基于数字串行的滤波器优化设计-检测技术及自动化装置专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 中图分类号 TN911.72 学校代码 10356 UDC 621 密级 公开 硕 士 学 位 论 文 MASTER DISSERTATION 基于数字串行的滤波器优化设计 Optimal Design of Filters Based on Digit-Serial Computation 作 者 吕威 导 师 吴秀山 副教授 申请学位 工学硕士 培养单位 中国计量学院 学科专业检测技术与自动化装置 研究方向 数字集成电路设计 二〇一四年九月 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 中国计量学院 或其他教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 中国计量学院 有关保留、使用学位论文的 规定。特授权 中国计量学院 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借 阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（必威体育官网网址的学位论 文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 致谢 三年的研究生时光转眼即将过去，在中国计量学院的求学生涯让我无论是在 科研能力或为人处世方面都成长很多。首先我要感谢在研究生阶段我遇到了吴秀 山老师这样一位好老师，吴老师渊博的知识和一丝不苟的治学态度都深深影响着 我，吴老师平易近人，不仅在科研的道路上给我答疑解惑，而且在生活上给予照 顾关怀。同时也感谢胡明老师，刚接触到新课题时比较迷茫，胡老师耐心解答， 指引方向，使得课题能够顺利完成。 感谢求是北楼 205 实验室的所有朋友，师姐彭慧、郇昌红，师兄杨洪勋、李 剑峰、游来健，还有洪俊、卢超同学。感谢你们对我生活和学习上的帮助和支持， 三年的研究生的生涯正是有你们的陪伴才更加难忘。 最后，我要感谢我的父母，你们辛勤的劳动来支持我的学业，从来都是任劳 任怨，无论是在物质抑或是精神上都给予了我最大的支持，使我能够顺利完成学 业，在此我表示衷心感谢。 吕威 2014 年 6 月 基于数字串行的滤波器优化设计 摘要 ：数字信号处理系统广泛应用在生产生活的各个方面，而作为其中重要组 成部分的数字滤波器更是成为了研究的焦点。FIR 滤波器具有稳定、线性相位、 设计灵活等优点，因而得到了更加频繁的使用。现代数字信号处理系统对实时性、 灵活性要求越来越高，软件方式一般无法满足实时性需求，硬件中 FPGA 的实现 方法有着和 DSP 同样的灵活性和与 ASIC 接近的实时性，所以基于 FPGA 的数 字信号处理系统设计正得以重视并广泛研究。滤波器可以以不同的结构和算法实 现，不同结构的所占用的硬件资源和性能有所差异。以往的研究主要集中在串行 结构和并行结构，串行结构虽然占用硬件较少，但是处理速度慢；并行结构保证 了速度的需求，但会造成硬件的过度消耗，而芯片资源是有限的。数字串行可以 在满足设计需要的速度要求下，合理的减少硬件的占用，达到速度和面积之间的 平衡，提高了实现效率。 本课题首先设计了数字串行结构的加法器、乘法器，它们是数字滤波器的 基本构成单元。并与传统结构的算术单元进行了性能比较，结果显示数字串行结 构的算术单元实现更加有效率。并且建立了性能模型，制作了硬宏，以后的设计 中可以直接计算和调用。 对 FIR 滤波器的结构和线性相位特性进行了研究，设计了数字串行结 构的滤波器。与串行结构和并行结构的滤波器性能比较，结果表明，在适 中的字长单元时，数字串行结构的 FIR 滤波器综合性能优于串行和并行结 构的滤波器，说明数字串行结构是有效的。为了提高系统的吞吐率，还在 其中加入了流水线设计。 正则有符号数编码 CSD 可以简化乘法器的复杂度，提高了滤波器时钟 频率，可以使滤波器应用在高速领域如视频转换系统中。文中对一个七阶 CSD 编码的 FIR 滤波器进行数字串行结构的设计，并与它的串行结构、分 布式算法结构的性能进行比较，可以看到，处理速度上数字串行结构比串 行和分布式结构分别快 23%和 49%，面积速度之积分别小 11%和 32%，说 明数字串行结构在 CSD 编码的滤波器中是有效的。 关键词：FIR 滤波器；现场可编程门阵列；数字串行；CSD 编码；分布式算法 分类号：TN 911.72; UDC: 621 I Optimal Design of Filters Based on Digi