一種基于FPGA并行流水線的FIR濾波器設(shè)計方案
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FPGA有著規(guī)整的內(nèi)部邏輯塊陣列和豐富的連線資源，特別適合細(xì)粒度和高并行度結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的數(shù)字信號處理任務(wù)，如FIR、FFT等。利用FPGA實(shí)現(xiàn)FIR濾波器的設(shè)計過程，并且對設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)一分布式算法進(jìn)行詳細(xì)描述。
FIR濾波器的結(jié)構(gòu)主要是非遞歸結(jié)構(gòu)，沒有輸出到輸入的反饋。并且FIR濾波器很容易獲得嚴(yán)格的線性相位特性，避免被處理信號產(chǎn)生相位失真。而線性相位體現(xiàn)在時域中僅僅是h(n)在時間上的延遲，這個特點(diǎn)在圖像信號處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔ㄐ蝹鬟f系統(tǒng)中是非常重要的。此外，他不會發(fā)生阻塞現(xiàn)象，能避免強(qiáng)信號淹沒弱信號，因此特別適合信號強(qiáng)弱相差懸殊的情況。
通常采用窗函數(shù)設(shè)計FIR濾波器方法簡單，但是這些濾波器的設(shè)計還不是最優(yōu)的。首先通帶和阻帶的波動基本上相等，另外對于大部分窗函數(shù)來說，通帶內(nèi)或阻帶內(nèi)的波動不是均勻的，通常離開過渡帶時會減小。若允許波動在整個通帶內(nèi)均勻分布，就會產(chǎn)生較小的峰值波動。對于線性相位因果FIR濾波器，它的系列具有中心對稱特性，即h(i)=±h(N一1一i)。令s(i)=x(i)±x(N一1一i)，對于偶對稱，代入式(1)可得：本文引用地址：http://www.antipu.com.cn/article/192107.htm
根據(jù)要求，要設(shè)計一個輸入8位，輸出8位的9階線性相位FIR濾波器，所以采用圖2(a)的方式，其中輸入信號范圍為：[99，0，0，O，99，O，0，0，99，O，0，0，99，…]，此濾波器Fs為lOOkHz，F(xiàn)c為10kHz。利用MATLAB設(shè)計計算9階FIR濾波器系數(shù)和幅頻響應(yīng)如下：
整數(shù)化后，可得FIR濾波器的參數(shù)為：[4c，4f，50，52，52，52，50，4f，4c：]
根據(jù)以上所說的思路，可以將FIR濾波器的原理圖設(shè)計如下：
下面對各加法器乘法器的輸出位數(shù)進(jìn)行分析，對第一級加法器，輸入為8位，輸出統(tǒng)一為9位，最后一個加法器為三輸入端，輸入都為8位，輸出為10位。對各個乘法器進(jìn)行分析，第一個乘法器為4c，因此輸入為9位，輸出為15位。第二個乘法器為4f，輸入為9位，輸出為15位。第三個乘法器為50，輸入為9位，輸出為15位。第四個乘法器為52，輸入為10位，輸出為16位。乘法器輸出結(jié)果兩兩相加，第一個加法器輸入都為15位，輸出為16位，第二個加法器，輸入分別為15位和16位，輸出為16位。最后這兩路輸出之和為16位。將后8位舍去，然后相加，總輸出為8位。至此，所有器件的輸入輸出都已經(jīng)判定。下面進(jìn)入模塊設(shè)計階段。
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