基于FPGA的高效FIR滤波器设计与实现.pdfVIP

第１期电手元器件主片ｊＶｏ１．１３Ｎｏ．１

２Ｏｌ１年１月ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｍｐｏｎｅｎｔ＆ＤｅｖｉｃｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓＪａｎ．２０ｌ１

ｄｏｉ：ｌＯ．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１５６３—４７９５．２０１１．０１．００３

基于ＦＰＧＡ的高效ＦＩＲ滤波器设计与实现・

饶知

（电子科技大学自动化工程学院，四川成都６１１７３１）

摘要：给出了一种基于ＦＰＧＡ的数字滤波器的设计方法该方法先通过ＭＡＴＬＡＢ设计出一个

具有具体指标的ＦＩＲ滤波器，再对滤波器系数进行处理，使之便于在ＦＰＧＡ中实现。然后采用

基于分布式算法和ＣＳＤ编码的滤波器结构进行设计，从而避免了乘法运算，节约了硬件资源。

其流水线的设计方式也提高了运行速度。Ｍａｔｌａｂ和Ｍｏｄｅｌｓｉｍ仿真表明，该设计功能正确，能

实现快速滤波

关键字：数字滤波器；分布式算法；Ｍａｔｌａｂ；ＦＰＧＡ

０引言

数字滤波器在语音与图像处理、模式识别、ｙ）＝（）（）＝∑）＾一后）：∑一后）（１）

ｋ－－０ｋ＝０

雷达信号处理、频谱分析等应用中都具有重要作其中，）（为滤波输出，（ｎ）为采样数

用。它能避免模拟滤波器所无法克服的温漂和噪

据，ｈ（ｎ）为滤波器抽头系数。其结构如图１（ａ）

声等问题，同时比模拟滤波器精度高、稳定性

所示，图中，Ｎ一１阶ＦＩＲ滤波器要用Ｎ个系数描

好、体积小、更加灵活，因而得到广泛应用。在

述，通常，需要Ｎ个乘法器和Ｎ一１个两输人加法器

声波测井中．通常需要对信号进行精确的滤波，才能实现。不难发现，乘法器的系数正好是传输

并且对滤波器具有严格的实时性要求。本文利用函数的系数，因此，该结构且称为直接型结构。

辅助Ｍａｔｌａｂ设计工具，设计了一种基于ＦＰＧＡ且可

对于系数对称的ＦＩＲ线性相位滤波器。可将

满足测井需求的高阶快速数字滤波器。

式ｆ１）写成如下形式：

ｆ』ｖ一１１，２

１线性相位ＦＩＲ滤波器结构１●一

ｙ（＝（ｎ）（ｎ）＝２２（［）＋Ｖ一１一．｝ｉ）】（Ｊ｝）（２）

ｋ－－－０

数字滤波器的种类很多．分类的方法也不尽系数对称的改进型ＦＩＲ滤波器的结构如图１

相同。从数字滤波器的单位冲击响应来看，数字

滤波器分为有限冲激响应数字滤波器ｆＦＩＲ１和无

限冲激响应数字滤波器ｆＩＩＲ）。相对于ＩＩＲ滤波器，

ＦＩＲ滤波器可以进行准确的线性相位设计，而且

其结构具有稳定的量化滤波器系数。针对于声波ａ）（直接型结构

测井处理具有线性相位要求的声波信号，ＦＩ