基于FPGA的ⅡR數(shù)字濾波器設(shè)計.pdf

1、伴隨著數(shù)字信號處理(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)過了過去大約30年的蓬勃發(fā)展，數(shù)字濾波器設(shè)計已經(jīng)變成了一項使能技術(shù)。數(shù)字濾波器在包括通信、控制、國防、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)字的方式來改變信號屬性的數(shù)字設(shè)備。而濾波器本身的屬性可以通過幅頻特性和相頻特性來定義，它們都是頻率的函數(shù)。數(shù)字濾波器，除了改變信號本身的屬性，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被ASIC或者FPGA或者具備并行運算架構(gòu)的DSP取代，以此來挖掘濾波器的潛能。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)和無限脈沖響應(yīng)濾波器(IIR).
　　本文的結(jié)構(gòu)通過研究IIR數(shù)字濾波器在MATLAB中的設(shè)計繼而在FPGA上的實現(xiàn)和驗證來組織。文章開始于數(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)展的過程中

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

4、IIR數(shù)字濾波器進(jìn)行RTL編碼，并使用Simulink和Modelsim對其進(jìn)行聯(lián)合功能仿真。然后，用QuartusⅡ?qū)⑵湎螺d至FPGA開發(fā)板進(jìn)行測試，利用SignalTapⅡ做定性測試，并通過使用外部信號源、頻譜儀對濾波前后的效果進(jìn)行分析對比。測試結(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。整個測試期間輸出頻譜穩(wěn)定平穩(wěn)，論文設(shè)計的IIR數(shù)字濾