以及采用乘法器MULT進(jìn)行乘法運(yùn)算。進(jìn)一步地，數(shù)據(jù)控制器DATA_CTRL從存儲(chǔ)器中讀取參數(shù)值至內(nèi)存，并且在內(nèi)存中分配歷史值存儲(chǔ)空間，以及在內(nèi)存訪問(wèn)時(shí)執(zhí)行FIFO控制。

該數(shù)字濾波器200的多個(gè)FIR濾波器和一個(gè)IIR濾波器在降采樣的同時(shí)，進(jìn)行高通濾波和低通濾波，從而可以去除PDM信號(hào)中的高頻噪聲和低頻噪聲，實(shí)現(xiàn)噪聲整形。PDM信號(hào)經(jīng)數(shù)字濾波之后產(chǎn)生的音頻數(shù)據(jù)Fo可以用于進(jìn)一步的信號(hào)處理，例如放大和數(shù)模轉(zhuǎn)換。

在數(shù)字濾波器200中，在FIR濾波器的每級(jí)運(yùn)算中，以及在IIR濾波器的每次遞歸運(yùn)算中，數(shù)據(jù)控制器DATA_CTRL，可以從內(nèi)存中讀取參數(shù)值和前級(jí)的歷史值。在FIR濾波器的多級(jí)運(yùn)算結(jié)束之后，將內(nèi)存中存儲(chǔ)的歷史值全部回寫至存儲(chǔ)器MEM中。在IIR濾波器的多次遞歸結(jié)束之后，將內(nèi)存中存儲(chǔ)的最后一次歷史值回寫至存儲(chǔ)器MEM中。因而，該數(shù)字濾波器200可以減少存儲(chǔ)器讀寫操作次數(shù)。

在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)字濾波器中，由于在每次運(yùn)算時(shí)都需要高頻讀寫存儲(chǔ)器和進(jìn)行乘法運(yùn)算，因此時(shí)隙不能滿足分時(shí)共用的需求。第一FIR濾波器CIC_COMP、第二FIR濾波器HB_FIR和第一IIR波器HP_IIR分別需要使用獨(dú)立的乘法器MULT和存儲(chǔ)器MEM。

根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的數(shù)字濾波器200，其中改變了上述FIR濾波器和IIR濾波器的工作模式，因此，多個(gè)FIR濾波器和一個(gè)IIR濾波器可以節(jié)省用于存儲(chǔ)器讀寫操作的時(shí)間，從而在各自的運(yùn)算時(shí)間顯著減少。在16MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘下，第一FIR濾波器CIC_COMP、第二FIR濾波器HB_FIR和第一IIR波器HP_IIR可以分時(shí)共用一個(gè)乘法器MULT和一個(gè)存儲(chǔ)器MEM，從而減小芯片尺寸和降低成本。

圖4示出根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的數(shù)字濾波器的內(nèi)存操作的原理示意圖。在一個(gè)實(shí)例中，在圖3所示數(shù)字濾波器200中的第二FIR濾波器HB_FIR的運(yùn)算過(guò)程中執(zhí)行圖4所示的內(nèi)存操作。第二FIR濾波器HB_FIR例如執(zhí)行M級(jí)運(yùn)算，其中M為大于等于1的整數(shù)。

數(shù)據(jù)控制器DATA_CTRL從存儲(chǔ)器中讀取參數(shù)值至內(nèi)存，并且在內(nèi)存中分配歷史值存儲(chǔ)空間，以及在內(nèi)存訪問(wèn)時(shí)執(zhí)行FIFO控制。所述歷史值存儲(chǔ)空間的大小與FIR濾波器的級(jí)數(shù)相對(duì)應(yīng)，例如，在內(nèi)存中分配M個(gè)存儲(chǔ)單元，以存儲(chǔ)與M級(jí)運(yùn)算相對(duì)應(yīng)的歷史值。

在FIR濾波器的一次操作中，執(zhí)行M級(jí)運(yùn)算。數(shù)據(jù)控制器DATA_CTRL將所述M個(gè)歷史值順序存儲(chǔ)在連續(xù)地址尋址的M個(gè)存儲(chǔ)單元中，并且設(shè)置讀指針rd_adr和寫指針wr_adr。在讀取所有的歷史值并運(yùn)算完成之后，讀指針上移一個(gè)作為下次讀取的起始地址，寫指針指向讀指針的位置，從而將輸入的數(shù)據(jù)x寫入，作為下次運(yùn)算的歷史值。因此，在FIR濾波器的一次操作中，M級(jí)運(yùn)算產(chǎn)生的M個(gè)歷史值，利用FIFO結(jié)構(gòu)只寫回一次，取代無(wú)用的全寫回操作。由于通過(guò)FIFO的結(jié)構(gòu)完成一次完整的FIR操作只需寫回一次，因此，節(jié)省了時(shí)間和功耗。

