知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6364077
(24)【登録日】2018年7月6日
(45)【発行日】2018年7月25日
(54)【発明の名称】デジタルフィルタ
(51)【国際特許分類】
H03H 17/00 20060101AFI20180712BHJP
H03H 17/02 20060101ALI20180712BHJP
【ＦＩ】
H03H17/00 621K
H03H17/02 615E
【請求項の数】5
【全頁数】12
(21)【出願番号】特願2016-527704(P2016-527704)
(86)(22)【出願日】2015年5月15日
(86)【国際出願番号】JP2015063979
(87)【国際公開番号】WO2015190216
(87)【国際公開日】20151217
【審査請求日】2017年1月18日
(31)【優先権主張番号】特願2014-122174(P2014-122174)
(32)【優先日】2014年6月13日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000006666
【氏名又は名称】アズビル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100098394
【弁理士】
【氏名又は名称】山川 茂樹
(74)【代理人】
【識別番号】100064621
【弁理士】
【氏名又は名称】山川 政樹
(72)【発明者】
【氏名】梶田 徹矢
【審査官】
石田 昌敏
(56)【参考文献】
【文献】
特開平０４−３６０４１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０４−３１３９０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開昭６２−０４３２０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
Chen Rujun ; He Zhanxiang ; He Lanfang ; Liu Xuejun，Customized Decimation and Multi-Fold Notch Filters Realized by DSP56309，ICCEE 2008. International Conference on Computer and Electrical Engineering，２００８年１２月２２日，p.327 - 330
【文献】
中村尚五，ビギナーズ デジタルフィルタ，東京電機大学出版局，１９８９年１１月３０日，p.154-165
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０３Ｈ １７／００−１７／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
入力データのサンプリング周波数と同じサンプリング周波数ｆSのクロックで動作し、入力データを１サンプル毎に積算する複数段縦続接続構成の積算計算部と、
前記複数段縦続接続構成の積算計算部のうちの最終段の積算計算部から入力されるサンプリング周波数ｆSのデータをサンプリング周波数ｆD＝ｆS／Ｎ（Ｎは２以上の整数）で間引く周波数変換部と、
サンプリング周波数ｆDのクロックで動作し、前記周波数変換部から入力されるデータから１サンプル前のデータを減算する複数段縦続接続構成ないしは１段の第１の差分計算部と、
サンプリング周波数ｆDのクロックで動作し、前記複数段縦続接続構成の第１の差分計算部のうちの最終段の第１の差分計算部または前記１段の第１の差分計算部から入力されるデータから複数サンプル前のデータを減算する特定周波数除去用の第２の差分計算部とを備え、
前記第２の差分計算部は、
前段の第１の差分計算部から入力されるデータを１サンプル分遅延させる第１の遅延部と、
この第１の遅延部の出力データを選択信号に応じて第１の出力端子または第２の出力端子のいずれかに出力するマルチプレクサと、
このマルチプレクサの第１の出力端子の出力データを１サンプル分遅延させる１段ないしは複数段縦続接続構成の第２の遅延部と、
前段の第１の差分計算部から入力されるデータと前記１段の第２の遅延部または前記複数段縦続接続構成の第２の遅延部のうちの最終段の第２の遅延部の出力データと前記マルチプレクサの第２の出力端子の出力データとを加算する加算部とから構成されることを特徴とするデジタルフィルタ。
前記複数段縦続接続構成の積算計算部のうちの最終段の積算計算部から入力されるサンプリング周波数ｆSのデータをサンプリング周波数ｆD＝ｆS／Ｎ（Ｎは２以上の整数）で間引く周波数変換部と、
