고속/저전력 디지털 IF 구현을 위한 최적의 FIR 필터 설계

Abstract

Digital IF(Intermediate Frequency) 처리단과 같은 고속과 저전력을 요구하는 필터에서 CIC(Cascaded Integrator-Comb) 데시메이션 필터와 덧셈기만을 사용하여 CSD(Canonical Signed Digit)형의 필터계수들을 구현하는 구조가 널리 연구되고 있다. 본 논문에서는 CIC(Cascaded Integrator-Comb) 데시메이션 필터의 주파수응답을 향상시키는 새로운 필터 구조를 제안한다. 기존의 방식은 CIC 필터의 통과대역 특성은 향상시키나, Aliasing 대역의 감쇠특성은 조금 나빠지는 단점을 갖고 있다. 그러나 이 논문에서는 통과대역의 특성은 기존의 방식보다 우수하며, 동시에 Aliasing 대역의 감쇠특성도 매우 향상시키는 IFOP(Interpolated Fourth-Order Polynomials) 필터를 제안한다. 제안된 필터는 4차의 필터이나 곱셈이 1개만 필요한 구조이므로 부가적인 연산량이 적으며, 또한 선형위상의 특성을 갖고 있으므로 CIC 필터의 선형위상 특성을 그대로 유지할 수 있다. 마지막으로 기존의 주파수응답 향상 기법들과 제안된 필터의 구현 비용을 비교하였다. 또한, 본 논문에서는 CSD형의 선형위상 FIR(Finite Impulse Response) 필터에서 수직의 공통패턴을 공유하는 구조를 제안한다. 선형위상 FIR 필터를 CSD형의 코드를 사용하여 구현할 때에, 선형위상의 계수대칭의 특성 때문에 수평 공통패턴의 방식이 사용되어 왔다. 그러나 본 논문에서는 선형위상 필터는 근접해 있는 계수들끼리 근사의 값을 갖기 때문에 MSB가 같다는 것을 이용하여 수직 공통패턴을 사용하는 방식을 제안하였다. 제안된 방식은 구현의 정세도가 낮을수록, 구현하는 탭의 길이가 길수록 더욱 효과가 큼을 예제를 통하여 보였다. 따라서 제안된 방식은 고속/저전력 구현을 요하는 이동 통신용 필터에서 사용하기에 적합한 필터임을 보였다. ; In the high-speed/low-power digital filter applications like wireless communication systems, CIC(Cascaded Integrator-Comb) decimation filters and CSD(Canonical Signed Digit) linear phase finite impulse response(FIR) filter structures are widely investigated. In this paper, a new filter structure to improve frequency response characteristics in CIC(Cascaded Integrator-Comb) decimation filters is proposed. Conventional filters improve passband characteristics, but they make worse aliasing band characteristics. In this paper, we propose a new filter which is called IFOP(Interpolated Fourth-Order Polynomials). By using this proposed filter, passband droop and aliasing band attenuation are simultaneously improved. Since proposed filter needs only one multiplication, computation is not much. And overall linear phase characteristics are maintained since the proposed filter is also linear phase. Finally, implementation cost of the proposed filter is compared with those of conventional filters. Moreover, we propose a high-speed/low-power CSD linear phase FIR filter structure using vertical common sub-expression. In the conventional linear phase CSD filter, horizontal common sub-expressions are utilized due to the inherent horizontal common sub-expression of symmetrical filter coefficients. We use the fact that their MSBs are also equal since adjacent filter coefficients have similar values in the linear phase filter. Through the examples, it is shown that our proposed structure is more efficient in case that precision of implementation is lower, and tap length are longer.