一种实现移位截位除法的可编程CoI滤波器及其生成方法与流程

本申请涉及数字下变频领域，特别是涉及一种实现移位截位除法的可编程coi滤波器及其生成方法。

背景技术：

1、随着泛在电力物联网的加速建设，越来越多的传感节点被部署在感知层中用以实现电信号测量和电能计量功能，而如何用高精度、低成本、高转换速度的模数转换器实现系统所需的上述功能，已成为科学研究和产品开发的热点。当前，δ-σ模数转换器被广泛应用于电信号测量领域，但δ-σ模数转换器的转换速度较慢，且cic抽取滤波器包含梳状滤波器面积开销较大。而增量型模数转换器在实现较为精确的低频信号检测的同时能显著提升转换速度，且其采用的coi抽取滤波器较为简单能有效减小面积占用。因此，增量型模数转换器及其配套的coi抽取滤波器已成为研究热点。

2、然而，在相关技术中，对coi抽取滤波器而言，其迫切需要解决的技术问题有两个。第一，固定降采样率与级联级数的coi抽取滤波器输出带宽单一，难以适应下变频系统多样的需求。第二，coi抽取滤波器含有除法运算为实现计算精度高、面积开销小、计算周期短的除法运算，需要将除法计算转换为移位运算，减少计算资源占用，但无法精确转换为2n表示形式，简单移位运算会引入较大的计算误差。而如果想要实现高精度的除法运算，则通常分为软件实现与硬件实现两种方式，前者可在dsp中实现，会增加一定的计算指令周期，对dsp的算力也有较高的要求。后者则通常调用除法ip核，但不仅计算周期长且会显著增加面积开销，增加芯片成本。

3、因此，针对现有coi抽取滤波器中存在的上述问题，亟需提出有效的解决方案。

技术实现思路

1、本申请实施例提供了一种实现移位截位除法的可编程coi滤波器及其生成方法，以至少解决相关技术中存在的coi抽取滤波器灵活性低、计算精度不高、面积开销大、计算周期长的问题。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种可编程coi滤波器，所述滤波器包括：编码器、积分器、抽取器和移位截位除法器，其中，所述移位截位除法器包括移位加法器和截位补偿器；

3、所述编码器，用于对输入的不同位宽的模数转换器码流进行编码；

4、所述积分器，用于对编码后的数据进行积分计算；

5、所述抽取器，用于每个转换周期对所述积分器的计算结果进行抽取；

6、所述移位截位除法器，用于调整输入输出端口参数与硬件电路的映射关系，对抽取到的数据进行除法运算，得到最终的输出结果。

7、在其中一些实施例中，所述调整输入输出端口参数与硬件电路的映射关系，对抽取到的数据进行除法计算，得到最终的输出结果包括：

8、通过自定义算法公式调整输入输出端口参数与硬件电路的映射关系，对抽取到的数据进行除法计算，得到最终的输出结果；其中，所述自定义算法公式如下：

9、

10、bh＝n*log2(m*d)+bin-1

11、bl＝bh-bout+1

12、

13、其中，算法对抽取器的输出itgr进行移位加法与截位补偿最终得到coi滤波器的输出sout，具体的说，itgr为抽取器的输出，s1、s2、s3为移位值，bh与bl分别为截位范围的高位值与低位值，sum[bh，bl]是指对sum截位bh到bl范围的数据，sum[bl-1]是指对sum截取第bl-1位数据；截位范围由输出数据位宽bout与输入输出端口参数计算得出，n为coi滤波器级联级数，m为抽取倍数，d为延迟因子，bin为输入数据位宽，bl-1为舍位最高有效位，其中舍位是比bl更低的数据位。