サンプリング周波数ｆDのクロックで動作し、前記周波数変換部から入力されるデータから１サンプル前のデータを減算する複数段縦続接続構成ないしは１段の第１の差分計算部と、
サンプリング周波数ｆDのクロックで動作し、前記複数段縦続接続構成の第１の差分計算部のうちの最終段の第１の差分計算部または前記１段の第１の差分計算部から入力されるデータから複数サンプル前のデータを減算する特定周波数除去用の第２の差分計算部とを備え、
前記第２の差分計算部は、
前段の第１の差分計算部から入力されるデータを１サンプル分遅延させる第１の遅延部と、
この第１の遅延部の出力データを選択信号に応じて第１の出力端子または第２の出力端子のいずれかに出力するマルチプレクサと、
このマルチプレクサの第１の出力端子の出力データを１サンプル分遅延させる１段ないしは複数段縦続接続構成の第２の遅延部と、
前段の第１の差分計算部から入力されるデータと前記１段の第２の遅延部または前記複数段縦続接続構成の第２の遅延部のうちの最終段の第２の遅延部の出力データと前記マルチプレクサの第２の出力端子の出力データとを加算する加算部とから構成されることを特徴とするデジタルフィルタ。
【請求項2】
請求項１記載のデジタルフィルタにおいて、
前記特定周波数は、商用周波数であることを特徴とするデジタルフィルタ。
前記特定周波数は、商用周波数であることを特徴とするデジタルフィルタ。
【請求項3】
入力データのサンプリング周波数と同じサンプリング周波数ｆSのクロックで動作し、入力データを１サンプル毎に積算する複数段縦続接続構成の積算計算部と、
前記複数段縦続接続構成の積算計算部のうちの最終段の積算計算部から入力されるサンプリング周波数ｆSのデータをサンプリング周波数ｆD＝ｆS／Ｎ（Ｎは２以上の整数）で間引く周波数変換部と、
サンプリング周波数ｆDのクロックで動作し、前記周波数変換部から入力されるデータから１サンプル前のデータを減算する複数段縦続接続構成ないしは１段の第１の差分計算部と、
サンプリング周波数ｆDのクロックで動作し、前記複数段縦続接続構成の第１の差分計算部のうちの最終段の第１の差分計算部または前記１段の第１の差分計算部から入力されるデータから複数サンプル前のデータを減算する特定周波数除去用の第２の差分計算部とを備え、
２つの前記第２の差分計算部が縦続接続され、一方の第２の差分計算部が商用周波数である第１の特定周波数の除去用に設けられたものであり、他方の第２の差分計算部が前記第１の特定周波数と異なる商用周波数である第２の特定周波数の除去用に設けられたものであり、
２つの前記第２の差分計算部のうち前記第１の差分計算部の後ろに接続される第２の差分計算部は、
前段の第１の差分計算部から入力されるデータを１サンプル分遅延させる第１の遅延部と、
この第１の遅延部の出力データを選択信号に応じて第１の出力端子または第２の出力端子のいずれかに出力する第１のマルチプレクサと、
この第１のマルチプレクサの第１の出力端子の出力データを１サンプル分遅延させる１段ないしは複数段縦続接続構成の第２の遅延部と、
前段の第１の差分計算部から入力されるデータと前記１段の第２の遅延部または前記複数段縦続接続構成の第２の遅延部のうちの最終段の第２の遅延部の出力データと前記第１のマルチプレクサの第２の出力端子の出力データとを加算する第１の加算部とから構成され、
２つの前記第２の差分計算部のうち残りの第２の差分計算部は、
前段の第２の差分計算部から入力されるデータを１サンプル分遅延させる第３の遅延部と、
この第３の遅延部の出力データを選択信号に応じて第１の出力端子または第２の出力端子のいずれかに出力する第２のマルチプレクサと、
この第２のマルチプレクサの第１の出力端子の出力データを１サンプル分遅延させる１段ないしは複数段縦続接続構成の第４の遅延部と、
前段の第２の差分計算部から入力されるデータと前記１段の第４の遅延部または前記複数段縦続接続構成の第４の遅延部のうちの最終段の第４の遅延部の出力データと前記第２のマルチプレクサの第２の出力端子の出力データとを加算する第２の加算部とから構成されることを特徴とするデジタルフィルタ。
前記複数段縦続接続構成の積算計算部のうちの最終段の積算計算部から入力されるサンプリング周波数ｆSのデータをサンプリング周波数ｆD＝ｆS／Ｎ（Ｎは２以上の整数）で間引く周波数変換部と、
サンプリング周波数ｆDのクロックで動作し、前記周波数変換部から入力されるデータから１サンプル前のデータを減算する複数段縦続接続構成ないしは１段の第１の差分計算部と、
サンプリング周波数ｆDのクロックで動作し、前記複数段縦続接続構成の第１の差分計算部のうちの最終段の第１の差分計算部または前記１段の第１の差分計算部から入力されるデータから複数サンプル前のデータを減算する特定周波数除去用の第２の差分計算部とを備え、
