基于FPGA的ⅡR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì).pdf

1、伴隨著數(shù)字信號(hào)處理(DSP)領(lǐng)域的發(fā)展，數(shù)字濾波器的歷史大體上可以追溯到七十年代中期。經(jīng)過(guò)了過(guò)去大約30年的蓬勃發(fā)展，數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)已經(jīng)變成了一項(xiàng)使能技術(shù)。數(shù)字濾波器在包括通信、控制、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)和雷達(dá)等很多領(lǐng)域中作為唯一的選擇，已經(jīng)取代了模擬濾波器。數(shù)字濾波器是一種以數(shù)字的方式來(lái)改變信號(hào)屬性的數(shù)字設(shè)備。而濾波器本身的屬性可以通過(guò)幅頻特性和相頻特性來(lái)定義，它們都是頻率的函數(shù)。數(shù)字濾波器，除了改變信號(hào)本身的屬性，還要滿足一些其他的要求，

2、比如速度、復(fù)雜度、代價(jià)和功耗。而在一些高性能要求的環(huán)境中，通用微處理器通常會(huì)被ASIC或者FPGA或者具備并行運(yùn)算架構(gòu)的DSP取代，以此來(lái)挖掘?yàn)V波器的潛能。在數(shù)字濾波器的范疇中，大部分?jǐn)?shù)字濾波器可以分成兩類:有限脈沖響應(yīng)濾波器(FIR)和無(wú)限脈沖響應(yīng)濾波器(IIR).
　　本文的結(jié)構(gòu)通過(guò)研究IIR數(shù)字濾波器在MATLAB中的設(shè)計(jì)繼而在FPGA上的實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證來(lái)組織。文章開(kāi)始于數(shù)字濾波器研究基礎(chǔ)，首先詳細(xì)總結(jié)了在濾波器理論發(fā)展的過(guò)程中

3、出現(xiàn)的各種數(shù)字濾波器以及各自的特點(diǎn)。然后介紹IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，包括濾波器結(jié)構(gòu)的選型、實(shí)現(xiàn)架構(gòu)、濾波器設(shè)計(jì)方案、數(shù)字濾波器的有限字長(zhǎng)效應(yīng)等理論基礎(chǔ)，從而確定本文所采用的架構(gòu)。接下來(lái)利用MATLAB的FDATool工具設(shè)計(jì)了以二階節(jié)為基礎(chǔ)的橢圓型級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)IIR低通濾波器，依據(jù)有限字長(zhǎng)效應(yīng)的討論對(duì)系數(shù)進(jìn)行量化，之后對(duì)量化系數(shù)的濾波器進(jìn)行Simulink動(dòng)態(tài)仿真。仿真過(guò)程顯示脈沖響應(yīng)平穩(wěn)，且濾波性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
　　論文對(duì)前述

4、IIR數(shù)字濾波器進(jìn)行RTL編碼，并使用Simulink和Modelsim對(duì)其進(jìn)行聯(lián)合功能仿真。然后，用QuartusⅡ?qū)⑵湎螺d至FPGA開(kāi)發(fā)板進(jìn)行測(cè)試，利用SignalTapⅡ做定性測(cè)試，并通過(guò)使用外部信號(hào)源、頻譜儀對(duì)濾波前后的效果進(jìn)行分析對(duì)比。測(cè)試結(jié)果表明，IIR濾波器的通帶截止頻率為496.6kHz，阻帶起始頻率為522.9kHz，阻帶衰減達(dá)到57.7dB，通帶紋波小于1.5dB。整個(gè)測(cè)試期間輸出頻譜穩(wěn)定平穩(wěn)，論文設(shè)計(jì)的IIR數(shù)字濾