第6章 多速率濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn)20151218

1、數(shù)字濾波器的MATLAB和FPGA實(shí)現(xiàn)第第6章章 多速率濾波器的多速率濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)l6.1 多速率信號(hào)處理基礎(chǔ)知識(shí)多速率信號(hào)處理基礎(chǔ)知識(shí) 第第6章章 多速率濾波器的多速率濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn) 模擬信號(hào)處理，抗混疊濾波模擬濾波過(guò)渡帶較寬模擬信號(hào)處理，抗混疊濾波模擬濾波過(guò)渡帶較寬ADC后，數(shù)字濾波器的過(guò)渡帶窄；再后，數(shù)字濾波器的過(guò)渡帶窄；再2倍抽取，倍抽取，從而保證了有用信號(hào)頻帶內(nèi)沒(méi)有頻譜混疊。從而保證了有用信號(hào)頻帶內(nèi)沒(méi)有頻譜混疊。l6.2.1 整數(shù)倍抽取整數(shù)倍抽取 6.2 抽取與內(nèi)插處理抽取與內(nèi)插處理 l6.2.2 整數(shù)倍內(nèi)插整數(shù)倍內(nèi)插 6.2 抽取與內(nèi)插處理抽取與內(nèi)插處理 l原

2、理框圖原理框圖 6.2.3 比值為有理數(shù)的抽樣率轉(zhuǎn)換比值為有理數(shù)的抽樣率轉(zhuǎn)換 CIC濾波器濾波器（cascaded integrator comb filter）的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒(méi)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒(méi)有乘法器，只有加法器、積分器和寄存器，適合于工作在高有乘法器，只有加法器、積分器和寄存器，適合于工作在高采樣率條件下：采樣率條件下：6.3 積分梳妝濾波器積分梳妝濾波器濾波器（濾波器（CIC）0, 1)(nh其它10MnCIC濾波器是一種濾波器是一種具有線性相位的特殊具有線性相位的特殊FIR濾波器。濾波器。 單級(jí)單級(jí)CIC濾波器濾波器：系統(tǒng)函數(shù)：系統(tǒng)函數(shù)： 6.3 CIC濾波器濾波器 前一個(gè)式可以理解為：一

3、種沒(méi)有反饋結(jié)構(gòu)的前一個(gè)式可以理解為：一種沒(méi)有反饋結(jié)構(gòu)的FIR濾波器。濾波器。后一個(gè)式可以理解為：后一個(gè)式可以理解為：具有反饋結(jié)構(gòu)的具有反饋結(jié)構(gòu)的IIR濾波器。濾波器。兩種結(jié)構(gòu)等效的。兩種結(jié)構(gòu)等效的。 10( )MnnH zz)1/()1 ()1/()1 ()(11101zzzzzzHMMnn頻譜特性：通過(guò)對(duì)頻譜特性：通過(guò)對(duì) 下式求傅立葉變換下式求傅立葉變換6.3 CIC濾波器濾波器 幅頻特性：幅頻特性：0, 1)(nh其它10Mn)2/sin()2/sin(| )(|MeHj圖下頁(yè)：圖下頁(yè)：l幅頻特性：幅頻特性：像一把梳子，故稱梳狀濾波器像一把梳子，故稱梳狀濾波器6.3.1 CIC濾波器的原理

4、濾波器的原理 l特性：特性：第一級(jí)旁瓣太小：只有第一級(jí)旁瓣太?。褐挥?3.46dB，所以，所以采用多級(jí)。采用多級(jí)。l多個(gè)單級(jí)多個(gè)單級(jí)CIC連接，幅頻特性：連接，幅頻特性：6.3.1 多級(jí)多級(jí)CIC濾波器濾波器 l采用多級(jí)采用多級(jí)特性：特性：第一級(jí)旁瓣：第一級(jí)旁瓣：67.3dB。l幅頻特性：幅頻特性：?jiǎn)渭?jí)和多級(jí)的對(duì)比單級(jí)和多級(jí)的對(duì)比6.3.1 CIC濾波器的對(duì)比濾波器的對(duì)比l例例6-4 倍數(shù)為倍數(shù)為5抽取系統(tǒng)，采用抽取系統(tǒng)，采用5階的階的CIC濾波濾波器作為抗混疊濾波器。原采樣頻率器作為抗混疊濾波器。原采樣頻率200KHz，抽取后抽取后40KHz。6.3.1 CIC濾波器的濾波器的FPGA編程編