在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)字濾波器中，在FIR濾波器的連續(xù)操作中分別執(zhí)行M級(jí)運(yùn)算。由于FIR濾波器還需要進(jìn)行2倍的降采樣，因此，將從兩次操作中抽取一次操作的計(jì)算結(jié)果。雖然FIR濾波器的每次操作都需要耗費(fèi)時(shí)間和功耗進(jìn)行運(yùn)算，但只有一次操作的運(yùn)算結(jié)果是有用的。

在根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的數(shù)字濾波器中，在FIR濾波器的連續(xù)操作中交替執(zhí)行歷史值復(fù)制和執(zhí)行M級(jí)運(yùn)算，因此，F(xiàn)IR濾波器僅在一半數(shù)量的操作中進(jìn)行M級(jí)運(yùn)算，另一半數(shù)量的操作中則直接復(fù)制前一次操作中M級(jí)運(yùn)算的結(jié)果。也即，在第一次操作中進(jìn)行M級(jí)運(yùn)算之后，對(duì)于第二次操作只進(jìn)行歷史值寫回的操作，不進(jìn)行乘法運(yùn)算，這樣節(jié)省了時(shí)間和功耗。

在優(yōu)先的實(shí)施例中，數(shù)字濾波器200例如是用于數(shù)字麥克風(fēng)的濾波器，包括5階CIC濾波器、28階第一FIR濾波器CIC_COMP、95階第二FIR濾波器HB_FIR、1階第一IIR濾波器HP_IIR，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字音頻信號(hào)的濾波及降采樣。通過(guò)采用FIFO結(jié)構(gòu)在內(nèi)存中保存歷史值，以歷史值上移、分時(shí)復(fù)用乘法器和存儲(chǔ)器的方式進(jìn)行優(yōu)化，可以減少芯片面積和降低功耗。數(shù)字濾波器200可以實(shí)現(xiàn)80db SNR的高性能及20～24KHz帶寬的濾波效果。在SMIC 130納米的工藝下，芯片面積只有0.045平方毫米，而ARCH的面積達(dá)到0.112平方毫米，面積減少有1倍多。

在上述的實(shí)施例中，描述了數(shù)字濾波器包括輸入采樣模塊IS、CIC濾波器CIC、第一FIR濾波器CIC_COMP、第二FIR濾波器HB_FIR、以及第一IIR濾波器HP_IIR，以及數(shù)據(jù)控制器DATA_CTRL和共用的存儲(chǔ)器MEM和乘法器MULT。

在替代的實(shí)施例中，如果數(shù)字濾波器的輸入信號(hào)為采樣的數(shù)字信號(hào)，則可以省去輸入采樣模塊IS。如果脈寬調(diào)制信號(hào)的頻率與音頻數(shù)據(jù)的頻率相近，則可以省去CIC濾波器CIC和第一FIR濾波器CIC_COMP。因此，在替代的實(shí)施例中，根據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換的實(shí)際需要，該數(shù)字濾波器可以僅包括第二FIR濾波器HB_FIR、以及第一IIR濾波器HP_IIR，以及數(shù)據(jù)控制器DATA_CTRL和共用的存儲(chǔ)器MEM和乘法器MULT，第二FIR濾波器HB_FIR、以及第一IIR濾波器HP_IIR分別用于高通濾波和低通濾波，從脈寬調(diào)制信號(hào)獲得音頻數(shù)據(jù)。

依照本實(shí)用新型的實(shí)施例如上文所述，這些實(shí)施例并沒有詳盡敘述所有的細(xì)節(jié)，也不限制該實(shí)用新型僅為所述的具體實(shí)施例。顯然，根據(jù)以上描述，可作很多的修改和變化。本說(shuō)明書選取并具體描述這些實(shí)施例，是為了更好地解釋本實(shí)用新型的原理和實(shí)際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地利用本實(shí)用新型以及在本實(shí)用新型基礎(chǔ)上的修改使用。本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本實(shí)用新型權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。