２つの前記第２の差分計算部が縦続接続され、一方の第２の差分計算部が商用周波数である第１の特定周波数の除去用に設けられたものであり、他方の第２の差分計算部が前記第１の特定周波数と異なる商用周波数である第２の特定周波数の除去用に設けられたものであり、
２つの前記第２の差分計算部のうち前記第１の差分計算部の後ろに接続される第２の差分計算部は、
前段の第１の差分計算部から入力されるデータを１サンプル分遅延させる第１の遅延部と、
この第１の遅延部の出力データを選択信号に応じて第１の出力端子または第２の出力端子のいずれかに出力する第１のマルチプレクサと、
この第１のマルチプレクサの第１の出力端子の出力データを１サンプル分遅延させる１段ないしは複数段縦続接続構成の第２の遅延部と、
前段の第１の差分計算部から入力されるデータと前記１段の第２の遅延部または前記複数段縦続接続構成の第２の遅延部のうちの最終段の第２の遅延部の出力データと前記第１のマルチプレクサの第２の出力端子の出力データとを加算する第１の加算部とから構成され、
２つの前記第２の差分計算部のうち残りの第２の差分計算部は、
前段の第２の差分計算部から入力されるデータを１サンプル分遅延させる第３の遅延部と、
この第３の遅延部の出力データを選択信号に応じて第１の出力端子または第２の出力端子のいずれかに出力する第２のマルチプレクサと、
この第２のマルチプレクサの第１の出力端子の出力データを１サンプル分遅延させる１段ないしは複数段縦続接続構成の第４の遅延部と、
前段の第２の差分計算部から入力されるデータと前記１段の第４の遅延部または前記複数段縦続接続構成の第４の遅延部のうちの最終段の第４の遅延部の出力データと前記第２のマルチプレクサの第２の出力端子の出力データとを加算する第２の加算部とから構成されることを特徴とするデジタルフィルタ。
【請求項4】
請求項３記載のデジタルフィルタにおいて、
前記第１の特定周波数が５０Ｈｚで、前記第２の特定周波数が６０Ｈｚであることを特徴とするデジタルフィルタ。
前記第１の特定周波数が５０Ｈｚで、前記第２の特定周波数が６０Ｈｚであることを特徴とするデジタルフィルタ。
【請求項5】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のデジタルフィルタにおいて、
前記複数段縦続接続構成の積算計算部のうちの最終段の積算計算部と、前記周波数変換部と、前記複数段縦続接続構成の第１の差分計算部のうちの初段の第１の差分計算部または前記１段の第１の差分計算部との代わりに、
前段の前記積算計算部から入力されるサンプリング周波数ｆSのデータをサンプリング周波数ｆSのクロック毎に積算し、積算結果をサンプリング周波数ｆDのクロック毎に出力する積算計算および周波数変換部を備えることを特徴とするデジタルフィルタ。
前記複数段縦続接続構成の積算計算部のうちの最終段の積算計算部と、前記周波数変換部と、前記複数段縦続接続構成の第１の差分計算部のうちの初段の第１の差分計算部または前記１段の第１の差分計算部との代わりに、
前段の前記積算計算部から入力されるサンプリング周波数ｆSのデータをサンプリング周波数ｆSのクロック毎に積算し、積算結果をサンプリング周波数ｆDのクロック毎に出力する積算計算および周波数変換部を備えることを特徴とするデジタルフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、デジタルフィルタに係り、特にＳＩＮＣフィルタとノッチフィルタを組み合わせたデジタルフィルタに関するものである。【背景技術】
【0002】
ΔΣＡＤ変換器で用いられるデシメーションフィルタとして、ＳＩＮＣフィルタが良く知られている。ＳＩＮＣフィルタは、（１−ｚ-N）／（１−ｚ-1）という伝達関数で表すことができる。ΔΣＡＤ変換器内で用いるΔΣ変調器の次数を高くすることで、ノイズシェーピングの効果を高めることができるが、後段のデシメーションフィルタ（ＳＩＮＣフィルタ）の次数をΔΣ変調器の次数よりも高くする必要があることはよく知られている。【0003】
例えばここで２次のΔΣ変調器を用いたＡＤ変換器を考える。ＳＩＮＣフィルタとしては、図７に示すように３次のフィルタが必要になる。このＳＩＮＣフィルタを伝達関数で表現するならば、｛（１−ｚ-N）／（１−ｚ-1）｝＾３になる。ここで、伝達関数の分母部分を構成する積算計算部と伝達関数の分子部分を構成する差分計算部とを分離し、１／Ｎの周波数でダウンサンプリングさせた後に差分計算部を置くことも良く知られている。図７の例では、ＳＩＮＣフィルタは、積算計算部１００を３段縦続接続したものと差分計算部１０１を３段縦続接続したものとを周波数変換部１０２で接続した構成からなる。積算計算部１００はサンプリング周波数ｆSで動作し、差分計算部１０１と周波数変換部１０２とはサンプリング周波数ｆD＝ｆS／Ｎで動作する。【0004】