14、在其中一些实施例中，当截取结果sum[bh，bl]的数据位宽小于输出数据位宽bout时，对截取结果sum[bh，bl]进行左移。

15、在其中一些实施例中，根据不同的抽取倍数，设置相应的移位值与截位范围值。

16、在其中一些实施例中，对输入的模数转换器码流位宽进行编码包括：

17、编码器通过编码算法对输入的模数转换器码流数据进行编码，得到相应的补码数据，其中，编码公式如下：

18、btemp＝n*log2m*d+bin

19、其中，n为coi滤波器级联级数，m为抽取倍数，d为延迟因子，bin为输入数据位宽，btemp为第n级积分器的输出数据位宽。

20、在其中一些实施例中，设置输入数据位宽与增量型模数转换器的量化器位宽相匹配，设置coi滤波器级数n与增量模数转换器的阶数相匹配。

21、在其中一些实施例中，所述积分器包括复位信号，

22、在每个转换周期内，所述复位信号执行一次有效以对各阶积分器进行置零处理。

23、第二方面，本申请实施例提供了一种生成权利要求1-7任一项所述的可编程coi滤波器的方法，所述方法包括：

24、预设coi滤波器的输入输出端口参数；

25、根据输入输出端口参数与硬件电路的映射关系，对滤波器中的各个子模块进行参数配置，自动生成coi滤波器。

26、在其中一些实施例中，所述方法还包括：

27、设置激励，通过所述激励对coi滤波器的输出结果进行验证。

28、在其中一些实施例中，通过chisel配置脚本自动生成coi滤波器。

29、相比于相关技术，本申请实施例提供了一种实现移位截位除法的可编程coi滤波器，该滤波器包括：编码器、积分器、抽取器和移位截位除法器，其中，移位截位除法器包括移位加法器和截位补偿器；编码器，用于对输入的不同位宽的模数转换器码流进行编码；积分器，用于对编码后的数据进行积分计算；抽取器，用于每个转换周期对积分器的计算结果进行抽取；移位截位除法器，用于调整输入输出端口参数与硬件电路的映射关系，对抽取到的数据进行除法运算，得到最终的输出结果。

30、本申请一方面通过配置chisel脚本参数，自动生成coi抽取滤波器的rtl代码，能灵活调整信号带宽，可满足下变频领域多样的应用需求并提高设计效率。另一方面，本发明通过移位截位除法的设计，能有效降低coi抽取滤波器除法运算中的计算周期与面积开销，实现计算精度高、面积开销小、计算周期短的除法运算，具有综合优势。

技术特征：

1.一种可编程coi滤波器，其特征在于，所述滤波器包括：编码器、积分器、抽取器和移位截位除0法器，其中，所述移位截位除法器包括移位加法器和截位补偿器；

2.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述调整输入输出端口参数与硬件电路的映射关系，对抽取到的数据进行除法计算，得到最终的输出结果包括：

3.根据权利要求2所述的滤波器，其特征在于，

4.根据权利要求2所述的滤波器，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，对输入的模数转换器码流位宽进行编码包括：编码器通过编码算法对输入的模数转换器码流数据进行编码，得到相应的补码数据，其中，编码公式如下：

6.根据权利要求5所述的滤波器，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述积分器包括复位信号，

8.一种生成权利要求1-7任一项所述的可编程coi滤波器的方法，其特征在于，所述方法包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，

技术总结
本申请涉及一种实现移位截位除法的可编程CoI滤波器及其生成方法，其中，该滤波器包括：编码器、积分器、抽取器和移位截位除法器，其中，移位截位除法器包括移位加法器和截位补偿器；编码器，用于对输入的模数转换器码流位宽进行编码；积分器，用于对编码后的数据进行积分计算；抽取器，用于每个转换周期对积分器的计算结果进行抽取；移位截位除法器，用于调整输入输出端口参数与硬件电路的映射关系，对抽取到的数据进行除法运算，得到最终的输出结果。通过本申请，可满足下变频领域多样的应用需求并提高设计效率，还能有效降低CoI抽取滤波器除法运算中的计算周期与面积开销，实现计算精度高、面积开销小、计算周期短的除法运算，具有综合优势。

技术研发人员：李昊,易成龙,刘乃健
受保护的技术使用者：杭州万高科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13