一種基于FPGA并行流水線(xiàn)的FIR濾波器設計方案
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FPGA有著(zhù)規整的內部邏輯塊陣列和豐富的連線(xiàn)資源，特別適合細粒度和高并行度結構特點(diǎn)的數字信號處理任務(wù)，如FIR、FFT等。利用FPGA實(shí)現FIR濾波器的設計過(guò)程，并且對設計中的關(guān)鍵技術(shù)一分布式算法進(jìn)行詳細描述。
FIR濾波器的結構主要是非遞歸結構，沒(méi)有輸出到輸入的反饋。并且FIR濾波器很容易獲得嚴格的線(xiàn)性相位特性，避免被處理信號產(chǎn)生相位失真。而線(xiàn)性相位體現在時(shí)域中僅僅是h(n)在時(shí)間上的延遲，這個(gè)特點(diǎn)在圖像信號處理、數據傳輸等波形傳遞系統中是非常重要的。此外，他不會(huì )發(fā)生阻塞現象，能避免強信號淹沒(méi)弱信號，因此特別適合信號強弱相差懸殊的情況。
通常采用窗函數設計FIR濾波器方法簡(jiǎn)單，但是這些濾波器的設計還不是最優(yōu)的。首先通帶和阻帶的波動(dòng)基本上相等，另外對于大部分窗函數來(lái)說(shuō)，通帶內或阻帶內的波動(dòng)不是均勻的，通常離開(kāi)過(guò)渡帶時(shí)會(huì )減小。若允許波動(dòng)在整個(gè)通帶內均勻分布，就會(huì )產(chǎn)生較小的峰值波動(dòng)。對于線(xiàn)性相位因果FIR濾波器，它的系列具有中心對稱(chēng)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(chēng)，代入式(1)可得：本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/192107.htm
根據要求，要設計一個(gè)輸入8位，輸出8位的9階線(xiàn)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，Fc為10kHz。利用MATLAB設計計算9階FIR濾波器系數和幅頻響應如下：
整數化后，可得FIR濾波器的參數為：[4c，4f，50，52，52，52，50，4f，4c：]
根據以上所說(shuō)的思路，可以將FIR濾波器的原理圖設計如下：
下面對各加法器乘法器的輸出位數進(jìn)行分析，對第一級加法器，輸入為8位，輸出統一為9位，最后一個(gè)加法器為三輸入端，輸入都為8位，輸出為10位。對各個(gè)乘法器進(jìn)行分析，第一個(gè)乘法器為4c，因此輸入為9位，輸出為15位。第二個(gè)乘法器為4f，輸入為9位，輸出為15位。第三個(gè)乘法器為50，輸入為9位，輸出為15位。第四個(gè)乘法器為52，輸入為10位，輸出為16位。乘法器輸出結果兩兩相加，第一個(gè)加法器輸入都為15位，輸出為16位，第二個(gè)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)入模塊設計階段。
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