In FIR (Finite Impulse Response) filter applications, Nth-band FIR digital filters are known to be important due to their reduced computational requirements. The conventional methods for designing FIR filters use iterative approaches such as the well-known Parks-Mcclellan algorithm. the Parks-Mcclellan algorithm is also used to design Nth-band FIR digital filters. But a disadvantage of the Parks-McClellan algorithm Is that it needs a good amount of design time. This paper describes a direct design method for third-band FIR Filters using Chebyshev polynomial, which provide a reduction in design time over indirect methods such as the Parks-McClellan algorithm. The response of the resulting filter is equi-ripple in passband. The proposed method of design produces a passband response that is equi-ripple to within a minuscule error, compare to that of the Parks-McClellan algorithm.
본 논문에서는 분산증폭기 구조를 기반으로 한 아날로그 FIR 필터 구조를 제안하고 그 특성을 분석한다. 또한, 디지털 필터 설계 기술을 이용한 간단한 아날로그 FIR 필터 설계 방법을 제시한다. 제안된 아날로그 FIR 필터는 이동평균필터와 콤필터 형태로 그 회로 구조안에 곱셈기를 포함하지 않기 때문에 multi-GHz 의 높은 주파수 대역에서도 동작 가능하게 하며, RF 시스템에서 필터와 증폭기를 결합한 형태의 응용이 가능하도록 한 구조이다. 제안된 아날로그 FIR 필터는 표준 $0.18{\mu}m$ CMOS 공정 기술을 이용하여 시뮬레이션을 수행하였고 그 결과를 MATLAB으로 모델링하여 얻은 디지털 필터의 결과와 비교하였다. 시뮬레이션 결과 제안된 아날로그 FIR 필터는 디지털 필터와 의 시뮬레이션 결과에 잘 부합하였다.
본 논문에서는 분산증폭기 구조를 기반으로 한 5GHz FIR 필터 low noise amplifier (LNA)를 설계하고 그 특성을 분석한다. 설계된 FIR 필터 LNA는 MA(Moving Average) 필터 특성을 가져 주파수의 선택도를 높였으며, GaAs 기반 개별 소자를 이용한 proto-type 회로를 FR4 PCB와 유전율 ${\varepsilon}_r=10.2$를 가지는 고주파수용 PCB위에 구성하여 ADS(Advanced Design System)로 시뮬레이션 하였다. 시뮬레이션 결과 5GHz 주파수 대역에서 약 10dB 정도의 전력이득을 가지는 LNA 출력 특성과 MA FIR 필터 형태 주파수 선택적인 응답을 보여주었다. FIR 필터 형태의 LNA 설계를 통하여 RF 시스템에서 다양한 형태의 증폭기 및 필터 응용의 가능성을 기대해 볼 수 있다.
In FIR (Finite Impulse Response) filter applications, Nth-band FIR digital filters are known to be important due to their reduced computational requirements. The conventional methods for designing FIR filters use iterative approaches such as the well-known Parks-McClellan algorithm. The Parks-McClellan algorithm is also used to design Nth-band FIR digital filters after Mintzer's research. However, a disadvantage of the Parks-McClellan algorithm is that it needs a large amount of design time. This paper describes a direct design method for Nth-band FIR Filters using Chebyshev polynomials, which provides a reduced design time over indirect methods such as the Parks-McClellan algorithm. The response of the resulting filter is equi-ripple in passband. Our proposed method produces a passband response that is equi-ripple to within a minuscule error, comparable to that of Mintzer's design method which uses the Parks-McClellan algorithm.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제16권3호
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pp.261-273
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2016
Reconfigurable finite impulse response (FIR) filters whose filter coefficients and filter order change dynamically during run-time play an important role in the software defined radio (SDR) systems, multi-channel filters, and digital up/down converters. However, there are not many reports on such reconfigurable designs which can support dynamic variation of filter order and filter coefficients. The purpose of this paper is to provide an architectural solution for the FIR filters to support run-time variation of the filter order and filter coefficients. First, two straightforward designs, namely, (i) single-MAC based design and (ii) full-parallel design are presented. For large variation of the filter order, two designs based on (iii) folded structure and (iv) fast FIR algorithm are presented. Finally, we propose (v) high throughput design which provides significant advantage in terms of hardware and/or time complexities over the other designs. We compare complexities of all the five structures, and provide the synthesis results for verification.
