AD-Wandler entsprechend der Patentschrift DE 43 33 908 benötigen ein spezielles FIR-Filter, das im Normalfall einen großen schaltungstechnischen Aufwand bedeutet.

Aufgabe der vorlegenden Erfindung ist es, durch eine vorteilhafte Gestaltung des FIR-Filters den schaltungstechnischen Aufwand deutlich zu reduzieren.

Ein AD-Wandler nach dem Verfahren aus DE 43 33 908 geht aus einer linearen Pulsmodulation hervor. Diese Pulsmodulation basiert auf dem Vergleich eines sinusförmigen Trägersignals (S (t)) mit dem analogen Eingangssignal (Sm (t)) (Fig. 1). Bei Übereinstimmung beider Signale wird jeweils ein gleichförmiger Impuls (Dirac-lmpuls) erzeugt. Das Frequenzspektrum dieser Pulsfolge P (t) (Fig. 1) ist in Fig. 2 dargestellt. Diese spezielle Art der Pulsmodulation setzt das ursprüngliche Tiefpaßsignal (Eingangssignal) in ein Bandpaßsignal mit der Trägersignalfrequenz (S (t)) als Mittenfrequenz um.

Zur AD-Wandlung wird die zeitliche Lage der Impulse der Folge P (t) mit zwei Hochfrequenzzählem quantisiert (siehe Patentschrift DE 43 33 908).

Bei einem normalen, digitalen FIR-Filter ergibt sich die Größe des benötigten Koeffizientenspeichers aus der Impulsantwortlänge und der Abtastrate. In Fig. 3 ist der Zusammenhang zwischen Anzahl der benötigten Filterkoeffizienten, der Impulsantwortlänge dargestellt. Die Pulsfolge Pd (t) ergibt sich aus der zeitlichen Quantisierung der Pulsfolge P (t). Fig. 3 zeigt die Impulsantwort eines Tiefpaßfilters. Aus Fig. 3 erkennt man, daß die Koeffzientenanzahl gleich der Anzahl der Quantisierungszeitintervalle n sein muß. Bei einer entsprechend hohen zeitlichen Auflösung werden daher sehr viele Koeffizienten be nötigt.

Ein sequentielles FIR-Filter (Fig. 4) besteht im Wesentlichen aus einem RAM entsprechend der Impulsantwortlänge, dem Koeffizientenspeicher und einem Multiplizierer mit Akkumulator.

Die Steueriogik SL (Fig. 4) speichert die Abtastwerte entsprechend der zeitlichen Reihenfolge in das RAM und wähit die Filterkoeffzienten aus. Der Multiplizierer bildet das Produkte aus den Abtastwerten und den Filterkoeffizienten, die dann im Akkumulator aufsummiert werden.

Die Erfindung bezieht sich auf ein sequentielles FlR-Filter für das AD-Wandlerverfahren (DE 43 33 908). Dieses FIR-Filter muß zum Einen das Bandpaßsignal wieder ins Basisband verschieben und zum Anderen alle nichtlinearen Oberspektren unterdrücken, so daß die Ausgangsdatenrate auf die Nyquistrate des analogen Eingangssignals reduziert werden kann.

Dazu ist eine neuartige Struktur eines FIR-Filters notwendig, die zudem mit deutlich reduzierter Koeffzientenspeichergröße auskommt. Diese Probleme werden durch die erfindugsgemäße FIR- Filterstruktur gelöst.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist die lineare Koeffizienteninterpolation. Dies bedeutet, daß nur ein Bruchteil der benötigten Koeffizienten gespeichert werden müssen. Die Überwiegende Anzahl der Koeffizienten werden linear interpoliert. Simulationen haben gezeigt, daß bei einer Anzahl von N benötigten Koeffizienten nur eine Anzahl von a/gespeicherten Koeffizienten erforderlich ist.

Folglich befindet sich nur jeder z/»-nte Koeffzient in einem Festwertspeicher (ROM). Alle dazwischenliegenden Koeffizienten werden mit Hilfe zwei benachbarter Werte linear interpoliert (Geradengleichng). Die lineare Interpolation gewährleistet eine ausreichende Genauigkeit und läßt sich in digitaler Schaltungstechnik mit relativ geringem Aufwand realisieren. Anschaulich ergibt sich dies aus der Tatsache, daß ein sinusförmiges Signal besonders gut durch lineare Interpolation zwischen äquidistanten Stützstellen angenähert werden kann.

Geht man von einer Tiefpaß-Filterung der Zählergebnisse des AD-Wandlers aus, so ist die erfindugsgemäße FIR-Filterstruktur durch zwei Datenspeicher gekennzeichnet.

