[发明专利]一种音频DAC的插值滤波器实现结构

说明书

本发明公开了一种音频DAC的插值滤波器实现结构，采用级联形式的滤波器实现结构，使用多个滤波器级联实现更高的阶数，通过基于计数器的使能信号产生模块以及门控时钟产生模块的控制来降低各个滤波器的功耗。门控时钟采用同一个时钟源，更利于实现以及电路移植，降低了后端设计难度。单个滤波器通过采用半带滤波器和级联梳状积分滤波器的组合来降低系数数量，减少了运算量以及存储量，利用对称性降低了系数数量和存储量，使用CSD编码的方法对乘法运算进行优化，降低乘法需要的功耗以及面积。配合门控时钟以及使能控制信号对运算逻辑进行时分复用处理，每个滤波器只需要一组运算逻辑，通过时分复用的方式实现大量的运算，极大的减少了功耗及面积损耗。

技术领域

本发明属于集成电路设计技术领域，具体涉及到一种音频应用领域DAC中的插值滤波器的实现结构。

背景技术

随着大规模集成电路的快速发展以及数字信号处理理论的不断完善，数字信号处理技术凭借着高精度，高可靠性以及便于大规模集成等诸多优点，广泛应用于各个行业领域。现实世界中的信号主要为模拟信号，所以数字系统的应用就需要模数转换器和数模转换器完成数字信号和模拟信号的相互转换。其中数模转换器是一种将输入的数字信号转换成模拟信号输出的器件，被广泛用于数字通信，自动控制和数字多媒体等领域。在数字系统中以数字方式存储和传输的信号，必须使用数模转换器转换为模拟信号，才能被外界的人或其他非数字系统识别。

音视频如今已经进入数字时代，大量消费数字电子设备进入市场，除了早期的MP3、MP4、PC等设备之外，现在的手机、数码摄像机、数字电视等产品发展势头愈加迅猛，日益普及，与此同时，还不断有新的数字音频产品面世，受到了年轻人的追捧，具有巨大的市场潜力。数字音频处理中的数模转换器直接影响着音频的质量，因此研究音频系统中的DAC具有广泛的现实意义。

由于音频数模转换器的转换精度通常要求达到16bit以上，常规的奈奎斯特率数模转换器是难以胜任的，一般都采用容易达到较高精度的Σ-Δ数模转换器来实现。但是Σ-Δ数模转换器大部分电路使用数字电路实现，需要大量的运算以及存储，特别是最前端的插值滤波器，占用了全部电路最多的运算量和存储量。这往往伴随着更高的功耗和更大的面积，这与消费电子产品的低功耗的要求相悖。现有的插值滤波器的运算以及控制逻辑，大多是并行的实现结构，使用了复杂的流水线实现方法，这需要大量的寄存器阵列来实现，大大增大了存储量。随着精度的提高，滤波器电路需要的阶数迅速增加，电路会更加的复杂，产生更大的功耗和面积消耗，容易出现故障且不易移植。

发明内容

为了解决现有的技术缺陷，本发明采用了级联形式的滤波器实现结构，使用多个滤波器级联实现更高的阶数，通过基于计数器的使能信号产生模块以及门控时钟产生模块的控制来降低各个滤波器的功耗。门控时钟采用同一个时钟源，更利于实现以及电路移植，降低了后端设计难度。单个滤波器通过采用半带滤波器和级联梳状积分滤波器的组合来降低系数数量，减少了运算量以及存储量。对需要大量乘法运算的半带滤波器进行了结构优化，利用对称性，进一步降低了系数数量和存储量，使用CSD编码的方法对乘法运算进行优化，大大降低了乘法需要的功耗以及面积。同时配合门控时钟以及使能控制信号对运算逻辑进行时分复用处理，每个滤波器只需要一组运算逻辑，通过时分复用的方式实现大量的运算，极大的减少了功耗及面积损耗。

本发明是一种音频DAC中的插值滤波器实现结构。其具体技术方案如下：包括一个基于计数器的使能信号产生模块，一个门控时钟产生电路，一个滤波器运算模块，一个数据缓存RAM和滤波器系数保存ROM；滤波器运算模块包括多个半带滤波器运算逻辑、一个补偿滤波器运算逻辑、一个级联梳状积分滤波器运算逻辑模块和运算控制模块；其中数据缓存RAM，用于保存DAC外部输入的数据、各级滤波器的运算结果以及最后的输出结果；滤波器系数保存ROM，用于保存插值滤波器内部多个半带滤波器和一个补偿滤波器的滤波器系数；基于计数器的使能信号产生模块，用于产生控制整个系统的使能控制信号；门控时钟产生电路，用于产生滤波器运算模块中所需的不同频率的分频时钟。