ところで、産業用途など工業系のアプリケーションでは、商用周波数である５０Ｈｚ／６０Ｈｚを除去するためのフィルタが必要になる場合が多い。５０Ｈｚ／６０Ｈｚといった特定の周波数を取り除くフィルタとして、バンドリミットフィルタやノッチフィルタが知られている。これらのフィルタはアナログ回路でも実現できるが、図８、図９のようにデジタル回路でノッチフィルタを実現できる。【0005】
入力データに含まれる５０Ｈｚの成分を除去するノッチフィルタは、図８に示すように差分計算部２００と積算計算部２０１とからなる。図８の例では、サンプリング周波数１００Ｈｚ、つまり周期１０ｍｓのデータに対して、差分計算部２００を構成する遅延部を２段縦続接続の構成とし、２サンプル前のデータとの差分を求めるようにすることにより、５０Ｈｚ（＝２０ｍｓ）の周波数成分を除去することができる（文献「中村尚五，“ビギナーズ デジタルフィルタ”，東京電機大学出版局，p.154-165，1989年」参照）。【0006】
入力データに含まれる６０Ｈｚの成分を除去するノッチフィルタは、図９に示すように差分計算部３００と積算計算部３０１とからなる。図９の例では、周期１０ｍｓのデータに対して、差分計算部３００を構成する遅延部を５段縦続接続の構成とし、５サンプル前のデータとの差分を求めるようにすることにより、６０Ｈｚの周波数成分を除去することができる。【0007】
図７に示したＳＩＮＣフィルタの後段に、図８、図９に示した両方のノッチフィルタ、またはどちらかのノッチフィルタを組み合わせることで、商用周波数を除去した変換結果を得ることができる。我国のように５０Ｈｚと６０Ｈｚの商用周波数が混在する国では、５０Ｈｚと６０Ｈｚのどちらも除去できるようにする必要がある。このため、図１０に示すように、５０Ｈｚ除去のノッチフィルタと６０Ｈｚ除去のノッチフィルタとを直列接続する必要がある。商用周波数が５０Ｈｚか６０Ｈｚかを自動で判別してノッチフィルタの特性を選択したり、利用者が切り替えスイッチ等でノッチフィルタの特性を設定することも可能であるが、余分な検出回路やユーザへの負担が追加されることは好ましくない。【0008】
図１０の構成では、積算計算部も差分計算部もデジタル回路で構成するため、信号線は複数ビット幅を持つ。ビット幅は内部飽和を起こさないように、選択する必要がある。ビット幅はダウンサンプリングする周波数比Ｎに依存し、Ｋ×ｌｏｇ２（Ｎ）＋１［ｂｉｔ］が必要になる（文献「J.C.Candy and G.C.Temes，“Oversampling Delta-Sigma Data Converters”，IEEE Press，p.1-29，1991」参照）。ここで、Ｋはフィルタの段数であり、図７、図１０のようにＳＩＮＣフィルタが３次のフィルタであれば、Ｋ＝３になる。例えば、Ｎ＝２５６の時に１６ビット精度が欲しい場合は、２５ビット必要になる。よって、そのビット幅に応じたレジスタが必要になる。【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
以上のように、デジタルフィルタでは、データのビット幅に応じたレジスタが必要になるが、レジスタ内のデータとの加算回路および減算回路もビット幅が増えるに従って回路規模が大きくなる。産業用途では高ビット分解能や高精度要求が強いため、デジタルフィルタの出力は１６ビット〜２４ビットになることが多い。このため、回路規模の増加は著しくなる。集積回路によってΔΣＡＤ変換器を実現する場合においても、チップ面積の増大になるために、チップ単価の上昇を招くことで経済的な負担を強いられてきた。【0010】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ＳＩＮＣフィルタとノッチフィルタを組み合わせたデジタルフィルタの回路規模を削減することを目的とする。【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明のデジタルフィルタは、入力データのサンプリング周波数と同じサンプリング周波数ｆSのクロックで動作し、入力データを１サンプル毎に積算する複数段縦続接続構成の積算計算部と、前記複数段縦続接続構成の積算計算部のうちの最終段の積算計算部から入力されるサンプリング周波数ｆSのデータをサンプリング周波数ｆD＝ｆS／Ｎ（Ｎは２以上の整数）で間引く周波数変換部と、サンプリング周波数ｆDのクロックで動作し、前記周波数変換部から入力されるデータから１サンプル前のデータを減算する複数段縦続接続構成ないしは１段の第１の差分計算部と、サンプリング周波数ｆDのクロックで動作し、前記複数段縦続接続構成の第１の差分計算部のうちの最終段の第１の差分計算部または前記１段の第１の差分計算部から入力されるデータから複数サンプル前のデータを減算する特定周波数除去用の第２の差分計算部とを備え、前記第２の差分計算部は、前段の第１の差分計算部から入力されるデータを１サンプル分遅延させる第１の遅延部と、この第１の遅延部の出力データを選択信号に応じて第１の出力端子または第２の出力端子のいずれかに出力するマルチプレクサと、このマルチプレクサの第１の出力端子の出力データを１サンプル分遅延させる１段ないしは複数段縦続接続構成の第２の遅延部と、前段の第１の差分計算部から入力されるデータと前記１段の第２の遅延部または前記複数段縦続接続構成の第２の遅延部のうちの最終段の第２の遅延部の出力データと前記マルチプレクサの第２の出力端子の出力データとを加算する加算部とから構成されることを特徴とするものである。