基于FPGA的ⅡR數字濾波器設計.pdf

1、伴隨著數字信號處理(DSP)領域的發(fā)展，數字濾波器的歷史大體上可以追溯到七十年代中期。經過了過去大約30年的蓬勃發(fā)展，數字濾波器設計已經變成了一項使能技術。數字濾波器在包括通信、控制、國防、生物醫(yī)學和雷達等很多領域中作為唯一的選擇，已經取代了模擬濾波器。數字濾波器是一種以數字的方式來改變信號屬性的數字設備。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。數字濾波器，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的DSP取代，以此來挖掘濾波器的潛能。在數字濾波器的范疇中，大部分數字濾波器可以分成兩類:有限脈沖響應濾波器(FIR)和無限脈沖響應濾波器(IIR).
　　本文的結構通過研究IIR數字濾波器在MATLAB中的設計繼而在FPGA上的實現和驗證來組織。文章開始于數字濾波器研究基礎，首先詳細總結了在濾波器理論發(fā)展的過程中

3、出現的各種數字濾波器以及各自的特點。然后介紹IIR數字濾波器的設計基礎，包括濾波器結構的選型、實現架構、濾波器設計方案、數字濾波器的有限字長效應等理論基礎，從而確定本文所采用的架構。接下來利用MATLAB的FDATool工具設計了以二階節(jié)為基礎的橢圓型級聯結構IIR低通濾波器，依據有限字長效應的討論對系數進行量化，之后對量化系數的濾波器進行Simulink動態(tài)仿真。仿真過程顯示脈沖響應平穩(wěn)，且濾波性能達到設計要求。
　　論文對前述

4、IIR數字濾波器進行RTL編碼，并使用Simulink和Modelsim對其進行聯合功能仿真。然后，用QuartusⅡ將其下載至FPGA開發(fā)板進行測試，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行分析對比。測試結果表明，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)，論文設計的IIR數字濾