5、程程序見(jiàn)程序見(jiàn)wordl取取 6.3.2 CIC濾波器的應(yīng)用條件濾波器的應(yīng)用條件 6.3.4 多級(jí)多級(jí)CIC濾波器的濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn) )()()(zFMMzFMNMzzzH111)(6.3.4 多級(jí)多級(jí)CIC濾波器的濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn) l同理：同理： 6.3.4 多級(jí)多級(jí)CIC濾波器的濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn) )()()(LzFzFLLl多級(jí)濾波器實(shí)例：頂層原理圖多級(jí)濾波器實(shí)例：頂層原理圖FPGA見(jiàn)見(jiàn)word 6.3.4 多級(jí)多級(jí)CIC濾波器的濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn) l積分模塊，只使用積分模塊，只使用三個(gè)寄存器三個(gè)寄存器和和三個(gè)加法器三個(gè)加法器6.3.4 多級(jí)多級(jí)CIC濾波器的

6、濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn) l取樣模塊取樣模塊，只根據(jù)計(jì)數(shù)器對(duì)輸入數(shù)據(jù)每，只根據(jù)計(jì)數(shù)器對(duì)輸入數(shù)據(jù)每5個(gè)抽取個(gè)抽取一個(gè)輸出即可一個(gè)輸出即可6.3.4 多級(jí)多級(jí)CIC濾波器的濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn) l梳狀模塊，只使用梳狀模塊，只使用四個(gè)寄存器四個(gè)寄存器和和三個(gè)加法器三個(gè)加法器6.3.4 多級(jí)多級(jí)CIC濾波器的濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn) l多級(jí)濾波器實(shí)例。多級(jí)濾波器實(shí)例。FPGA見(jiàn)見(jiàn)word 6.3.4 多級(jí)多級(jí)CIC濾波器的濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn) l多級(jí)濾波器實(shí)例。多級(jí)濾波器實(shí)例。FPGA見(jiàn)見(jiàn)word 6.3.4 多級(jí)多級(jí)CIC濾波器的濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn) l多級(jí)濾波器實(shí)例。多級(jí)濾波器實(shí)例。F

7、PGA見(jiàn)見(jiàn)word 6.3.4 多級(jí)多級(jí)CIC濾波器的濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn) l多級(jí)濾波器實(shí)例。多級(jí)濾波器實(shí)例。FPGA見(jiàn)見(jiàn)word 6.3.4 多級(jí)多級(jí)CIC濾波器的濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn) l多級(jí)濾波器實(shí)例。多級(jí)濾波器實(shí)例。FPGA見(jiàn)見(jiàn)word 6.3.4 多級(jí)多級(jí)CIC濾波器的濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn) 通帶容限，阻帶容限通帶容限，阻帶容限 （見(jiàn)（見(jiàn)7.4.17.4.1）()10()0jdpjdcHeHe理理想想濾濾波波器器(1)/2()()jj NjgH eeHe要設(shè)計(jì)的濾波器要設(shè)計(jì)的濾波器l濾波器容限濾波器容限FPGA見(jiàn)見(jiàn)word 6.3.2 CIC濾波器的濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)

8、l多級(jí)濾波器實(shí)例。多級(jí)濾波器實(shí)例。FPGA見(jiàn)見(jiàn)word 6.4 半波帶濾波器半波帶濾波器 l抽取前的濾波器：抽取前的濾波器：1和和2；l抽取后的濾波器：抽取后的濾波器：1和和3.123l多級(jí)濾波器實(shí)例。多級(jí)濾波器實(shí)例。FPGA見(jiàn)見(jiàn)word 6.3.4 多級(jí)多級(jí)CIC濾波器的濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn) l第第i 級(jí)濾波器級(jí)濾波器FPGA見(jiàn)見(jiàn)word 6.3.4 多級(jí)多級(jí)CIC濾波器的濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn) l多級(jí)濾波器實(shí)例。多級(jí)濾波器實(shí)例。6.3.4 多級(jí)半波帶濾波器多級(jí)半波帶濾波器 ppiffKi,2,1 pipisifFfFf2/1iiFF2/0通帶上限頻率通帶上限頻率阻帶下限頻率阻帶下限頻

9、率第第i級(jí)抽樣輸出信號(hào)的抽樣率級(jí)抽樣輸出信號(hào)的抽樣率l例題例題6-11：見(jiàn)：見(jiàn)word文檔文檔 6.4.4 多級(jí)半帶濾波器的多級(jí)半帶濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn) l取取 6.5 多相分解技術(shù)多相分解技術(shù) 10)()()(Nmmnxmhnv（6-22）l取取 6.5.1 多相分解技術(shù)的一般概念多相分解技術(shù)的一般概念 010213121)1(2121112200)13(13)12(12)1(1)12(12)1(111220221100)()()()()()(nMnMllMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMnnzlMnhzzhzhhzzhzhhzzhzhhzzhzhzhzhzhzhzhzhhzhzhhznhzHl取取 6.5.2 整數(shù)倍抽取器的多相結(jié)構(gòu)整數(shù)倍抽取器的多相結(jié)構(gòu) 0)()(nnlzlMnhzE)()(10MlMllzEzzH （