积分梳状滤波器的FPGA实现

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软件无线电技术的基本思想是将宽带的A／D转换器尽可能靠近射频天线，即尽可能早地将接收到的模拟信号转化为数字信号，在最大程度上通过DSP软件来实现通信系统的各种功能。在软件无线电接收平台中，采样率高有利于提高采样量化的信噪比和简化设计，但采样率高会导致后续信号处理速度跟不上，所以很有必要对A／D后的数据流进行降速处理，本文提出了多级CIC抽取滤波器结构不仅能够实现更宽输入信号的任意速率的抽取，并且对带外信号的衰减也更大。1 CIC滤波器结构分析CIC滤波器最早是由Hogenauer提出的，后来出现了不少改进的结构形式。最基本的CIC抽取滤波器是指该滤波器的冲激响应具有如下形式：CIC抽取滤波器在w=0处的幅度值为R，其幅频特性如图2所示。称频率区间0～2π／R为CIC滤波器的主瓣，而其他区间为旁瓣。由图2可以看见随着频率的增大，旁瓣电平不断减小，其中第一旁瓣电平为：可见单级CIC滤波器的旁瓣电平比较大，只比主瓣低13.46 db，说明阻带衰减很差，一般很难满足实用要求。为了降低旁瓣电平，可以采用多级CIC滤波器级联的办法来解决。当Q=5时，QQS=67.3 db，由此可见5级级联的CIC滤波器具有67 db左右的阻带衰减，基本能满足实际要求。实际应用的CIC抽取滤波器常采用多级结构来实现。由此可见实际应用中采用多级CIC抽取滤波器能适用更宽的有用输入信号。适用于软件无线电系统中的CIC抽取／内插滤波器如图3所示，通常R的取值为1或2。2 五级CIC滤波器的FPGA实现在此设计的CIC抽取滤波器的参数为：抽取因子D=25，带宽比例因子b=1／8，R=1的5级CIC滤波器。设输入数据位宽为8 b，输出数据位宽为10 b。
                          
                       
                          
                                实现的VHDL代码如下所示：3 仿真分析利用Altera公司的Quartus Ⅱ软件，针对Cyclone系列的EP1C12Q24017，对CIC滤波器的实现方法进行仿真分析，所得时序图如图4所示。仿真结果表明5级CIC滤波器的实现方法正确。4 结论本文给出了适用于软件无线电采样率变换系统中CIC滤波器的结构，完成了5级CIC滤波器的具体设计，时序仿真分析证明了该滤波器的正确性和可行性。该多级CIC滤波器的FPGA实现方法可在其他多速率处理系统中推广应用。