Zunächst werden die Diracimpulse, die den Zählergebnissen entsprechen, mit einem digitalen Sinussignal multipliziert. Dadurch wird das Bandpaßsignal wieder in Tiefpaßlage gebracht. Bei einer sehr hohen Auflösung des AD-Wandlers erfordert diese Multiplikation eine sehr große Anzahl an Sinussignalkoeffizienten. Durch die lineare Interpolation reduziert sich erheblich der Speicheraufwand

für die Sinussignalkoemzienten (No). Da der AD-Wandler auf einer nichtäquidistanten Abtastubg beruht, müssen nicht nur die Ergebnisse der Sinusmultiplikation sondern auch die Zeitwerte (Zählergebnisse) für die Dauer der Impulsantwort des FIR-Filters in einem Arbeitsspeicher (RAM) abgelegt werden. In einem Speicher befinden sich dann die Amplitudenwerte (Amp.-RAM) und in einem weiteren die Zeitwerte (Zeit-RAM). Die sich aus einer äquidistanten Abtastung der Tiefpaßimpulsantwort ergebenen Filterkoeffizienten werden in einem Festwertspeicher (ROM) abgelegt. Zur Reduzierung des Speicheraufwandes werden die Koeffizienten, die zeitlich zwischen den gespeicherten Werten liegen, erfindungsgemäß durch eine lineare Interpolation ermittelt. Diese Maßnahme führt zu einer deutlichen Reduzierung des Speicheraufwandes (N o A Die Zeitwerte im Zeit-RAM wählen die Entsprechenden Filterkoeffizienten aus, die dann mit den Amplitudenwerten im Amp.-RAM entsprechend multipliziert werden. Wie bei einem gewöhnlichen FIR- Filter werden dann diese Produkte im Akkumulator aufsummiert und bilden dann das Ausgangssignal des FIR-Filters bzw. des AD-Wandlers.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 5 dargestellt. Sie zeigt die Realisierung des FIR- Filters. Das Filter besteht im Wesentlichen aus dem Koeffizientenspeicher für das Sinussignal (Sinus- ROM), dem Speicher für die Filterkoeffizienten (Filter-ROM), den linearen Interpolatoren 1 und 2, der Steuerlogik 1.. 3 und den Arbeitsspeichem für die Amplitudenwerte (Amp.-RAM) und den Zeitwerten (Zeit-RAM). Ein dem Multiplizierer folgender Akkumulator liefert das Ausgangssignal des FIR-Filters bzw. des AD-Wandlers.

Die Ergebnisse der Hochfrequenzzähler (Patentschrift DE 43 33 908) stellen das Eingangssignal des FIR-Filters (Fig. 5) dar. Den Zählergebnissen, die die Diracstoßfolge repräsentieren, werden zuerst die entsprechenden Sinussignalkoeffizienten zugeordnet. Anschließend werden dann diese ausgewählten Sinussignalkoeffizienten im Amp.-RAM gespeichert. Die Auswahl und Speicherung übernimmt die Steuerlogik SL1. Der lineare Interpolator 1 (Lin.-Interpolator 1) berechnet die fehlenden Koeffizienten zwischen zwei im Sinus-ROM gespeicherten Koeffizienten (Geradengleichung). Der lineare Interpolator kann dabei z. B. mit einfachen Addierem und Bit-Schiebeoperationen realisiert werden.

Gleichzeitig werden die Zählergebnisse im Zeit-RAM gespeichert. Die Anzahl der gespeicherten Werte im Amplituden RAM (Amp.-RAM) als auch im Zeit-RAM hängen dabei von der Länge der Impulsantwort des FIR-Filters ab. Die Steuedogik SL2 ist sorgt für die korrekte Reihenfolge der Datenspeicherung.

Über die Steuerlogik SL3 werden dann den Zeitwerten die entsprechenden Filterkoeffizienten zugeordnet und an den Multiplizierer weiter geleitet. Der lineare Interpolator 2 bestimmt dabei die Werte zwischen zwei benachbarten Koeffizienten aus dem Filter-ROM (Geradengleichung). Der Multiplizierer bildet das Produkt zwischen den Filterkoeffizienten und den zugeordneten Amplitudenwerten im Amp.-RAM. Der Akkumulator überlagert die Ergebnisse der Multiplikationen und bildet so das Ausgangssignal.

In diesem Beispiel wird von einer Tiefpaßfilterfunktion ausgegangen, weil durch die Zuordnung von Zählergebnissen und Sinussignalkoeffizienten das Bandpaßsignal wieder in den Tiefpaßbereich verschoben wird. Soll das Bandpaßsignal direkt gefiltert werden, so entfällt der gestrichelt eingerahmte Teil in Fig. 5. Allerdings haben Simulationen gezeigt, das dann gegenüber einer Tiefpaßfilterung die Impulsantwort des Bandpaßfilters wesentlich länger sei muß (höhere Sperrdämpfung).