일반적으로 기존의 MAXFLAT FIR 필터의 직접 설계 방법들은 통과대역과 저지대역에서 MAXFLAT 응답에 도달하기 위해 추정 알고리즘들을 사용해야 하는 문제들이 반드시 존재한다. 본 논문에서는 MAXSHCUT 조건을 바탕으로 한 향상된 제안된 방식을 사용하였으며, 기존의 문제들을 해결하였다. 제안된 방식에서는 MAXFLAT 와 MAXSHCUT을 갖는 FIR 저역통과 필터가 임의의 차단주파수에서 설계되도록 필터 차수와 차단주파수 파라메터들로 표현된 핵심 파라메터를 사용 하였다. 결론적으로 제안된 설계 기술은 MAXFLAT 와 MAXSHCUT을 갖는 FIR 저역통과 필터 실현이 가능하며, 설계된 필터들은 모두 100dB 가 넘는 MAXSHCUT을 갖는 것을 알 수가 있다.
In FIR (Finite Impulse Response) filter applications, Nth-band F]U digital filters are known to be important due to their reduced computational requirements. The conventional methods for designing F]U filters use iterative approaches such as the well-known Parks-Mcclellan algorithm. The Parks-Mcclellan algorithm is also used to design Nth-band FIR digital filters. But a disadvantage of the Parks-Mcclellan algorithm is that it needs a good amount of design time. This paper describes a direct design method for Nth-band FIR Filters using Chebyshev polynomials, which provides a reduced design time over indirect methods such as the Parks-Mcclellan algorithm. The response of the resulting filter is equiripple in passband. Our proposed method produces a passband response that is equripple to within a minuscule error, comparable to that of the Parks-Mcclellan algorithm.
FIR 필터의 계수가 CSD(canonic signed digit) 형식으로 표현되고 계수 당 0이 아닌 자릿수가 매우 적다면 적은 하드웨어 비용으로 고속 필터링을 수행할 수 있다. 주어진 주파수 응답 특성을 따르며 최소의 0이 아닌 부호자릿수(signed digit)를 갖는 CSD 형식의 FIR 필터 계수를 설계하는 문제는 목표 주파수 응답과의 최대 오차를 최소화하는 희소한 0이 아닌 부호자릿수 계수를 찾는 문제와 같다. 본 논문에서는 FIR 필터의 무곱셈 초고속 구현을 위해 압축센싱 기법에 기반을 둔 CSD 형식의 계수 설계 알고리듬을 제안한다. 탐욕(greedy) 방법을 채용한 본 알고리듬에서는 매 반복단계에서 잔차 신호를 구성하는 가장 큰 크기의 atom을 선택하고, 그 atom의 계수를 나타내는 가장 큰 부호자리를 찾아 FIR 필터의 계수를 갱신한다. 설계 예를 통해 평균적으로 탭 당 두 번 이하의 덧셈만으로 목표 주파수 응답에 근접한 FIR 필터링을 수행할 수 있음을 확인하였고, 이는 적은 하드웨어 비용으로 고속 필터링 구현에 적합하다.
현대 사회에서 디지털 처리 기술은 다양한 분야에서 응용되고 있다. 대표적으로 음성 및 영상 처리에 관한 신호 처리 기술을 들 수 있으며, 이러한 신호 처리를 위한 필터는 크게 FIR 필터와 IIR 필터로 나눌 수 있다. FIR 필터는 IIR 필터에 비해 높은 차수로써 구현이 되어지는 단점이 있으나, 안정적이며 구현하기에 용이하다는 장점을 가진다. 또한 선형 위상 응답 특성을 가지고 있어, 파형 정보 특성이 중요시되는 곳에 사용되어지고 있다. FIR 필터 구현에 있어 주요한 문제점은 깁스현상을 최소화시키는 것이다. 따라서 본 논문에서는 변형된 창함수를 이용한 FIR 디지털 필터를 사용하여 기존에 제시된 방법과 비교하였다.
There are several methods for the design of 2D filter. Notable among them is McClellan transform method. This transform allows us to obtain a high order 2D FIR filter through mapping the 1D frequency points of a 1D prototype FIR filter onto 2D frequency contours. We design 2D filter using this transform. Then we notice for mapping deviation of the 2D filter. In this paper, Quadratic programming (QP) method allows us to obtain coefficients of McClellan transform. Then we compare deviation of QP method with least-squares(LS) method. Elliptic filter is used for comparison. The optimal cutoff frequencies of a 1D filter are obtained directly from the QP method. Also several problem of LS method are solved.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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