また、本発明のデジタルフィルタは、入力データのサンプリング周波数と同じサンプリング周波数ｆSのクロックで動作し、入力データを１サンプル毎に積算する複数段縦続接続構成の積算計算部と、前記複数段縦続接続構成の積算計算部のうちの最終段の積算計算部から入力されるサンプリング周波数ｆSのデータをサンプリング周波数ｆD＝ｆS／Ｎ（Ｎは２以上の整数）で間引く周波数変換部と、サンプリング周波数ｆDのクロックで動作し、前記周波数変換部から入力されるデータから１サンプル前のデータを減算する複数段縦続接続構成ないしは１段の第１の差分計算部と、サンプリング周波数ｆDのクロックで動作し、前記複数段縦続接続構成の第１の差分計算部のうちの最終段の第１の差分計算部または前記１段の第１の差分計算部から入力されるデータから複数サンプル前のデータを減算する特定周波数除去用の第２の差分計算部とを備え、２つの前記第２の差分計算部が縦続接続され、一方の第２の差分計算部が商用周波数である第１の特定周波数の除去用に設けられたものであり、他方の第２の差分計算部が前記第１の特定周波数と異なる商用周波数である第２の特定周波数の除去用に設けられたものであり、２つの前記第２の差分計算部のうち前記第１の差分計算部の後ろに接続される第２の差分計算部は、前段の第１の差分計算部から入力されるデータを１サンプル分遅延させる第１の遅延部と、この第１の遅延部の出力データを選択信号に応じて第１の出力端子または第２の出力端子のいずれかに出力する第１のマルチプレクサと、この第１のマルチプレクサの第１の出力端子の出力データを１サンプル分遅延させる１段ないしは複数段縦続接続構成の第２の遅延部と、前段の第１の差分計算部から入力されるデータと前記１段の第２の遅延部または前記複数段縦続接続構成の第２の遅延部のうちの最終段の第２の遅延部の出力データと前記第１のマルチプレクサの第２の出力端子の出力データとを加算する第１の加算部とから構成され、２つの前記第２の差分計算部のうち残りの第２の差分計算部は、前段の第２の差分計算部から入力されるデータを１サンプル分遅延させる第３の遅延部と、この第３の遅延部の出力データを選択信号に応じて第１の出力端子または第２の出力端子のいずれかに出力する第２のマルチプレクサと、この第２のマルチプレクサの第１の出力端子の出力データを１サンプル分遅延させる１段ないしは複数段縦続接続構成の第４の遅延部と、前段の第２の差分計算部から入力されるデータと前記１段の第４の遅延部または前記複数段縦続接続構成の第４の遅延部のうちの最終段の第４の遅延部の出力データと前記第２のマルチプレクサの第２の出力端子の出力データとを加算する第２の加算部とから構成されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、デジタルフィルタを複数段縦続接続構成の積算計算部と、周波数変換部と、複数段縦続接続構成ないしは１段の第１の差分計算部と、第２の差分計算部とから構成することにより、ＳＩＮＣフィルタとノッチフィルタを組み合わせたデジタルフィルタの回路規模を削減することができる。【図面の簡単な説明】
【0013】
【発明を実施するための形態】
【0014】
［発明の原理］図１Ａ、図１Ｂは本発明の原理を説明する図である。図１Ａは、ＳＩＮＣフィルタの差分計算部１１と、このＳＩＮＣフィルタの後段に接続された差分計算部２０と積算計算部２１とからなるノッチフィルタとを表している。本発明では、ＳＩＮＣフィルタの差分計算部１１とノッチフィルタの積算計算部２１とを合成（相殺）することにより、デジタルフィルタの回路規模を削減する。図１Ｂの例では、差分計算部１１と積算計算部２１とを合成したことにより、５０Ｈｚ除去のノッチフィルタの差分計算部２０のみが残る形となっている。この合成を伝達関数で表すと、次式のようになる。
（１−ｚ-1）・｛（１−ｚ-2）／（１−ｚ-1）｝＝１−ｚ-2
【0015】
図１Ａ、図１Ｂの例のノッチフィルタでは、１０ｍｓ周期でのサンプリングを前提としている。フィルタのカットオフ周波数などはサンプリング周波数によって変えることができるが、ノッチフィルタの構成は商用周波数で決まるために周波数の絶対値で決まってしまう。そのため、サンプリング周波数は、ハードウェア構成によって一意に決まってしまう。【0016】
つまり、サンプリング周波数を別の周波数にする必要があるときは、５０／６０Ｈｚ除去のノッチフィルタを使用しない構成にする必要がある。このようなアプリケーションの場合、図１Ａ、図１Ｂの構成のままでは、本来のＳＩＮＣフィルタの結果も得られなくなってしまう。そこで、図２のようにノッチフィルタの仕様有無に応じた選択信号ＳＥＬを用いることで、ノッチフィルタを利用するか否かを選択することができる。【0017】
すなわち、選択信号ＳＥＬによりマルチプレクサ２３にＡ側を選択させると、遅延部２２と遅延部２４とが直列に接続されるので、図２の２０は５０Ｈｚ除去のノッチフィルタの差分計算部として機能する。一方、マルチプレクサ２３にＢ側を選択させると、遅延部２４が信号経路から外れるので、ノッチフィルタとして機能しなくなり、図２の２０はＳＩＮＣフィルタの差分計算部として機能する。【0018】
６０Ｈｚ除去のノッチフィルタについても同様に、ノッチフィルタの積算計算部とＳＩＮＣフィルタの差分計算部とを合成することが可能である。【0019】
［第１実施例］以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図３は本発明の第１実施例に係るデジタルフィルタの構成を示すブロック図である。本実施例のデジタルフィルタは、デジタルフィルタに入力されるデータのサンプリング周波数と同じサンプリング周波数ｆSのクロックで動作し、入力データを１サンプル毎に積算する複数段縦続接続構成の積算計算部１０と、サンプリング周波数ｆD＝ｆS／Ｎのクロックで動作し、入力データから１サンプル前のデータを減算する複数段縦続接続構成ないしは１段の差分計算部１１と、最終段の積算計算部１０の出力と初段の差分計算部１１の入力との間に設けられ、最終段の積算計算部１０から入力されるサンプリング周波数ｆSのデータをサンプリング周波数ｆDで間引く周波数変換部１２と、サンプリング周波数ｆDのクロックで動作し、差分計算部１１から入力されるデータから複数サンプル前のデータを減算する５０Ｈｚ除去用の差分計算部２０と、サンプリング周波数ｆDのクロックで動作し、差分計算部２０から入力されるデータから複数サンプル前のデータを減算する６０Ｈｚ除去用の差分計算部３０とを備えている。
【0020】
各積算計算部１０は、積算計算部１０に入力されるサンプリング周波数ｆSのデータと１サンプル前の積算結果とを加算する加算部１３と、加算部１３から出力される積算結果を１サンプル分（サンプリング周波数ｆSのクロックの周期分）だけ遅延させて加算部１３に入力する遅延部１４とから構成される。こうして、各積算計算部１０は、積算計算部１０に入力されるデータをサンプリング周波数ｆSのクロック毎に積算する。【0021】
例えば本実施例のデジタルフィルタをΔΣ変調器の後段のデシメーションフィルタとして用いる場合、積算計算部１０の段数ｉ（すなわち、ＳＩＮＣフィルタの次数、ｉは２以上の整数で、本実施例ではｉ＝３）は、ΔΣ変調器の次数よりも高くする必要がある。また、本実施例では、ＳＩＮＣフィルタの差分計算部と５０Ｈｚ除去のノッチフィルタの積算計算部とを相殺し、ＳＩＮＣフィルタの差分計算部と６０Ｈｚ除去のノッチフィルタの積算計算部とを相殺しているので、ＳＩＮＣフィルタの相殺する差分計算部に応じた数の積算計算部１０が最低限必要となる。したがって、積算計算部１０の段数（次数）ｉの最低値は２である。【0022】
周波数変換部１２は、サンプリング周波数ｆD＝ｆS／Ｎ（ダウンサンプリングする周波数比Ｎは２以上の整数）のクロックと同期してオンしデータを間引き（ダウンサンプリング）することにより、最終段の積算計算部１０から出力されるサンプリング周波数ｆSのデータをサンプリング周波数ｆDのデータに変換する。【0023】
差分計算部１１は、周波数変換部１２から差分計算部１１に入力されるサンプリング周波数ｆDのデータを１サンプル分（サンプリング周波数ｆDのクロックの周期分）だけ遅延させる遅延部１５と、差分計算部１１に入力されるデータから遅延部１５の出力データを減算する減算部１６とから構成される。こうして、差分計算部１１は、差分計算部１１に入力されるデータから１サンプル前のデータを減算する。【0024】
積算計算部１０と差分計算部１１と周波数変換部１２とはＳＩＮＣフィルタを構成しているが、上記のとおりＳＩＮＣフィルタの差分計算部と５０Ｈｚ除去のノッチフィルタの積算計算部とを相殺し、ＳＩＮＣフィルタの差分計算部と６０Ｈｚ除去のノッチフィルタの積算計算部とを相殺しているので、差分計算部１１の段数は（ｉ−２）である。したがって、ｉ＝２のときは差分計算部１１は不要となる。この場合は周波数変換部１２の出力と差分計算部２０の入力とを接続すればよい。差分計算部１１を設ける場合は、積算計算部１０の段数ｉは３以上となる。【0025】
差分計算部２０は、差分計算部１１から差分計算部２０に入力されるサンプリング周波数ｆDのデータを１サンプル分（サンプリング周波数ｆDのクロックの周期分）だけ遅延させる遅延部２２と、遅延部２２の出力データを選択信号ＳＥＬに応じて第１の出力端子または第２の出力端子のいずれかに出力するマルチプレクサ２３と、マルチプレクサ２３の第１の出力端子の出力データを１サンプル分（サンプリング周波数ｆDのクロックの周期分）だけ遅延させる１段ないしは複数段縦続接続構成の遅延部２４と、差分計算部２０に入力されるデータと遅延部２４の出力データとマルチプレクサ２３の第２の出力端子の出力データとを加算する加算部２５とから構成される。複数段縦続接続構成の差分計算部１１を設ける場合は、最終段の差分計算部１１の出力データが差分計算部２０に入力される。また、図３に示したように１段の差分計算部１１を設ける場合は、この差分計算部１１の出力データが差分計算部２０に入力される。また、複数段縦続接続構成の遅延部２４を設ける場合は、最終段の遅延部２４の出力データが加算部２５に入力される。また、図３に示したように１段の遅延部２４を設ける場合は、この遅延部２４の出力データが加算部２５に入力される。【0026】
上記のとおり、選択信号ＳＥＬによりマルチプレクサ２３にＡ側（第１の出力端子側）を選択させると、遅延部２２と遅延部２４とが直列に接続されるので、差分計算部２０は５０Ｈｚ除去のノッチフィルタの差分計算部として機能する。一方、選択信号ＳＥＬによりマルチプレクサ２３にＢ側（第２の出力端子側）を選択させると、ノッチフィルタとして機能しなくなり、差分計算部２０はＳＩＮＣフィルタの差分計算部として機能する。【0027】
遅延部２２の段数は常に１である。一方、遅延部２２と遅延部２４の合計の段数ｊ（ｊは２以上の整数で、本実施例ではｊ＝２）は、入力データに含まれる５０Ｈｚの成分を除去可能なように設定すればよい。したがって、段数ｊはサンプリング周波数ｆDに応じて変化する。【0028】
差分計算部３０は、差分計算部２０から差分計算部３０に入力されるサンプリング周波数ｆDのデータを１サンプル分（サンプリング周波数ｆDのクロックの周期分）だけ遅延させる遅延部３２と、遅延部３２の出力データを選択信号ＳＥＬに応じて第１の出力端子または第２の出力端子のいずれかに出力するマルチプレクサ３３と、マルチプレクサ３３の第１の出力端子の出力データを１サンプル分（サンプリング周波数ｆDのクロックの周期分）だけ遅延させる複数段縦続接続構成ないしは１段の遅延部３４と、差分計算部３０に入力されるデータと遅延部３４の出力データとマルチプレクサ３３の第２の出力端子の出力データとを加算する加算部３５とから構成される。複数段縦続接続構成の遅延部３４を設ける場合は、最終段の遅延部３４の出力データが加算部３５に入力される。また、１段の遅延部３４を設ける場合は、この遅延部３４の出力データが加算部３５に入力される。【0029】
選択信号ＳＥＬによりマルチプレクサ３３にＡ側（第１の出力端子側）を選択させると、遅延部３２と遅延部３４とが直列に接続されるので、差分計算部３０は６０Ｈｚ除去のノッチフィルタの差分計算部として機能する。一方、選択信号ＳＥＬによりマルチプレクサ３３にＢ側（第２の出力端子側）を選択させると、ノッチフィルタとして機能しなくなり、差分計算部３０はＳＩＮＣフィルタの差分計算部として機能する。【0030】
遅延部３２の段数は常に１である。一方、遅延部３２と遅延部３４の合計の段数ｋ（ｋは２以上の整数で、本実施例ではｋ＝５）は、入力データに含まれる６０Ｈｚの成分を除去可能なように設定すればよい。したがって、段数ｋはサンプリング周波数ｆDに応じて変化する。【0031】
以上のように、本実施例では、ＳＩＮＣフィルタの差分計算部と５０Ｈｚ除去のノッチフィルタの積算計算部とを相殺し、ＳＩＮＣフィルタの差分計算部と６０Ｈｚ除去のノッチフィルタの積算計算部とを相殺することにより、ＳＩＮＣフィルタとノッチフィルタを組み合わせたデジタルフィルタの回路規模を削減することができる。【0032】
また、本実施例では、差分計算部２０，３０にマルチプレクサ２３，３３を設けることにより、サンプリング周波数ｆDを設計時の周波数（本実施例では１００Ｈｚ）とは別の周波数にする必要があるときに、選択信号ＳＥＬによりマルチプレクサ２３，３３にＢ側を選択させることで、５０Ｈｚ除去のノッチフィルタおよび６０Ｈｚ除去のノッチフィルタを使用しない構成にすることができる。【0033】
［第２実施例］次に、本発明の第２実施例について説明する。第１実施例のデジタルフィルタにおいて、最終段の積算計算部１０と周波数変換部１２と差分計算部１１の部分の構成（図４Ａ）は、図４Ｂのように変換することができ、最終的に図４Ｃのように変換することができる。このような変換の原理を用いることにより、第１実施例のデジタルフィルタを図５のように簡素化することができる。
【0034】
本実施例では、図３の最終段の積算計算部１０と周波数変換部１２と差分計算部１１の代わりに、積算計算および周波数変換部１７を用いる。複数段縦続接続構成の差分計算部１１を設ける場合は、最終段の積算計算部１０と周波数変換部１２と初段の差分計算部１１の代わりに、積算計算および周波数変換部１７を設けるようにすればよい。積算計算および周波数変換部１７は、前段の積算計算部１０から入力されるサンプリング周波数ｆSのデータをサンプリング周波数ｆSのクロック毎に積算し、積算結果をサンプリング周波数ｆDのクロック毎に差分計算部２０に出力する。
【0035】
図６は積算計算および周波数変換部１７の構成を示すブロック図である。積算計算および周波数変換部１７は、積算計算および周波数変換部１７に入力されるサンプリング周波数ｆSのデータと１サンプル前の積算結果とを加算する加算部２６と、加算部２６から出力される積算結果を１サンプル分（サンプリング周波数ｆSのクロックの周期分）だけ遅延させて加算部２６に入力する遅延部であるフリップフロップ２７と、加算部２６の出力データをサンプリング周波数ｆDのクロック毎に保持して出力するフリップフロップ２８とから構成される。フリップフロップ２７には、サンプリング周波数ｆDのクロックに同期したリセット信号Ｒが入力され、サンプリング周波数ｆDのクロック毎にフリップフロップ２７がリセットされる。【0036】
こうして、本実施例では、第１実施例のデジタルフィルタを更に簡素化することができる。なお、本実施例では、図３の最終段の積算計算部１０と周波数変換部１２と差分計算部１１の代わりに積算計算および周波数変換部１７を用いるので、（ｉ−２−１）≧０とする必要があり、積算計算部１０と積算計算および周波数変換部１７の合計の段数ｉを３以上とする必要がある。【0037】
また、積算計算部１０と積算計算および周波数変換部１７の合計の段数ｉが４以上の場合には、（ｉ−２−１）≧１となるので、複数段縦続接続構成ないしは１段の差分計算部１１を設ける必要がある。この場合には、積算計算および周波数変換部１７の出力と差分計算部２０の入力との間に、（ｉ−２−１）個の差分計算部１１を直列に挿入すればよい。【0038】
第１、第２実施例のデジタルフィルタは、ΔΣＡＤ変換器に設けられるデシメーションフィルタに限らず、ＳＩＮＣフィルタとノッチフィルタの組み合わせが必要な分野であれば適用することができる。また、第１、第２実施例では、図３、図５のデジタルフィルタの入力から出力までの各信号線のビット幅について言及していないが、各信号線のビット幅は例えば１６ビット〜２４ビットである。
【0039】
また、第１、第２実施例では、差分計算部１１の後ろに５０Ｈｚ除去用の差分計算部２０を接続し、５０Ｈｚ除去用の差分計算部２０の後ろに６０Ｈｚ除去用の差分計算部３０を接続しているが、これに限るものではなく、差分計算部１１の後ろに６０Ｈｚ除去用の差分計算部３０を接続し、６０Ｈｚ除去用の差分計算部３０の後ろに５０Ｈｚ除去用の差分計算部２０を接続するようにしてもよい。【0040】
また、第１、第２実施例では、５０Ｈｚ除去用の差分計算部２０と６０Ｈｚ除去用の差分計算部３０の両方を設けるようにしているが、差分計算部２０と差分計算部３０のうちどちらか一方のみを設けるようにしてもよい。第１実施例において差分計算部２０と差分計算部３０のうちどちらか一方のみを設ける場合、差分計算部１１の段数は（ｉ−１）となる。また、第２実施例において差分計算部２０と差分計算部３０のうちどちらか一方のみを設ける場合、積算計算部１０と積算計算および周波数変換部１７の合計の段数ｉが３以上の場合には、積算計算および周波数変換部１７の出力と、差分計算部２０または差分計算部３０の入力との間に、（ｉ−２）個の差分計算部１１を直列に挿入すればよい。【0041】
また、第１、第２実施例では、特定周波数除去用のノッチフィルタとして、商用周波数除去用のノッチフィルタを設けているが、これに限るものではない。差分計算部２０に用いる遅延部２２，２４の段数ｊを、入力データに含まれる特定周波数の成分を除去可能なように設定すれば、所望の周波数を除去可能なノッチフィルタを実現することができる。差分計算部３０についても同様である。【産業上の利用可能性】
【0042】
本発明は、デジタルフィルタに適用することができる。【符号の説明】
【0043】
１０…積算計算部、１１，２０，３０…差分計算部、１２…周波数変換部、１３，２５，２６，３５…加算部、１４，１５，２２，２４，３２，３４…遅延部、１６…減算部、２３，３３…マルチプレクサ、１７…積算計算および周波数変換部、２７，２８…フリップフロップ。